關(guān)于全地下式大型計(jì)算機(jī)房暖通空調(diào)設(shè)計(jì)的一點(diǎn)思路

【摘要】本設(shè)計(jì)為北京市某衛(wèi)星地面站中心機(jī)房暖通空調(diào)設(shè)計(jì)。該衛(wèi)星地面站場(chǎng)地大小為420m*420m，其中心機(jī)房位于場(chǎng)地正中心，主體結(jié)構(gòu)全部在地坪以下，層高3.9米，呈圓形設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)控制建筑面積1200平方米。中心機(jī)房?jī)蓚?cè)分別設(shè)置生活區(qū)和輔房區(qū)作為配套用房。根據(jù)“設(shè)計(jì)要求”，中心機(jī)房為全地下式結(jié)構(gòu)，地面以上所有構(gòu)筑物不得超過(guò)0.6m，且自地面以下1.0米處以上，不得有任何金屬構(gòu)件。本設(shè)計(jì)擬利用兩個(gè)0.6m高通風(fēng)豎井，采用有組織通風(fēng)對(duì)空調(diào)風(fēng)冷冷凝器進(jìn)行冷卻處理的方式進(jìn)行空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

本文首先介紹了該工程概況;其次，介紹了負(fù)荷計(jì)算方法，冷負(fù)荷主要包括圍護(hù)結(jié)構(gòu)冷負(fù)荷、計(jì)算機(jī)散熱帶來(lái)的冷負(fù)荷、人員散熱冷負(fù)荷和照明散熱冷負(fù)荷等，其中大型計(jì)算機(jī)散熱為本項(xiàng)目主要冷負(fù)荷;介紹了空調(diào)選型和空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，空調(diào)機(jī)組采用恒溫恒濕計(jì)算機(jī)房專用空調(diào)，送風(fēng)方式為地板下送風(fēng)、吊頂上回風(fēng)，冷風(fēng)自下而上通過(guò)計(jì)算機(jī)組對(duì)設(shè)備和房間進(jìn)行冷卻;再次，介紹了通風(fēng)和排煙系統(tǒng)，生活區(qū)和輔房區(qū)均設(shè)置新風(fēng)排風(fēng)和排煙系統(tǒng)，中心機(jī)房和監(jiān)控室采用七氟丙烷氣體滅火系統(tǒng);最后，對(duì)本設(shè)計(jì)進(jìn)行了總結(jié)，得出了結(jié)論。

【關(guān)鍵詞】中心機(jī)房;全地下式;有組織通風(fēng);地板送風(fēng);暖通空調(diào)

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2022.11.059

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(jié)構(gòu)，地下一層，鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)，主體結(jié)構(gòu)最高點(diǎn)在地坪下距地面1.2米。

中心機(jī)房為圓形，凈高3.9米，共布有12列132臺(tái)大型計(jì)算機(jī)組，房間設(shè)置吊頂和架空地板。機(jī)房?jī)蓚?cè)分別為生活區(qū)和輔房區(qū)，凈高3.0米。西側(cè)生活區(qū)設(shè)置監(jiān)控室、值班室、休息室、警衛(wèi)室、衛(wèi)生間和設(shè)備間等房間;東側(cè)輔房區(qū)主要有通風(fēng)空調(diào)設(shè)備間、配電間、濾波間、氣瓶間、維修室和排煙機(jī)房等房間。

設(shè)計(jì)要求：“地面以上所有構(gòu)筑物不得超過(guò)0.6m，且自地面以下1.0米處以上，不得有任何金屬構(gòu)件。”

2、負(fù)荷計(jì)算

2.1氣象參數(shù)

（1）室內(nèi)計(jì)算溫度：tn=23±2℃（露點(diǎn)溫度13.5℃，機(jī)器露點(diǎn)溫度14.8℃）

室內(nèi)相對(duì)濕度：φn=40～70%

（2）室外計(jì)算溫度：tw=33.2℃（濕球溫度26.4℃）

室外相對(duì)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(fù)荷

（1）計(jì)算機(jī)散熱：本工程室內(nèi)冷負(fù)荷主要是大型電子計(jì)算機(jī)散熱所形成。對(duì)于電子計(jì)算機(jī)，國(guó)外產(chǎn)品一般都給出設(shè)備發(fā)熱;對(duì)于國(guó)內(nèi)產(chǎn)品，目前實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)較少，設(shè)計(jì)參數(shù)采用n1=0.7，n2=0.7，n3=1.0。計(jì)算機(jī)總功率為180kw，散熱量為88.2kw。

