【华信文摘】某通信枢纽楼空调系统改造设计

某通信枢纽楼建成于1997年，地上29层，地下1层，裙楼4层，为超高层建筑。1~19层为通信机房，20~29层为办公用房，19层以下的通信机房及辅助用房建筑面积约为26400㎡。机房均按A类［1］机房建设，原有供冷系统为办公与通信机房共用。大楼设2套水冷冷水系统及主管路，第1套为大楼初建时的空调冷水系统，机组制冷总安装容量为7911kW，于1998年投入使用；第2套空调冷水系统及主管为后期新建，于2012年投入使用，总安装容量为4220kW。目前，第2套空调系统作为主用，第1套空调系统作为备用，夏季需同时启用第1套空调系统中1台1230kW离心冷水机组调峰使用；设计冷水供回水温度均为7℃/12℃。

2套空调水系统采用冷源及主干管相互独立、末端共用方式，并在末端设有水系统切换阀门。空调末端为1998年建成的集中空气处理风管上送风下回风式空调系统，如图1。

图1 原集中空气处理风管平面图

随着通信行业的迅速发展，单机柜功耗增加，原有上送风空调系经已不能满足机房对空调的需求，末端风管经过多次改造均未改变现状，以致空调系统供冷能力与安全成为大楼扩容的瓶颈。

1）该枢纽楼第1套空调系统制冷主机、阀门、管路老化，效率低，已不能与第2套空调系统形成有效备份，其中1台2637KW机组已大修过一次，因机组停产，设备维修困难，制冷效率低。

2）冷量损失较严重。经估算，目前大楼夏季总空调冷负荷约为4570kW，实际运行负荷为5451kW，说明实际供冷量大于空调负荷需求。

3）仅运行第2套空调系统已不能满足现有办公用房与机房供冷需求。该大楼第2套空调系统的总制冷量4220kW，夏季高温时，供冷量明显不足。

4）影响通信机房运行安全。第1套空调系统曾出现因水泵控制柜老化不能启动水泵的情况，结果导致冷水机组不能启动，整个枢纽楼没有空调制冷，危及通信枢纽楼的运行安全。

5）第1，2套空调系统驳接复杂。第2套空调系统建成后，水管均安装在地面或半空中，均未考虑维护通道与空间，且阀门多，在应急情况下很难迅速正确操作。

6）空调末端气流组织存在诸多问题。首先是空调机组风管较长，回风受设备排布阻挡，空气处理机组出风量低于额定风量，导致出力不足；其次，通信设备没有形成面对面、背对背排布，导至前排机柜排出的热风被后排吸入，当气流组织不畅时，热空气更难回到空调机房，导致机房局部过热；再次，因设备功耗增加，空调需求增加，同时为避免水进机房引起水患及安装空间受限等原因，后期增加的民用空气处理机组均布置于外围走道内，利用机房与走道之间的窗户回风，导致无效空调面积及新风量增加，室外新风的侵入导致除湿量增大，冷量损失大。

7）除新建的少数楼层机房为地板下送风方式外，其他均为大楼初建时的集中空气处理风管上送风自然回风方式。从空调机组至最远风口距离最长达50m，输送能耗较高。

经过现场勘察后，发现改造难度很大，具体表现在以下几个方面。

1）该通信枢纽楼的空调改造不仅要对冷源进行扩容，解决大楼发展受空调限制的现状，同时要从根本上解决因气流组织引起的机房局部过热问题及空调不节能等问题

2）所有的通信机房空调系统改造均需在线进行，而且必须保证现有机房的供冷安全。

3）现有机房内送风风管经过多次精确送风（冷风用风管直接送至机柜内部）、上送风改下部送风等改造，通信机房内有利空间均已被风管占用。

4）每层机房均分东、西2个区或，每个区均由对应的空调机房及1套集中上送风管道系统供冷。对于空调系统的风管、水管，安装完成后，其输送能力基本确定，很难对风系统或水系统扩容。

5）安装条件受限。如果新增风冷冷源，6层以下可考虑增加风冷单元式空调机组，6层以上安装风冷单元式空调机组则无室外机安装空间，且6层以下的室外机安装空间需求很大，大楼条件无法满足。

