關于全地下式大型計算機房暖通空調設計的一點思路

文／張威 中國城市建設研究院有限公司 北京 100120

1、工程概況

本工程位于北京某處。總建筑面積1142.23平方米，全地下式結構，地下一層，鋼筋混凝土剪力墻結構，主體結構最高點在地坪下距地面1.2米。

中心機房為圓形，凈高3.9米，共布有12列132臺大型計算機組，房間設置吊頂和架空地板。機房兩側分別為生活區和輔房區，凈高3.0米。西側生活區設置監控室、值班室、休息室、警衛室、衛生間和設備間等房間；東側輔房區主要有通風空調設備間、配電間、濾波間、氣瓶間、維修室和排煙機房等房間。

設計要求：“地面以上所有構筑物不得超過0.6m，且自地面以下1.0米處以上，不得有任何金屬構件。”

2、負荷計算

2.1 氣象參數

（1）室內計算溫度：tn=23±2℃（露點溫度13.5℃，機器露點溫度14.8℃）

室內相對濕度：φn=40～70%

（2）室外計算溫度：tw=33.2℃（濕球溫度26.4℃）

室外相對濕度：φn=78%

（3）空氣密度

ρ17干=1.217kg/m3，ρ23干=1.193kg/m3，ρ33干=1.154kg/m3

2.2 熱濕負荷

（1）計算機散熱：本工程室內冷負荷主要是大型電子計算機散熱所形成。對于電子計算機，國外產品一般都給出設備發熱；對于國內產品，目前實測數據較少，設計參數采用n1=0.7,n2=0.7,n3=1.0。計算機總功率為180kw，散熱量為88.2kw。

（2）維護結構最大冷負荷：1490.7w

（3）太陽輻射熱：0

（4）人體散熱：4520.4w

（5）照明散熱冷負荷：6400w

（6）濕負荷：1.172g/s

（7）室內總冷負荷：Q1=100.6kw

2.3 風量計算

（1）熱濕比

由于夏季和冬季室內冷負荷相差無幾，故將熱濕比線視為同一直線。

ε=Q/W=100600/1.172=85836kJ/kg

（2）送風溫差：6℃；送風溫度：17℃。

（3）總送風量

通過焓濕圖，計算總送風量為44642m3/h，新風風量為0.72kg/s。

圖1 夏季處理過程

圖2 冬季處理過程

3、空調選型

3.1 主要參數

（1）空調機制冷量

1）夏季：

相對濕度小于70%時：QO=G(iC-iO)=139.1kw

相對濕度大于70%時：QO=G(iC-iL)=173.1kw

2）冬季：

QO’=G(iC’-iO)=57.7kw

（2）夏季新風負荷：Q2=GW(iW-iN)=27.2kw

（3）再熱量：Q3=G(iO-iL)=35.5kw

（4）空調機所需最大負荷：200.3kw

3.2 空調選型

根據以上計算，本設計選用3臺恒溫恒濕計算機房專用空調機組，每臺空調總冷量為89.1kw，顯冷量為78.1kw，2用1備。每臺空調均設有兩個獨立的工作系統，在有一臺空調停機維修的時候，如果再有一臺空調的一個制冷系統出現故障，仍可達到75%的制冷量，可以滿足機房制冷需求。備用空調機既可與其它機組輪換值班，也可在夏季溫度超常的時候，直接投入運行，以保障超大制冷量需求。因此，選用3臺空調機相對合理。此外，本建筑冬季仍需供冷，由于冬季冷負荷小于夏季冷負荷，冬季制冷需求可以充分保證。

設計要求室內相對濕度在40～70%之間，而北京一年中相對濕度超過70%的天數很少，再加上空氣調節的過程中包含除濕或加濕過程，恒溫恒濕機房專用空調可以很精確的把濕度控制在55±10%左右，因此，不再另設除濕機。

4、空調系統

4.1 中心機房空調系統設計

設在通風空調設備間的空調送風管在地下夾層匯合后，通過2000X1250的主送風管道沿地溝敷設到中心機房地板下空腔。架空地板上設34個送風口，分別均勻布置在計算機組下方和過道上，冷風自下而上對計算機和室內空氣進行冷卻調節，然后通過吊頂上設置的16個雙層百葉回風口進入吊頂，最后通過設備間走廊上方的2000X1200回風主管道回到空調機。空調機冷凝器共6臺，設在室外機機房內。

