关于全地下式大型计算机房暖通空调设计的一点思路

文／张威 中国城市建设研究院有限公司 北京 100120

1、工程概况

本工程位于北京某处。总建筑面积1142.23平方米，全地下式结构，地下一层，钢筋混凝土剪力墙结构，主体结构最高点在地坪下距地面1.2米。

中心机房为圆形，净高3.9米，共布有12列132台大型计算机组，房间设置吊顶和架空地板。机房两侧分别为生活区和辅房区，净高3.0米。西侧生活区设置监控室、值班室、休息室、警卫室、卫生间和设备间等房间；东侧辅房区主要有通风空调设备间、配电间、滤波间、气瓶间、维修室和排烟机房等房间。

设计要求：“地面以上所有构筑物不得超过0.6m，且自地面以下1.0米处以上，不得有任何金属构件。”

2、负荷计算

2.1 气象参数

（1）室内计算温度：tn=23±2℃（露点温度13.5℃，机器露点温度14.8℃）

室内相对湿度：φn=40～70%

（2）室外计算温度：tw=33.2℃（湿球温度26.4℃）

室外相对湿度：φn=78%

（3）空气密度

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

2.2 热湿负荷

（1）计算机散热：本工程室内冷负荷主要是大型电子计算机散热所形成。对于电子计算机，国外产品一般都给出设备发热；对于国内产品，目前实测数据较少，设计参数采用n1=0.7,n2=0.7,n3=1.0。计算机总功率为180kw，散热量为88.2kw。

（2）维护结构最大冷负荷：1490.7w

（3）太阳辐射热：0

（4）人体散热：4520.4w

（5）照明散热冷负荷：6400w

（6）湿负荷：1.172g/s

（7）室内总冷负荷：Q1=100.6kw

2.3 风量计算

（1）热湿比

由于夏季和冬季室内冷负荷相差无几，故将热湿比线视为同一直线。

ε=Q/W=100600/1.172=85836kJ/kg

（2）送风温差：6℃；送风温度：17℃。

（3）总送风量

通过焓湿图，计算总送风量为44642m3/h，新风风量为0.72kg/s。

图1 夏季处理过程

图2 冬季处理过程

3、空调选型

3.1 主要参数

（1）空调机制冷量

1）夏季：

相对湿度小于70%时：QO=G(iC-iO)=139.1kw

相对湿度大于70%时：QO=G(iC-iL)=173.1kw

2）冬季：

QO’=G(iC’-iO)=57.7kw

（2）夏季新风负荷：Q2=GW(iW-iN)=27.2kw

（3）再热量：Q3=G(iO-iL)=35.5kw

（4）空调机所需最大负荷：200.3kw

3.2 空调选型

根据以上计算，本设计选用3台恒温恒湿计算机房专用空调机组，每台空调总冷量为89.1kw，显冷量为78.1kw，2用1备。每台空调均设有两个独立的工作系统，在有一台空调停机维修的时候，如果再有一台空调的一个制冷系统出现故障，仍可达到75%的制冷量，可以满足机房制冷需求。备用空调机既可与其它机组轮换值班，也可在夏季温度超常的时候，直接投入运行，以保障超大制冷量需求。因此，选用3台空调机相对合理。此外，本建筑冬季仍需供冷，由于冬季冷负荷小于夏季冷负荷，冬季制冷需求可以充分保证。

设计要求室内相对湿度在40～70%之间，而北京一年中相对湿度超过70%的天数很少，再加上空气调节的过程中包含除湿或加湿过程，恒温恒湿机房专用空调可以很精确的把湿度控制在55±10%左右，因此，不再另设除湿机。

4、空调系统

4.1 中心机房空调系统设计

设在通风空调设备间的空调送风管在地下夹层汇合后，通过2000X1250的主送风管道沿地沟敷设到中心机房地板下空腔。架空地板上设34个送风口，分别均匀布置在计算机组下方和过道上，冷风自下而上对计算机和室内空气进行冷却调节，然后通过吊顶上设置的16个双层百叶回风口进入吊顶，最后通过设备间走廊上方的2000X1200回风主管道回到空调机。空调机冷凝器共6台，设在室外机机房内。