（2）維護(hù)結(jié)構(gòu)最大冷負(fù)荷：1490.7w

（3）太陽(yáng)輻射熱：0

（4）人體散熱：4520.4w

（5）照明散熱冷負(fù)荷：6400w

（6）濕負(fù)荷：1.172g/s

（7）室內(nèi)總冷負(fù)荷：Q1=100.6kw

2.3風(fēng)量計(jì)算

（1）熱濕比

由于夏季和冬季室內(nèi)冷負(fù)荷相差無(wú)幾，故將熱濕比線視為同一直線。

ε=Q/W=100600/1.172=85836kJ/kg

（2）送風(fēng)溫差：6℃;送風(fēng)溫度：17℃。

（3）總送風(fēng)量

通過(guò)焓濕圖，計(jì)算總送風(fēng)量為44642m3/h，新風(fēng)風(fēng)量為0.72kg/s。

3、空調(diào)選型

3.1主要參數(shù)

（1）空調(diào)機(jī)制冷量

1）夏季：

相對(duì)濕度小于70%時(shí)：QO=G（iC-iO）=139.1kw

相對(duì)濕度大于70%時(shí)：QO=G（iC-iL）=173.1kw

2）冬季：

QO’=G（iC’-iO）=57.7kw

（2）夏季新風(fēng)負(fù)荷：Q2=GW（iW-iN）=27.2kw

（3）再熱量：Q3=G（iO-iL）=35.5kw

（4）空調(diào)機(jī)所需最大負(fù)荷：200.3kw

3.2空調(diào)選型

根據(jù)以上計(jì)算，本設(shè)計(jì)選用3臺(tái)恒溫恒濕計(jì)算機(jī)房專用空調(diào)機(jī)組，每臺(tái)空調(diào)總冷量為89.1kw，顯冷量為78.1kw，2用1備。每臺(tái)空調(diào)均設(shè)有兩個(gè)獨(dú)立的工作系統(tǒng)，在有一臺(tái)空調(diào)停機(jī)維修的時(shí)候，如果再有一臺(tái)空調(diào)的一個(gè)制冷系統(tǒng)出現(xiàn)故障，仍可達(dá)到75%的制冷量，可以滿足機(jī)房制冷需求。備用空調(diào)機(jī)既可與其它機(jī)組輪換值班，也可在夏季溫度超常的時(shí)候，直接投入運(yùn)行，以保障超大制冷量需求。因此，選用3臺(tái)空調(diào)機(jī)相對(duì)合理。此外，本建筑冬季仍需供冷，由于冬季冷負(fù)荷小于夏季冷負(fù)荷，冬季制冷需求可以充分保證。

設(shè)計(jì)要求室內(nèi)相對(duì)濕度在40～70%之間，而北京一年中相對(duì)濕度超過(guò)70%的天數(shù)很少，再加上空氣調(diào)節(jié)的過(guò)程中包含除濕或加濕過(guò)程，恒溫恒濕機(jī)房專用空調(diào)可以很精確的把濕度控制在55±10%左右，因此，不再另設(shè)除濕機(jī)。

4、空調(diào)系統(tǒng)

4.1中心機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

設(shè)在通風(fēng)空調(diào)設(shè)備間的空調(diào)送風(fēng)管在地下夾層匯合后，通過(guò)2000X1250的主送風(fēng)管道沿地溝敷設(shè)到中心機(jī)房地板下空腔。架空地板上設(shè)34個(gè)送風(fēng)口，分別均勻布置在計(jì)算機(jī)組下方和過(guò)道上，冷風(fēng)自下而上對(duì)計(jì)算機(jī)和室內(nèi)空氣進(jìn)行冷卻調(diào)節(jié)，然后通過(guò)吊頂上設(shè)置的16個(gè)雙層百葉回風(fēng)口進(jìn)入吊頂，最后通過(guò)設(shè)備間走廊上方的2000X1200回風(fēng)主管道回到空調(diào)機(jī)。空調(diào)機(jī)冷凝器共6臺(tái)，設(shè)在室外機(jī)機(jī)房?jī)?nèi)。

