某鐵路調(diào)度中心數(shù)據(jù)機(jī)房空調(diào)設(shè)計(jì)

童 雁 群

(山西省建筑設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030013)

鐵路是國家的大動(dòng)脈，是人們從事經(jīng)濟(jì)建設(shè)及日常生活的重要基礎(chǔ)設(shè)施，調(diào)度系統(tǒng)是鐵路運(yùn)行的指揮中樞。近年來，隨著高鐵的高速發(fā)展，對(duì)列車調(diào)度設(shè)施提出了高要求，鐵路調(diào)度中心數(shù)據(jù)機(jī)房的設(shè)計(jì)也處于不斷升級(jí)換代中，機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)保障機(jī)房環(huán)境，其運(yùn)行及維保管理關(guān)系到機(jī)房內(nèi)工藝設(shè)備的安全、可靠運(yùn)行，進(jìn)而保障整個(gè)鐵路系統(tǒng)正常運(yùn)作。所以空調(diào)設(shè)計(jì)是整個(gè)數(shù)據(jù)機(jī)房設(shè)計(jì)的重要組成部分。對(duì)于設(shè)計(jì)工程師，整個(gè)設(shè)計(jì)過程就是一個(gè)學(xué)習(xí)、提高的過程，現(xiàn)對(duì)某鐵路調(diào)度中心數(shù)據(jù)機(jī)房空調(diào)設(shè)計(jì)做一小結(jié)。

1 工程概況

本工程總建筑面積為30 302.98 m2,建筑高度為65.40 m，地下2層,地上15層，1層為門廳會(huì)議室，2層～6層為機(jī)房，7層為機(jī)房終端，8層～15層為辦公室。辦公部分及公共活動(dòng)區(qū)域采用舒適性空調(diào)；機(jī)房及其配套用房區(qū)域采用工藝性空調(diào),按照電子信息系統(tǒng)機(jī)房技術(shù)B級(jí)設(shè)計(jì)。

2 空調(diào)系統(tǒng)的選擇

2.1 數(shù)據(jù)機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)分類

根據(jù)目前市場現(xiàn)有的空調(diào)設(shè)備，以及數(shù)據(jù)機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)使用情況，較為常用的數(shù)據(jù)機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)大致分為：冷水型空調(diào)系統(tǒng)及直接蒸發(fā)式空調(diào)系統(tǒng)，其中直接蒸發(fā)式空調(diào)系統(tǒng)由于散熱介質(zhì)的不同分為水冷式、風(fēng)冷式。

2.2 數(shù)據(jù)機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)特點(diǎn)

多聯(lián)式空調(diào)系統(tǒng)是一種變制冷劑流量的風(fēng)冷直膨式空調(diào)系統(tǒng)，主要由室外主機(jī)、制冷劑管路、室內(nèi)機(jī)及一些控制裝置組成。優(yōu)點(diǎn)：使用靈活，控制方便，適合于個(gè)性化運(yùn)行，對(duì)就地用戶的滿足性較高，系統(tǒng)擴(kuò)容非常容易，可隨著數(shù)據(jù)設(shè)備的增減而增減空調(diào)設(shè)備，可以根據(jù)室外季節(jié)變化、氣象變化及負(fù)荷變化情況調(diào)整空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)量，機(jī)組間相對(duì)獨(dú)立，當(dāng)任意一組空調(diào)出現(xiàn)故障時(shí)，影響較小，安全性高，對(duì)維護(hù)人員的數(shù)量及專業(yè)水平要求較低。缺點(diǎn)：空調(diào)室內(nèi)外機(jī)高差受限，要求室外機(jī)組高出室內(nèi)機(jī)組30 m以內(nèi)，管路長度控制在50 m內(nèi)，空調(diào)數(shù)量多時(shí)，連接管路繁雜，室外機(jī)安裝需較大空間，室外機(jī)產(chǎn)生噪聲難以消除，蓄冷能力較差，供電出現(xiàn)問題時(shí)，對(duì)數(shù)據(jù)設(shè)備的保護(hù)迅速失效。冷水及水冷型機(jī)房空調(diào)，克服了空調(diào)系統(tǒng)配管距離、高低差受限制的缺點(diǎn)，水泵、冷卻塔等設(shè)備置于地下室或屋頂，占地少，但空調(diào)系統(tǒng)的管路和設(shè)備需提前規(guī)劃設(shè)計(jì)，后期改擴(kuò)建難度大。為了前期不影響運(yùn)行效率，同時(shí)應(yīng)設(shè)置智能控制系統(tǒng)，并且為了安全可靠必須設(shè)冷卻塔，水泵備份及采用復(fù)線或環(huán)狀管網(wǎng)。空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備及閥門多，相應(yīng)的漏點(diǎn)多，維修的工作量增加，需較多的維修人員，同時(shí)需在線檢測(cè)管路系統(tǒng)的水溫及壓力，檢查冷水機(jī)組、冷卻塔、水泵等設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，檢測(cè)關(guān)鍵閥門以及檢測(cè)元件的有效性，要求維保人員具備較高專業(yè)素質(zhì)，運(yùn)行維護(hù)的費(fèi)用大于風(fēng)冷型機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)。

