北京某數(shù)據(jù)中心辦公樓暖通空調(diào)設(shè)計案例分析

摘 要：介紹了北京某數(shù)據(jù)中心辦公樓空調(diào)冷熱源的選擇，水系統(tǒng)、風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計，采取的節(jié)能措施及通風(fēng)防排煙系統(tǒng)設(shè)計，總結(jié)了辦公樓空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計的特點，分析了該設(shè)計存在的不足。

關(guān)鍵詞：變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)；定風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)；空調(diào)水系統(tǒng)；通風(fēng)及防排煙；自動控制

1 工程建筑概況

本項目位于中關(guān)村環(huán)保科技示范園，建筑面積為121008平方米，建筑層數(shù)為地下三層，地上四層，其中地下三層為汽車庫，設(shè)備用房，地下一、二層為數(shù)據(jù)中心及其附屬配套用房；地上一層至四層為數(shù)據(jù)城堡及其為數(shù)據(jù)中心服務(wù)的辦公、會議、休息等用房，本項目數(shù)據(jù)機房部分的通風(fēng)及空調(diào)系統(tǒng)由分包設(shè)計。

2 設(shè)計參數(shù)

2.1 室內(nèi)設(shè)計參數(shù)（見表1）

2.2 室外設(shè)計參數(shù)

夏季：空調(diào)室外計算干球溫度35.4℃，空調(diào)室外計算濕球溫度26.9℃，夏季空調(diào)日平均溫度30.5℃，室外平均風(fēng)速1.6m/s，大氣壓力98.82hPa。

冬季：空調(diào)室外計算干球溫度-5.1℃，空調(diào)室外計算相對濕度59%，室外平均風(fēng)速2.1m/s，大氣壓力100.9kPa。

3 空調(diào)系統(tǒng)

3.1 冷熱源的選擇

設(shè)計中對每一個空調(diào)房間進行了逐時逐項冷負荷及熱負荷計算，空調(diào)計算冷負荷（不含數(shù)據(jù)機房空調(diào)冷負荷）為3024kW，冬季熱負荷為2795kW。結(jié)合辦公建筑特性，即用電高峰時段空調(diào)負荷大，其余時間負荷小的場合，本項目冷源方案采用冰蓄冷系統(tǒng)，熱源系統(tǒng)采用燃氣鍋爐。冰蓄冷系統(tǒng)采用部分蓄冰模式，采用制冷主機上游、蓄冰盤管下游的單級泵串聯(lián)系統(tǒng)，儲冰量為33%；選用兩臺空調(diào)時制冷量791kW、制冰時制冷量524kW的電制冷雙工況冷水機組（蓄冰系統(tǒng)用）；能效比COP值為制冰時3.61，空調(diào)時5.10；考慮到數(shù)據(jù)城堡需全天24h空調(diào)，同時配有一臺基載主機，制冷量為1020kW。能效比COP值為5.13。

冰蓄冷系統(tǒng)二次冷劑為：25%乙烯乙二醇溶液，空調(diào)供回水溫度為7/12℃。

雙工況主機充冷工況參數(shù)：溶液溫度：-6.5/-2.5℃；冷卻水供回水溫度：32/37℃；運行時間：8h（23：00～7：00）。

雙工況主機供冷工況參數(shù)：溶液溫度：6/11℃；冷卻水供回水溫度：32/37℃。

儲冷裝置參數(shù)：充冷溫度-6.5℃，充冷時間：8h（23：00～7：00），釋冷溫度：3.27℃。

基載主機空調(diào)工況參數(shù)：冷水供回水溫度為7/12℃，冷卻水供回水溫度：32/37℃。

冷卻塔設(shè)置在數(shù)據(jù)中心四層屋面。冷水機組及冷水泵設(shè)置在地下三層的冷凍機房內(nèi)。

熱源由位于地塊內(nèi)的燃氣鍋爐提供95/70℃的一次熱水引入本工程的地下一層熱力間內(nèi)，由熱力采暖分集水器分出三路。一路供集中采暖，一路提供冬季空調(diào)的一次熱源，管路引至地下三層冷凍機房交換成60/50℃的二次熱水供冬季全空氣及風(fēng)機盤管加新風(fēng)系統(tǒng)使用；一路供辦公部分外區(qū)四管制風(fēng)機盤管過渡季供暖，管路引至地下三層冷凍機房換成45/40℃二次熱水供四管制風(fēng)機盤管過渡季供暖使用。三路均在熱力間分集水器處設(shè)熱表計量。

