中铁四院集团西南勘察设计有限公司 云南省昆明市 650000
摘要：该工程采用恒温恒湿水冷精密空调系统，结合昆明气候特征，其制冷设备选用具有自然冷却功能的风冷冷水机组，该机组在室外温度低于设定温度，即可启动自然冷却功能，具有较好节能效果，结合工程实际，对该机房专用空调机组系统形式，气流组织形式特点等设计思路进行分析，并总结了设计体会。
关键词：集中冷源；自热冷却；冷通道；热通道
1工程概况
该工程为昆明市轨道交通路网调度中心，项目主楼12层以下主要为地铁控制中心通信系统机房、信号系统机房；主楼12层以上为控制中心办公用房。信息机房设备集中，电气元件多，对周围环境要求高，该项目空调设计需确保设备在良好室内环境条件下，不同阶段的长期、可靠、稳定运行。
2主要设计参数
2.1室外设计资料
夏季室外计算干球温度26.3℃，室外计算湿球温度19.9℃；冬季室外计算干球温度1.1℃，冬季空调室外计算相对湿度72%。
2.2室内设计参数
据工艺环境要求，该项目信息设备机房需满足A级电子信息系统机房环境标准。
3空调系统
3.1冷源及水系统
数据中心机房空调负荷由以下几部分组成：建筑围护结构传热和太阳辐射热，照明设备，人员及新风产生的热量，服务器和附属配电设备发热。其中主要负荷就是服务器所产生的热量，负荷显著特性是来自数据处理设备散热量大，占全部发热量90%以上，这部分热量高度集中、分布不均且可变，室内人员较少，新风量少，散湿量小，热湿比很大。空调设备需全天24小时运行来满足设备工艺环境要求。
考虑该通信设备机房初建完成时，设备设置密度较小，随数据中心不断完善，机房内会不断增加数据处理设备，散热量也随之明显增加，制冷设备近期2用1备，远期3用1备，常年提供7℃12℃冷水。结合昆明气候特点，制冷设备选用带自然冷却盘管的风冷螺杆式冷水机组（单台制冷量593kW），近期2用1备，远期3用1备，常年提供7℃12℃冷水。
国内对小型数据中心机房，多常用直接蒸发式空调，因室外机放置和制冷剂管路铺设在空间上会受诸多限制，大型数据中心多采用集中冷源形式的空调系统。
3.2风系统
室内空调机组选用电子调速风机（EC风机），机组下送风上回风，静电地板架空高度450mm，空调机房与主机房分开设置。人进入主机房后看不到空调机组。机组送风利用架空地板形成的静压箱，均匀地从地板送风口送到机柜除。回风则通过隔墙格栅风口利用机组形成的负压回到空调机房，再进入机组。
新风阀 2.过滤器 3.冷却去湿器 4.再热器 5.加湿器 6送机机 7.消声器 C.设备机柜
图1地板送风集中空调系统
据回风温度，空调机组自动调节风机转速来调节风量。室内空调机采用N+1备份原则（N为计算的设备台数，1为备用台数）。
4空调系统特点及节能分析
4.1风冷螺杆冷水机组（带自然冷却盘管）的特点
冷源采用带自然冷却功能风冷螺杆机组，该机组可直接安放于屋顶或其他室外空间，省去水冷式冷水机组所必备的冷却塔、冷却水泵及冷却水管路系统。风冷冷冻水主机中包含冷凝器、蒸发器、压缩机、节流部件如电子膨胀阀等，可集成自然冷却盘管及自然冷却自动控制技术。该风冷螺杆式冷水机组与集中空调系统常用的风冷螺杆式冷水机组的不同之处在于机组带有自然冷却盘管为减少机械制冷（压缩机运行）时间，机组另外配置一套水空气自然冷却盘管，当环境温度低至临界点（由环境温度、回水温度共同决定）时，机组即启动自然冷却功能，先由水空气换热盘管对回水进行降温，回水在进人蒸发器前被预冷。通过此预冷（亦即自然冷却）过程，室外空气为空调系统提供部分冷量或全部冷量，不必像一般风冷式冷水机组那样全靠压缩式制冷系统供冷，从而达节能目的。机组自然冷却与机械制冷切换完全由机组控制系统自动实现，不需人工干预。室外环境温度低于13℃时，自然冷却盘管开始工作，随室外环境温度降低，自然冷却在制冷中所占比例逐渐增加，到室外环境温度低于一定温度时，如所需制冷能力等于机组额定制冷能力，便可全部采用自然冷却，压缩机不必开启。