4.2生活區(qū)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

監(jiān)控室、值班室、休息室、警衛(wèi)室等房間的供暖及制冷由4臺(tái)低靜壓風(fēng)管機(jī)（一拖多）負(fù)責(zé)，其冷凝器也放在室外機(jī)機(jī)房?jī)?nèi)。制冷劑管道通過(guò)中心機(jī)房吊頂連接著風(fēng)管機(jī)和冷凝器。中心機(jī)房空調(diào)機(jī)和生活區(qū)空調(diào)機(jī)冷凝器通風(fēng)設(shè)計(jì)見(jiàn)下一章。空調(diào)送風(fēng)系統(tǒng)平面圖如圖3：

5、通風(fēng)和排煙系統(tǒng)

5.1進(jìn)排風(fēng)豎井

前文中提到，“中心機(jī)房為全地下式結(jié)構(gòu)，出地面構(gòu)筑物最高不得超過(guò)0.6m，且自地面以下1.0米處以上，不得有任何金屬構(gòu)件。”為此，經(jīng)綜合考慮，在通風(fēng)空調(diào)機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)置兩個(gè)通風(fēng)井，通過(guò)管道連接，進(jìn)行有組織通風(fēng)，以解決設(shè)置在機(jī)房?jī)?nèi)的空調(diào)室外機(jī)的通風(fēng)冷卻難題;通風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)2臺(tái)，一用一備，以確保空調(diào)冷凝器熱量可以及時(shí)有效排除。出機(jī)房主體結(jié)構(gòu)的通風(fēng)管道均采用非金屬管道。同時(shí)，進(jìn)風(fēng)井兼做供給新風(fēng)和排煙補(bǔ)風(fēng)用，排風(fēng)井兼做排煙和排風(fēng)用。進(jìn)排風(fēng)井出地面高度為0.6米，百葉采用非金屬材料制作。進(jìn)風(fēng)井百葉窗高0.3m，總長(zhǎng)23m，面積為6.9m2，根據(jù)總進(jìn)風(fēng)量計(jì)算進(jìn)風(fēng)速度為2m/s。出風(fēng)井由于采用了通風(fēng)機(jī)提供壓頭，因此面積可以小于進(jìn)風(fēng)井許多，但風(fēng)速要大于進(jìn)風(fēng)井。

同樣，在生活區(qū)設(shè)備間也分別設(shè)置一個(gè)進(jìn)風(fēng)井和一個(gè)排風(fēng)井，負(fù)責(zé)生活區(qū)通風(fēng)和排煙，進(jìn)排風(fēng)井出地面高度為0.6米。空調(diào)室外機(jī)房剖面圖如圖4：

5.2通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

由于本工程為全地下結(jié)構(gòu)，為保持房間空氣質(zhì)量，所有房間均設(shè)置新風(fēng)和排風(fēng)。

輔房區(qū)機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)置新風(fēng)風(fēng)機(jī)3臺(tái)，其中2臺(tái)為中心機(jī)房新風(fēng)風(fēng)機(jī)，1用1備。新風(fēng)由通風(fēng)空調(diào)機(jī)房進(jìn)風(fēng)豎井引入，通過(guò)新風(fēng)機(jī)與中心機(jī)房回風(fēng)在靜壓箱混合后，經(jīng)空調(diào)送風(fēng)管送入室內(nèi)。另外1臺(tái)新風(fēng)機(jī)負(fù)責(zé)為輔房區(qū)設(shè)備間、配電間、濾波間、氣瓶間和維修室等房間供給新風(fēng)。新風(fēng)因入口風(fēng)管設(shè)初效和中效兩級(jí)過(guò)濾器，以保證進(jìn)入室內(nèi)新風(fēng)的空氣質(zhì)量，過(guò)濾器需定時(shí)清洗。