3.2 空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)

空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計以豎向分層、橫向按防火分區(qū)設(shè)置系統(tǒng)為原則，根據(jù)建筑使用功能及用途分別對應(yīng)設(shè)置全空氣空調(diào)系統(tǒng)及風(fēng)機盤管加新風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)。

3.2.1 全空氣定風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)

地下二層控制中心、二至四層的數(shù)據(jù)城堡、首層入口大廳等大空間場合設(shè)計全空氣定風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)，其中數(shù)據(jù)城堡空調(diào)器選用恒溫恒濕精密空調(diào)器。全空氣組合空調(diào)箱均設(shè)初效、中效過濾器?？照{(diào)系統(tǒng)設(shè)計為雙風(fēng)機空調(diào)系統(tǒng)，在過渡季時可轉(zhuǎn)換成全新風(fēng)運行。地下二層控制中心、二至四層的數(shù)據(jù)城堡等大空間場合送風(fēng)采用散流器頂送，單層百葉集中回風(fēng)。首層入口大廳空調(diào)送風(fēng)采用球型噴口送風(fēng)，同側(cè)地面上設(shè)單層百葉集中回風(fēng)，同時在大廳玻璃幕墻處設(shè)暗裝在架空地板內(nèi)的風(fēng)機盤管送風(fēng)。

3.2.2 全空氣變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)

因本工程主要辦公區(qū)建筑進深為2個9m跨，所以在辦公部分外區(qū)設(shè)計四管制的風(fēng)機盤管系統(tǒng)，風(fēng)機盤管承擔(dān)圍護結(jié)構(gòu)的負荷；風(fēng)機盤管設(shè)在250mm的架空地板內(nèi)，采用地板管槽式散熱器，風(fēng)機盤管供回水管設(shè)置在下一層的頂板下。內(nèi)區(qū)采用變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)，承擔(dān)室內(nèi)部分人員、燈光、設(shè)備及新風(fēng)負荷。對應(yīng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)有排風(fēng)系統(tǒng)，在過渡季時可實現(xiàn)全新風(fēng)運行。變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)采用單風(fēng)道系統(tǒng)，選用冷熱型變風(fēng)量末端裝置，風(fēng)口形式采用條縫風(fēng)口頂送，單層百葉集中回風(fēng)。

3.2.3 風(fēng)機盤管加新風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)

本工程在地下一層、地下二層總控中心配套會議休息室、一二層的管理用房及走道、三層的電子檔案管理區(qū)走道以及四層的技術(shù)資料圖書庫設(shè)計風(fēng)機盤管+新風(fēng)系統(tǒng)，新風(fēng)接入風(fēng)機盤管的送風(fēng)管上頂送，方便各房間獨立調(diào)節(jié)。

3.2.4 變制冷劑流量多聯(lián)機空調(diào)系統(tǒng)+雙向新風(fēng)換氣系統(tǒng)

因與集中空調(diào)系統(tǒng)使用時間的不同或必須保證24小時安全運行，在地下一層數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)機房、通信機房、移動通訊機房、首層消防控制中心、安保監(jiān)控室等房間設(shè)計多聯(lián)機空調(diào)系統(tǒng)，為滿足人員的新風(fēng)量要求，同時設(shè)計雙向新風(fēng)換氣系統(tǒng)。為保證地下二層中央監(jiān)控室的空調(diào)連續(xù)安全運行，設(shè)計多聯(lián)機空調(diào)系統(tǒng)作為其中央空調(diào)的應(yīng)急備用冷源，正常情況下采用大樓冷源供應(yīng)地下二層的中央監(jiān)控室的空調(diào)，應(yīng)急情況下采用多聯(lián)機空調(diào)系統(tǒng)。

3.3 空調(diào)水系統(tǒng)

空調(diào)冷凍水系統(tǒng)采用閉式雙管機械循環(huán)一次泵變流量系統(tǒng)。冷源側(cè)冷水機組定流量，負荷側(cè)各空調(diào)末端設(shè)置受室溫控制的電動兩通閥；在冷源側(cè)和負荷側(cè)供回水管路之間，設(shè)置旁通管及受壓差控制的電動旁通調(diào)節(jié)閥。空調(diào)水系統(tǒng)立管、干管設(shè)計為異程系統(tǒng)，夏季供冷、冬季供熱。空調(diào)水系統(tǒng)均采用軟化水補水，補水裝置為定壓罐補水定壓，冰蓄冷乙二醇系統(tǒng)采用乙二醇補液箱高位定壓。冷熱水泵都設(shè)置在地下三層的冷凍機房內(nèi)。為保證空調(diào)水系統(tǒng)的水量分配及壓力平衡，在各支路回水主干管上設(shè)動態(tài)壓差水力平衡閥，各支路回水管上設(shè)手動調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)水力平衡。空調(diào)冷凍水溫度為7/12℃，熱水溫度為60/50℃，冬夏季手動切換。