2.3 本工程空調(diào)系統(tǒng)方案的確定

結(jié)合本工程特點(diǎn)：由于高鐵高速發(fā)展，列車調(diào)度設(shè)施日趨復(fù)雜，數(shù)量與日俱增，設(shè)定數(shù)據(jù)機(jī)房建設(shè)不定期分步建設(shè)，除了現(xiàn)有的數(shù)據(jù)機(jī)房占據(jù)3層、4層，未來的發(fā)展預(yù)留了2層50%，5層、6層的空間，機(jī)房占據(jù)了整個(gè)樓裝的2層～6層，屋頂屋面80%改建為人員活動(dòng)場所，前期無法預(yù)估最終的數(shù)據(jù)設(shè)備負(fù)荷，無法準(zhǔn)確確定空調(diào)設(shè)備及管路，為了適應(yīng)日益增加的調(diào)度設(shè)備，最終確定采用靈活性、安全性較高的多聯(lián)式空調(diào)系統(tǒng)，由于屋頂沒有足夠可放置室外機(jī)的樓面，垂直高將達(dá)36 m，超過多聯(lián)機(jī)室內(nèi)、外機(jī)允許的高差，同層除了機(jī)房所用的必備房間，沒有多余的樓面放室外機(jī)，結(jié)合本地規(guī)劃限制，最終定案在建筑物西側(cè)2層～6層懸挑1.5 m平臺(tái)安放本層室外機(jī)。

3 空調(diào)負(fù)荷的計(jì)算

1)機(jī)房熱負(fù)荷是數(shù)據(jù)設(shè)備散熱負(fù)荷、機(jī)房照明散熱負(fù)荷、建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)得熱負(fù)荷、補(bǔ)充新風(fēng)熱負(fù)荷、人員散熱負(fù)荷等累加起來的。

a.設(shè)備冷負(fù)荷Q1=P×η1×η2×η3。

其中，Q1為設(shè)備冷負(fù)荷，kW；P為機(jī)房內(nèi)各種設(shè)備總功耗，kW；η1為同時(shí)使用系數(shù)；η2為利用系數(shù)；η3為負(fù)荷工作均勻系數(shù)；η1×η2×η3取值0.6～0.8，考慮制冷量冗余，取值0.8。

b.機(jī)房照明冷負(fù)荷Q2=C×S/1 000。

其中，C為照明功耗，根據(jù)國標(biāo)《計(jì)算站場地技術(shù)要求》：機(jī)房照度大于200 lx，其功耗大約為20 W/m2；S為機(jī)房面積，m2。