如果新增水冷冷源，不仅需具备冷却塔的安装位置，还需具备用制冷设备、管线路由安装空间。若使用冷却塔，裙房屋面有安装空间，但原结构设计荷载达不到要求，需对屋面结构进行加固；而且该地区原设计抗震设防烈度为7度，按现行规范要求，结构加固后应满足地震设防8度的要求，且需对大楼结构整体进行加固，不仅投资大，工期很长，还会影响现有机房的运行安全。

若增加制冷机房，该大楼已有2套冷水系统的制冷机房，再设冷冻机房，难度就更大了。

经过详细勘察及讨论分析，认为采取新建第3套空调系统的方案较好，使其空调水系统、风系统与现有系统分开，既可解决现有第2套空调系统容量不足，也可摆脱现有空调风系统及送风方式的限制，降低通信机房在线空调改造的风险，保证通信设备运行安全。

1）冷源。受现有条件限制，已无空间再增加制冷机房，且目前第1套空调水系统不能拆除，综合考虑，新建第3套分布式集中冷却水空调系统时，冷却塔分阶段安装在第1套空调系统冷却塔安装位置（群房屋面），集中冷却水空调系统采用闭式冷却塔，为通信机房夏季提供32℃/37℃冷却水。末端配置水冷壳管式冷凝器，水冷壳管式冷凝器集中布置在每层外围走道内；水泵布置于13层室内，水冷恒温恒湿专用空调通过冷媒铜管与壳管式冷凝器连接，避免水进机房导致水患问题。

2）冷却塔承重。

闭式冷却塔在原第1套冷却塔布置位置分散布置，即采用小塔分散布置，使得楼面单位面积荷载不大于现有荷载，避免结构加固问题。

3）系统容量。根据业主要求，考虑6年内每年120kW通信设备扩容需求，通信机房计算夏季总冷负荷估算约为3630kW。按终期配置冷却塔12台，单台冷却塔设计流量为100m3/h，可为机房提供4500kW的制冷散热量，满足发展需求。

冷却水系统分设2套冷却塔供、回水环路单元，管路与冷却塔主机容量按机房终期发展需求配置，系统流程见图2。

图2 冷却水系统流程图

4）管路问题。

目前该大楼核心筒内已无竖上管道安装空间，如采用集中大水管由2层连接至13层水泵房，需要DN350的管径，现场无安装空间，为解决该问题，对立管进行一分为四，共设4路立管，减少水管管径占用空间，同时也减少楼板单孔面积过大，影响大楼结构。

5）空调风系统.

改变现有冷源集中通过风管输送的现状，把冷源搬入机房内，并尽可能靠近发热设备，有效解决现有空调回风不畅，输送能耗大等问题。

对有空间布置大型单元式水冷恒温恒温空调机组的机房，采用下部静压箱送风，对应列间开设送风口，该方式可有效解决回风不畅问题，制冷效果好，形式见图3。

图3 下部静压箱送风

对布置大型空调空间不够及采用下部静压箱送风较远区域，可在有空机柜位置或机柜列端增加行级空调，形式如图4所示。

图4 行级空调送风

通过列间空调的布置，使得空调靠近热源，送风距离缩短，回风通畅，但受现场条件限制不能进行冷通道封闭，存在一定的冷热混合损失。

该通信枢纽楼通过增加冷却水型分布式空调系统，使得空调末端形式更加灵活，很好地解决了原有空调系统气流组织不良导致的局部过热问题，提高了大楼的供冷能力及供冷安全，因此，对通信机房的空调系统建设，以下几个方面应重点考虑：

1）通信机房的气流组织形式对机房的发展与节能起着决定性的作用，通信机房空调不同民用空调，通信机房启用后，就确定了该机房的气流组织形式，后期很难更改，如机柜面对面布置或同一朝向布置、上送风或下送风等，后期要进行调整难度很大。因此，在新建数据中心空调系统设计时，应充分考虑气流组织形式。

2）、空调系统的末端设备形式选择至关重要。对通信机房来说，分散式空气处理比集中式空气处理送风距离更短，形式更灵活，运行更节能，集中式空气处理不仅不容易扩容而且存在安全隐患，一旦出现故障，影响面大；相反，分散式空气处理在这方面有其特有的优点。

3）冷却水型分布式空调系统对老旧机楼改造有其特有的优势，如有布置灵活、不需要冷冻机房、节能效果比风冷要好、不存在水患等优点。