輔房區(qū)機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)置排風(fēng)機(jī)2臺(tái)，1用1備。中心機(jī)房吊頂設(shè)4個(gè)排風(fēng)口，通過(guò)風(fēng)管與輔房區(qū)設(shè)備間、配電間、濾波間、氣瓶間和維修室等房間排風(fēng)口匯合后，經(jīng)排風(fēng)機(jī)排入排風(fēng)豎井內(nèi)。

生活區(qū)設(shè)帶熱回收的新風(fēng)換氣機(jī)1臺(tái)，為生活區(qū)監(jiān)控室、值班室、休息室和警衛(wèi)室等房間供給新風(fēng)和排風(fēng)，新風(fēng)和排風(fēng)分別接入生活區(qū)進(jìn)排風(fēng)豎井。衛(wèi)生間排風(fēng)單獨(dú)接入排風(fēng)豎井。空調(diào)回風(fēng)及通風(fēng)排煙平面圖如圖5：

5.3排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)

由于中心機(jī)房與監(jiān)控室采用氣體滅火系統(tǒng)，因此不設(shè)排煙設(shè)施。

輔房區(qū)排煙專用機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)排煙風(fēng)機(jī)1臺(tái)，新風(fēng)機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)1臺(tái)補(bǔ)風(fēng)風(fēng)機(jī)，分別負(fù)責(zé)輔房區(qū)房間的排煙和補(bǔ)風(fēng)。

生活區(qū)排煙專用機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)排煙風(fēng)機(jī)1臺(tái)，新風(fēng)機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)1臺(tái)補(bǔ)風(fēng)風(fēng)機(jī)，分別負(fù)責(zé)生活區(qū)房間的排煙和補(bǔ)風(fēng)。

排風(fēng)系統(tǒng)與二氧化碳自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)。

火災(zāi)時(shí)，所有空調(diào)和通風(fēng)設(shè)備均關(guān)閉，氣體滅火設(shè)備和輔房部分的排煙設(shè)施開(kāi)啟。滅火結(jié)束后，排風(fēng)風(fēng)機(jī)與新風(fēng)換氣機(jī)開(kāi)啟，排除廢氣后人員方能進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)。

結(jié)語(yǔ)：

本項(xiàng)目竣工后立即投入了使用，經(jīng)過(guò)一個(gè)夏季的使用來(lái)看，計(jì)算機(jī)組全功率運(yùn)行時(shí)，室內(nèi)溫度可精確的控制在23±0.3℃，相對(duì)濕度控制在55±5%，運(yùn)行效果十分理想。

在設(shè)計(jì)大型商業(yè)綜合體時(shí)，暖通空調(diào)專業(yè)雖然工作量較大，但通常都可以按照常規(guī)做法進(jìn)行設(shè)計(jì);在以往的坑道或人防工程設(shè)計(jì)中，進(jìn)排風(fēng)豎井和空調(diào)冷熱源通常也都是可以靈活設(shè)置的。相比之下，本項(xiàng)目雖然規(guī)模不大，但是全地下式結(jié)構(gòu)給暖通空調(diào)專業(yè)設(shè)計(jì)帶來(lái)的挑戰(zhàn)無(wú)疑是巨大的。

綜上，針對(duì)全地下式建筑布局的大型計(jì)算機(jī)中心機(jī)房，采用有組織通風(fēng)，地板下送風(fēng)、吊頂上回風(fēng)的暖通空調(diào)設(shè)計(jì)思路是可行的，設(shè)計(jì)方法是合理的，運(yùn)行效果是理想的。

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作者簡(jiǎn)介：

張威（1981.01-），男，漢族，吉林遼源人，哈爾濱工業(yè)大學(xué)建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)學(xué)士，北京理工大學(xué)項(xiàng)目管理專業(yè)碩士，注冊(cè)公用設(shè)備工程師（暖通空調(diào)），綠色建筑咨詢工程師（高級(jí)），BIM高級(jí)工程師。