带有自然冷却功能的风冷式冷水机组所组成的空调系统较单纯的机械制冷的空调系统具有明显节能效果。随室外环境温度降低，自然冷却节能比例越来越大。
该机组具有三种运行模式：
1）夏季DX直接蒸发运行模式：?压缩机运行；?冷冻水不经自然冷却盘管；?直接进入壳管式蒸发器冷却降温。
2）春、秋季DX和FC混合运行模式：?室外温度较低，冷冻水进入自然冷却盘管冷却一次冷却；?压缩机运行，壳管式蒸发器二次冷却，压缩机、风机、水泵运行，系统能耗部分降低。
3）冬季FC模式运行：?室外温度比回水温度足够低，压缩机停机；?冷冻水进入自然冷却盘管冷却；?风机、水泵运行，系统能耗大幅降低。
图2冷水机组（带自然冷却盘管）原理图
4.2机房专用空调机组（带EC调速风机）的特点
本项目采用机房专用空调可提供全年365d、全天24h全方位温湿度控制，具有极高可靠性、稳定性及经济性。机组利用室外机组制取冷水对室内设备进行冷却，具有制冷、加湿、除湿功能。
其温度控制范围15?30℃，精度土1℃；相对湿度控制范围35%?80%，精度士5%。机组送风机采用直联式EC电动机的无蜗壳后向离心风机。EC无锅壳调速风机能据制冷系统变化，自动调节风机转速，使表冷器始终工作在合理工作点上。且EC无解壳调速风机能效高，特别是风机低速运转时非常节能。
空调室内机组送风机放置在架空地板下部，降低机房内噪声。机组冷量调节在一定范围内可利用风机调速实现，并结合电动二通调节阀做到冷量输出的无级调节。
室内所有机组联网运行，备用机组处于热备份状态，当其中某台机组发生故障或人为停机时，其他机组自动调整送风机风量和输出冷量，避免出现机组间竞争运行，防止能量浪费。
4.3机房空调气流组织特点
机房空调气流组织，拟采用冷、热通道隔离方式。机房计算机柜以面对面和背靠背成排方式布置，热通道上方设置透明的隔断，将冷、热通道完全隔离。空调系统系统采用架空地板下送风，吊顶天花回风的气流组织方式，送风口设置在冷通道的架空地板上，送风口采用孔板送风800mmx800mm，根据送风量设计开孔率，回风口设置在热通道的吊顶天花上，风口采用格栅风口800mmx800mm。新风直接从室外经过过滤后引入室内，平时用于满足工作人员的新风需求和保证机房密闭所需正压要求。据昆明气候特征，新风不做热湿处理。
该项目机房采用的是地板下送风，利用高架地板形成天然的静压箱，避免因风速不同造成的各风口风量不均。各地板送风口布置与机柜布置相结合，实现冷热通道分离，以获取较大换热温差，提高换热效率，实现节能。
5设计体会
大型数据中心计算机主机房发热量大且应用会越来越大，带自然冷却功能的集中冷源形式的空调系统可在气温较低时直接利用室外冷空气进行换热，减少机械制冷运行时间，体现了节能环保理念。
数据信息机房分层分区投入使用，设计时要考虑上层或下层机房投入使用后，本层地面或屋面防结露问题。
参考文献
[1]中华人民共和国工业和信息化部GB50174-2008，电子计算机机房设计规范[S].北京：中国计划出版社，2009
[2]赵荣义.空气调节（第三版）[M].北京：中国建筑工业出版社，1994
[3]祝健，张勇.电子计算机机房空调设计实现方法[J].安徽建筑，2001.
论文作者:张跃伟
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第12期
论文发表时间:2018/9/25
标签：机组论文; 机房论文; 自然论文; 室外论文; 空调论文; 风机论文; 空调系统论文; 《建筑学研究前沿》2018年第12期论文;