c.建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)冷負(fù)荷Q3=K×S/1 000。

其中，K為圍護(hù)結(jié)構(gòu)冷負(fù)荷指標(biāo)，100 W/m2；S為機(jī)房面積,m2。

d.人員散熱冷負(fù)荷Q4=P×N/1 000。

其中，P為人體發(fā)熱量。輕體力工作人員熱負(fù)荷顯熱與潛熱之和：100 W/m2；N為人員數(shù)，取5。

e.機(jī)房空調(diào)冷負(fù)荷Q=Q1+Q2+Q3+Q4。

f.補(bǔ)充的新風(fēng)得熱負(fù)荷并入舒適性空調(diào)系統(tǒng)。

2)計(jì)算機(jī)房空調(diào)數(shù)量：數(shù)據(jù)機(jī)房內(nèi)的空調(diào)負(fù)荷大多為顯熱負(fù)荷，因此機(jī)房空調(diào)主要負(fù)擔(dān)數(shù)據(jù)機(jī)房內(nèi)的顯熱負(fù)荷。機(jī)房內(nèi)所需的機(jī)房空調(diào)數(shù)量N=Qx/0.85×qc，其中，N為機(jī)房空調(diào)數(shù)量，計(jì)算結(jié)果進(jìn)位取整；Qx為機(jī)房顯熱負(fù)荷；0.85為考慮了空調(diào)效率與裕量的綜合系數(shù)；qc為單臺(tái)空調(diào)機(jī)組的額定制冷量，kW，考慮到故障、檢修等因素，最終機(jī)房空調(diào)是按照N+1的備用原則確定。

4 空調(diào)氣流組織

為了減少機(jī)房內(nèi)溫度梯度，送風(fēng)氣流的分配應(yīng)該符合設(shè)備發(fā)熱負(fù)荷的分配。氣流組織應(yīng)該足夠靈活地滿足區(qū)域發(fā)熱強(qiáng)度，盡可能保證送風(fēng)量小，最高換熱效率。

1)數(shù)據(jù)機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)送風(fēng)方式分類：a.地板下送風(fēng)系統(tǒng)，特點(diǎn)：冷風(fēng)氣流可以通過地板送風(fēng)口的尺寸、位置、數(shù)量來調(diào)節(jié)；b.上送風(fēng)系統(tǒng)，特點(diǎn)：能夠很好滿足人員的舒適性要求。

2)本工程空調(diào)氣流組織的確定：本工程通過對(duì)各種送風(fēng)方式的比較、權(quán)衡，結(jié)合機(jī)房布局及土建條件，選定架空地板下送風(fēng)，吊頂靜壓箱上回風(fēng)的氣流組織形式。

結(jié)構(gòu)專業(yè)降板500 mm，地面鋪裝防靜電地板，靜電地板下空間作為電纜走線及空調(diào)系統(tǒng)送風(fēng)靜壓箱，送風(fēng)氣流經(jīng)過風(fēng)口進(jìn)入發(fā)熱設(shè)備，冷卻效果最佳，可是對(duì)設(shè)備直接送風(fēng)，可能在設(shè)備表面結(jié)露，影響其功能，所以除非設(shè)備廠方要求，否則不予直接送風(fēng)。冷空氣通過地板送風(fēng)口進(jìn)入機(jī)房，帶走服務(wù)器周邊的高發(fā)熱量，地板送風(fēng)口采用600×600雙層活動(dòng)帶人字閘百頁風(fēng)口，風(fēng)口有效面積系數(shù)0.25，送風(fēng)量950 m3/h，面對(duì)服務(wù)器設(shè)備的升級(jí)、搬遷，風(fēng)口可以靈活布置，冷量可以重新調(diào)整。對(duì)于功率大于10 kW的機(jī)柜，可采用地板式ADU送風(fēng)裝置代替普通送風(fēng)口或需增設(shè)輔助制冷裝置。600 mm凈高吊頂空間作為回風(fēng)通道，回風(fēng)口安裝在數(shù)據(jù)處理設(shè)備的熱流集中的區(qū)域上方，利用熱氣流自身上升的特性，引入至回風(fēng)口。

5 其他相關(guān)設(shè)計(jì)

5.1 新風(fēng)設(shè)計(jì)

《電子信息系統(tǒng)機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范》要求：保證房間的正壓，主機(jī)房與其他房間的壓差不小于5 Pa，與室外靜壓壓差不小于10 Pa，本設(shè)計(jì)將同層舒適性空調(diào)中新風(fēng)系統(tǒng)接入主機(jī)房，連接風(fēng)口的送風(fēng)支管安裝電動(dòng)閥。新風(fēng)采集入口處安裝中效過濾器。