4 采暖通風(fēng)及防排煙系統(tǒng)

4.1 采暖系統(tǒng)

本工程在有水的房間如水箱間、直飲水機房、報警閥間、消防水泵房、細水噴霧機房等設(shè)計防凍采暖，靠外墻的衛(wèi)生間及帶淋浴的衛(wèi)生間設(shè)計采暖系統(tǒng)，采暖型式為散熱器采暖，地下部分采暖供回水干管布置在每層的頂板下，上供上回；地上部分一至四層靠外墻的衛(wèi)生間采用垂直雙管系統(tǒng)，供回水干管設(shè)在地下一層頂板下，下供下回；地下一層頂板下的水管在穿越電氣房間處均設(shè)有夾層供水管敷設(shè)。集中采暖設(shè)計熱負荷為148kW。

4.2 通風(fēng)系統(tǒng)

（1）自然通風(fēng)。所有靠外墻的空調(diào)房間均可利用可開啟外窗在天氣適宜時段自然通風(fēng)，消除室內(nèi)的余熱和余濕，滿足人員舒適性的同時降低空調(diào)通風(fēng)能耗，全空氣系統(tǒng)均設(shè)計為雙風(fēng)機系統(tǒng)，在過渡季可實現(xiàn)全新風(fēng)運行。

（2）機械通風(fēng)。在大樓冷凍機房、直飲水機房、變配電室等設(shè)備用房分別設(shè)有獨立的機械送排風(fēng)系統(tǒng)，以滿足設(shè)備用房排出余熱和通風(fēng)換氣的要求。

淋浴、更衣、衛(wèi)生間、茶水、文印均設(shè)有機械排風(fēng)系統(tǒng)或排氣扇排風(fēng)，更衣室設(shè)有新風(fēng)，淋浴與衛(wèi)生間進風(fēng)來自于鄰近區(qū)域，以滿足該場合的通風(fēng)換氣要求，保證該房間相對于鄰近房間為負壓，以免氣味外溢相鄰房間。衛(wèi)生間排風(fēng)水平由排氣扇排至豎井，屋頂設(shè)排風(fēng)機由屋頂排出。

地下三層汽車庫按照防煙分區(qū)設(shè)計機械送排風(fēng)系統(tǒng)，每個防煙分區(qū)設(shè)計一套送排風(fēng)系統(tǒng)，排風(fēng)機兼排煙，送風(fēng)機兼消防補風(fēng)。

地下一層的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)機房、通信機房、移動通訊機房及變配電間等房間消防采用氣體滅火系統(tǒng)，為排除其滅火后房間內(nèi)充滿的七氟丙烷氣體，設(shè)有氣體滅火事故排風(fēng)系統(tǒng)。

4.3 防排煙系統(tǒng)

地下室內(nèi)走道及地下總控中心設(shè)計機械排煙系統(tǒng)及補風(fēng)系統(tǒng)，火災(zāi)時，由消防控制中心開啟著火區(qū)域內(nèi)的排煙口，同時開啟排煙風(fēng)機，并開啟對應(yīng)防火分區(qū)內(nèi)的補風(fēng)系統(tǒng)。

地上未設(shè)計機械排煙的房間采用開啟外窗自然排煙，可開啟外窗面積不小于該房間面積的2%，外窗至房間最遠點不超過30m。

不滿足自然排煙條件的防煙樓梯間及其前室設(shè)置加壓送風(fēng)系統(tǒng)。采用對樓梯間設(shè)機械加壓送風(fēng)，前室不送風(fēng)的系統(tǒng)形式，防煙樓梯間每隔一層設(shè)一自垂式常開百葉風(fēng)口。

5 自動控制與節(jié)能措施

5.1 自動控制

本工程采用直接數(shù)字式監(jiān)控系統(tǒng)（DDC系統(tǒng)），它由中央電腦及終端設(shè)備加上若干個DDC控制盤組成，在空調(diào)控制中心能顯示打印出空調(diào)、通風(fēng)、制冷等各系統(tǒng)設(shè)備的運行狀態(tài)及主要運行參數(shù)，并進行集中遠距離控制和程序控制。