4.2 生活區空調系統設計

監控室、值班室、休息室、警衛室等房間的供暖及制冷由4臺低靜壓風管機（一拖多）負責，其冷凝器也放在室外機機房內。制冷劑管道通過中心機房吊頂連接著風管機和冷凝器。中心機房空調機和生活區空調機冷凝器通風設計見下一章。空調送風系統平面圖如圖3：

圖3 空調送風系統平面圖

5、通風和排煙系統

5.1 進排風豎井

前文中提到，“中心機房為全地下式結構，出地面構筑物最高不得超過0.6m，且自地面以下1.0米處以上，不得有任何金屬構件。”為此，經綜合考慮，在通風空調機房內設置兩個通風井，通過管道連接，進行有組織通風，以解決設置在機房內的空調室外機的通風冷卻難題；通風機設計2臺，一用一備，以確保空調冷凝器熱量可以及時有效排除。出機房主體結構的通風管道均采用非金屬管道。同時，進風井兼做供給新風和排煙補風用，排風井兼做排煙和排風用。進排風井出地面高度為0.6米，百葉采用非金屬材料制作。進風井百葉窗高0.3m，總長23m，面積為6.9m2,根據總進風量計算進風速度為2m/s。出風井由于采用了通風機提供壓頭，因此面積可以小于進風井許多，但風速要大于進風井。

同樣，在生活區設備間也分別設置一個進風井和一個排風井，負責生活區通風和排煙，進排風井出地面高度為0.6米。空調室外機房剖面圖如圖4：

圖4 空調室外機房剖面圖

5.2 通風系統設計

由于本工程為全地下結構，為保持房間空氣質量，所有房間均設置新風和排風。

輔房區機房內設置新風風機3臺，其中2臺為中心機房新風風機，1用1備。新風由通風空調機房進風豎井引入，通過新風機與中心機房回風在靜壓箱混合后，經空調送風管送入室內。另外1臺新風機負責為輔房區設備間、配電間、濾波間、氣瓶間和維修室等房間供給新風。新風因入口風管設初效和中效兩級過濾器，以保證進入室內新風的空氣質量，過濾器需定時清洗。

輔房區機房內設置排風機2臺，1用1備。中心機房吊頂設4個排風口，通過風管與輔房區設備間、配電間、濾波間、氣瓶間和維修室等房間排風口匯合后，經排風機排入排風豎井內。

生活區設帶熱回收的新風換氣機1臺，為生活區監控室、值班室、休息室和警衛室等房間供給新風和排風，新風和排風分別接入生活區進排風豎井。衛生間排風單獨接入排風豎井。空調回風及通風排煙平面圖如圖5：

圖5 空調回風及通風排煙平面圖

5.3 排煙系統設計

由于中心機房與監控室采用氣體滅火系統，因此不設排煙設施。

輔房區排煙專用機房內設排煙風機1臺，新風機房內設1臺補風風機，分別負責輔房區房間的排煙和補風。

生活區排煙專用機房內設排煙風機1臺，新風機房內設1臺補風風機，分別負責生活區房間的排煙和補風。

排風系統與二氧化碳自動報警系統聯動。

火災時，所有空調和通風設備均關閉，氣體滅火設備和輔房部分的排煙設施開啟。滅火結束后，排風風機與新風換氣機開啟，排除廢氣后人員方能進入現場。

結語：

本項目竣工后立即投入了使用，經過一個夏季的使用來看，計算機組全功率運行時，室內溫度可精確的控制在23±0.3℃，相對濕度控制在55±5%，運行效果十分理想。

在設計大型商業綜合體時，暖通空調專業雖然工作量較大，但通常都可以按照常規做法進行設計；在以往的坑道或人防工程設計中，進排風豎井和空調冷熱源通常也都是可以靈活設置的。相比之下，本項目雖然規模不大，但是全地下式結構給暖通空調專業設計帶來的挑戰無疑是巨大的。

綜上，針對全地下式建筑布局的大型計算機中心機房，采用有組織通風，地板下送風、吊頂上回風的暖通空調設計思路是可行的，設計方法是合理的，運行效果是理想的。