5.2 濕度控制

機(jī)房濕負(fù)荷主要由新風(fēng)及工作人員產(chǎn)生，利用露點(diǎn)控制的方法，通過變風(fēng)量通風(fēng)，控制單臺(tái)或多臺(tái)空調(diào)機(jī)組送風(fēng)溫度，達(dá)到相對(duì)濕度90%或更高，有效的控制濕度。

5.3 氣消后事故排風(fēng)

電子信息機(jī)房設(shè)氣消后排風(fēng)系統(tǒng)，換氣次數(shù):5次/h。內(nèi)設(shè)上、下排風(fēng)口，排風(fēng)口前排風(fēng)支管上安裝電動(dòng)防火閥。外窗設(shè)置電動(dòng)窗，氣消后開啟補(bǔ)風(fēng)。氣體滅火后排風(fēng)系統(tǒng)控制要求:火警時(shí)根據(jù)消防控制中心指令，在噴射氣體滅火前，首先根據(jù)指令關(guān)閉排風(fēng)機(jī)及該房間排風(fēng)口前電動(dòng)防火閥，關(guān)閉房間內(nèi)送風(fēng)口前電動(dòng)防火閥，切斷送風(fēng)系統(tǒng)。氣體滅火后，手動(dòng)開啟排風(fēng)機(jī),排風(fēng)電動(dòng)防火閥并聯(lián)動(dòng)送風(fēng)機(jī)及該處送風(fēng)管道上電動(dòng)閥開啟，排風(fēng)機(jī)在室內(nèi)、外便于操作的地點(diǎn)設(shè)置電氣開關(guān)。

5.4 防水設(shè)計(jì)

在空調(diào)安放區(qū)域與機(jī)房設(shè)備安放區(qū)域之間設(shè)置100 mm高的攔水壩，每個(gè)區(qū)域內(nèi)設(shè)排水地漏。

5.5 保溫降噪

與機(jī)房毗鄰的2層頂板，7層底板及辦公區(qū)域隔墻建筑專業(yè)保溫。空調(diào)靜壓箱、回風(fēng)吊頂內(nèi)貼消音棉。

6 設(shè)計(jì)體會(huì)

本工程竣工后，運(yùn)行效果良好，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期目標(biāo)。在一期投入使用的3層、4層機(jī)房中分別采用了不同的布置方式，由此產(chǎn)生諸多不同結(jié)果，值得在以后的設(shè)計(jì)中借鑒。

1)4層機(jī)房將空調(diào)區(qū)域以玻璃隔斷封閉，有效降低機(jī)房內(nèi)的噪聲。

2)架空地板內(nèi)電纜走向，4層機(jī)房同送風(fēng)方向一致，架空地板下的送風(fēng)氣流防止了產(chǎn)生紊流，防止了氣流突變，減少了電纜和建筑阻斷對(duì)送風(fēng)氣流的影響，送風(fēng)效果較好。

3)4層機(jī)房空調(diào)負(fù)荷大，室外機(jī)眾多，室外機(jī)兩層累疊安裝，均布擺放于同層跳臺(tái)，實(shí)踐結(jié)果：到了極熱月份，中部的機(jī)組散熱效果不好，所以，對(duì)于數(shù)量眾多的室外機(jī)擺放，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)進(jìn)行計(jì)算機(jī)氣流場、溫度場的模擬實(shí)驗(yàn)，位于中間的室外機(jī)間加大距離放置。

4)眾多室外機(jī)產(chǎn)生的噪聲給毗鄰的辦公樓及住宅樓居民造成困擾，是今后必須吸取的教訓(xùn)。

5)節(jié)能：據(jù)統(tǒng)計(jì)機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)電耗占整個(gè)數(shù)據(jù)機(jī)房電耗的45%，隨著數(shù)據(jù)機(jī)房能耗的不斷增加，對(duì)系統(tǒng)的節(jié)能要求越來越高。如何將成熟的節(jié)能技術(shù)應(yīng)用在項(xiàng)目中，任重道遠(yuǎn)。

比如數(shù)據(jù)機(jī)房是全年發(fā)熱型，在北方冬季如何熱回收，利用機(jī)房的發(fā)熱是一種節(jié)能的有效途徑。