空調(diào)機組、新風(fēng)機組冷凍水管道上的電動兩通閥均與風(fēng)機聯(lián)鎖控制，空調(diào)機組、新風(fēng)機組的新風(fēng)入口處的電動密閉調(diào)節(jié)閥的開閉與風(fēng)機啟停聯(lián)鎖；全空氣系統(tǒng)部分設(shè)計過渡季節(jié)全新風(fēng)運行措施，盡量利用室外新鮮空氣自然降溫，減少全年冷水機組開啟時間。

5.2 節(jié)能設(shè)計

空調(diào)冷熱源采用冰蓄冷方案，可以轉(zhuǎn)移建筑的用電負荷，起到“削峰填谷”的作用，總體上提高發(fā)電廠能源的利用效率，緩解用電緊張，還可以降低配電設(shè)備和制冷設(shè)備的容量。

辦公建筑劃分內(nèi)外區(qū)，外區(qū)采用四管制地板管槽式散熱器，內(nèi)區(qū)采用單風(fēng)道變風(fēng)量系統(tǒng)，有利于各空調(diào)區(qū)分別調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度，提高室內(nèi)衛(wèi)生標準。

全空氣系統(tǒng)設(shè)計為雙風(fēng)機系統(tǒng)，在過渡季節(jié)采用變新風(fēng)比調(diào)節(jié)及全新風(fēng)運行，當室外空氣焓值小于室內(nèi)空氣設(shè)計狀態(tài)的焓值時，采用室外新風(fēng)為室內(nèi)降溫，充分利用室外天然冷源。

采用直接數(shù)字控制系統(tǒng)（DDC系統(tǒng)）的集中空調(diào)自控系統(tǒng)，節(jié)省空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)運行能耗。

6 設(shè)計特點及存在的問題

6.1 設(shè)計特點

設(shè)計采用了多項節(jié)能技術(shù)措施：

（1）采用冰蓄冷系統(tǒng)能夠?qū)﹄娋W(wǎng)起到“削峰填谷”的作用，對于電力系統(tǒng)來說，具有較好的節(jié)能效果。

（2）開放式辦公區(qū)域采用內(nèi)外分區(qū)的空調(diào)形式，內(nèi)區(qū)采用變風(fēng)量形式，外區(qū)采用管槽式風(fēng)機盤管系統(tǒng)，變風(fēng)量系統(tǒng)具有控制靈活、節(jié)能等特點，它能根據(jù)空調(diào)區(qū)負荷的變化，自動改變送風(fēng)量；隨著系統(tǒng)送風(fēng)量的減少，風(fēng)機的輸送能耗相應(yīng)減少。

（3）空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計不僅考慮了設(shè)計工況，而且考慮過渡季節(jié)空調(diào)系統(tǒng)采用全新風(fēng)或增大新風(fēng)比運行，可以有效地改善空調(diào)區(qū)內(nèi)空氣的品質(zhì)，大量節(jié)省空氣處理所需消耗的能量。

（4）為達到水系統(tǒng)平衡，在各循環(huán)水支路設(shè)置平衡閥，使得系統(tǒng)設(shè)計合理，運行可靠。

6.2 存在的問題

（1）部分辦公區(qū)域采用吊頂集中回風(fēng)形式，使空調(diào)區(qū)域加大，空調(diào)能耗上升，不利于節(jié)能。

（2）新風(fēng)接入風(fēng)機盤管的送風(fēng)管后送出，會造成送風(fēng)和新風(fēng)的壓力難以平衡，會影響新風(fēng)量的送入。

（3）大廳地面回風(fēng)，空氣質(zhì)量差。

（4）本工程外區(qū)管槽式風(fēng)機盤管設(shè)在每層的架空地板內(nèi)，水管設(shè)在下一層的頂板下，其中地下一層頂板下的水管在穿越電氣房間時設(shè)有夾層供水管敷設(shè)，需要暖通專業(yè)與土建專業(yè)密切配合，做好風(fēng)管、水管等穿墻及樓板孔洞的預(yù)留工作等。

參考文獻

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作者簡介：周懷改（1981，07-），女，河南南陽人，碩士研究生，工程師，研究方向：室內(nèi)通風(fēng)及空調(diào)制冷。