4.2 生活区空调系统设计

监控室、值班室、休息室、警卫室等房间的供暖及制冷由4台低静压风管机（一拖多）负责，其冷凝器也放在室外机机房内。制冷剂管道通过中心机房吊顶连接着风管机和冷凝器。中心机房空调机和生活区空调机冷凝器通风设计见下一章。空调送风系统平面图如图3：

图3 空调送风系统平面图

5、通风和排烟系统

5.1 进排风竖井

前文中提到，“中心机房为全地下式结构，出地面构筑物最高不得超过0.6m，且自地面以下1.0米处以上，不得有任何金属构件。”为此，经综合考虑，在通风空调机房内设置两个通风井，通过管道连接，进行有组织通风，以解决设置在机房内的空调室外机的通风冷却难题；通风机设计2台，一用一备，以确保空调冷凝器热量可以及时有效排除。出机房主体结构的通风管道均采用非金属管道。同时，进风井兼做供给新风和排烟补风用，排风井兼做排烟和排风用。进排风井出地面高度为0.6米，百叶采用非金属材料制作。进风井百叶窗高0.3m，总长23m，面积为6.9m2,根据总进风量计算进风速度为2m/s。出风井由于采用了通风机提供压头，因此面积可以小于进风井许多，但风速要大于进风井。

同样，在生活区设备间也分别设置一个进风井和一个排风井，负责生活区通风和排烟，进排风井出地面高度为0.6米。空调室外机房剖面图如图4：

图4 空调室外机房剖面图

5.2 通风系统设计

由于本工程为全地下结构，为保持房间空气质量，所有房间均设置新风和排风。

辅房区机房内设置新风风机3台，其中2台为中心机房新风风机，1用1备。新风由通风空调机房进风竖井引入，通过新风机与中心机房回风在静压箱混合后，经空调送风管送入室内。另外1台新风机负责为辅房区设备间、配电间、滤波间、气瓶间和维修室等房间供给新风。新风因入口风管设初效和中效两级过滤器，以保证进入室内新风的空气质量，过滤器需定时清洗。

辅房区机房内设置排风机2台，1用1备。中心机房吊顶设4个排风口，通过风管与辅房区设备间、配电间、滤波间、气瓶间和维修室等房间排风口汇合后，经排风机排入排风竖井内。

生活区设带热回收的新风换气机1台，为生活区监控室、值班室、休息室和警卫室等房间供给新风和排风，新风和排风分别接入生活区进排风竖井。卫生间排风单独接入排风竖井。空调回风及通风排烟平面图如图5：

图5 空调回风及通风排烟平面图

5.3 排烟系统设计

由于中心机房与监控室采用气体灭火系统，因此不设排烟设施。

辅房区排烟专用机房内设排烟风机1台，新风机房内设1台补风风机，分别负责辅房区房间的排烟和补风。

生活区排烟专用机房内设排烟风机1台，新风机房内设1台补风风机，分别负责生活区房间的排烟和补风。

排风系统与二氧化碳自动报警系统联动。

火灾时，所有空调和通风设备均关闭，气体灭火设备和辅房部分的排烟设施开启。灭火结束后，排风风机与新风换气机开启，排除废气后人员方能进入现场。

结语：

本项目竣工后立即投入了使用，经过一个夏季的使用来看，计算机组全功率运行时，室内温度可精确的控制在23±0.3℃，相对湿度控制在55±5%，运行效果十分理想。

在设计大型商业综合体时，暖通空调专业虽然工作量较大，但通常都可以按照常规做法进行设计；在以往的坑道或人防工程设计中，进排风竖井和空调冷热源通常也都是可以灵活设置的。相比之下，本项目虽然规模不大，但是全地下式结构给暖通空调专业设计带来的挑战无疑是巨大的。

综上，针对全地下式建筑布局的大型计算机中心机房，采用有组织通风，地板下送风、吊顶上回风的暖通空调设计思路是可行的，设计方法是合理的，运行效果是理想的。