10.1.1. 空調(diào)制冷系統(tǒng)1.氣候環(huán)境從建筑熱工角度講，宿遷市處于我國(guó)寒冷地區(qū)與夏熱冬冷地區(qū)的分區(qū)交界處，嚴(yán)格來(lái)說(shuō)仍屬于寒冷地區(qū)，如圖10.2.1-22中所示。 圖10.2.1-22 宿遷市熱工氣候分區(qū) 當(dāng)?shù)貧夂蜻m中，水資源豐富，屬于暖溫帶季風(fēng)氣候區(qū)，年均氣溫14.2℃，四季分明，初霜期一般在10月下旬。相對(duì)于嚴(yán)寒地區(qū)，室外設(shè)備被凍結(jié)故障的可能性較??；相對(duì)于夏熱冬暖地區(qū)及更熱地區(qū)，可利用的室外自然冷源又比較充足，屬于較適宜的數(shù)據(jù)中心建設(shè)氣候區(qū)域。 表10.2.1-23 宿遷市日干球溫度統(tǒng)計(jì) 表10.2.1-24 宿遷市全年各級(jí)干球溫度頻數(shù) 表10.2.1-24為宿遷市全年各級(jí)干球溫度的分布情況，可以看出，宿遷的大部分時(shí)間溫度都在-5~35℃之間，空調(diào)制冷設(shè)備大部分運(yùn)行時(shí)間內(nèi)工況穩(wěn)定。 由表10.2.1-25中可以看出，宿遷市全年相濕度都在50~70度之間，全年春秋兩季的濕度處理工作量較小，只是在炎熱的夏季除濕量會(huì)相對(duì)較大。 2.系統(tǒng)說(shuō)明京東云華東數(shù)據(jù)中心1#模塊的整體設(shè)計(jì)冷負(fù)荷為7427KW，制冷采用水冷式冷水系統(tǒng)。整個(gè)空調(diào)制冷系統(tǒng)由冷源系統(tǒng)、管路系統(tǒng)、末端空調(diào)系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)等構(gòu)成。數(shù)據(jù)中心專門(mén)設(shè)置了制冷機(jī)房，主要制冷設(shè)備放在室內(nèi)。系統(tǒng)的主要流程圖如圖10.2.1-26所示。 圖10.2.1-26 主要流程示意圖 冷凍水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)供回水溫度為10~16℃，主要設(shè)備采用N+1冗余配備，保證系統(tǒng)不會(huì)由于某一設(shè)備故障而受到影響；整個(gè)水系統(tǒng)管路均采用環(huán)狀管路，設(shè)備之間設(shè)置雙閥門(mén)，保障系統(tǒng)可用性；并設(shè)置有在線式蓄冷罐，可以無(wú)間斷的為系統(tǒng)提供15min備用冷源?？照{(diào)制冷系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)滿足并高于Uptime Tier Ⅲ級(jí)別的要求。同時(shí)設(shè)置了以板式換熱器為主的自然冷卻系統(tǒng)。經(jīng)測(cè)算，全年可運(yùn)行自然冷卻的時(shí)間不少于4個(gè)月。 3.冷源系統(tǒng)京東云華東數(shù)據(jù)中心的制冷設(shè)備采用4臺(tái)2461KW（700RT）水冷離心式冷水機(jī)組，3+1配備。壓縮機(jī)形式為三級(jí)離心式，如第4章中所述，三級(jí)壓縮有轉(zhuǎn)速低、運(yùn)行平穩(wěn)、低負(fù)荷工況好的特點(diǎn)，加大了機(jī)組的制冷量調(diào)節(jié)范圍，可調(diào)范圍為10~100%；機(jī)組在美國(guó)ARI－575標(biāo)準(zhǔn)下測(cè)試，噪聲一般為78-83dBA左右。 圖10.2.1-27 三級(jí)壓縮機(jī)及封閉式電機(jī) 機(jī)頭采用直接傳動(dòng)的封閉式壓縮機(jī)和電機(jī)組成，沒(méi)有增速傳動(dòng)裝置和連接裝置，整機(jī)只有一個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)部件，即電機(jī)/壓縮機(jī)葉輪，以低速運(yùn)行，僅2950轉(zhuǎn)/分，提高了機(jī)械設(shè)備運(yùn)行的可靠性；電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子和定子浸在液態(tài)冷媒中，改善電動(dòng)機(jī)的工作環(huán)境，防止電機(jī)因過(guò)熱而出現(xiàn)故障，而且不會(huì)向冷凍機(jī)房?jī)?nèi)散熱。壓縮機(jī)采軸承用5級(jí)航空軸承，壽命可達(dá)20萬(wàn)小時(shí)，而且具有良好的潤(rùn)滑環(huán)境。 直接傳動(dòng)的壓縮機(jī)沒(méi)有齒輪傳動(dòng)損失。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，齒輪傳動(dòng)損失在全負(fù)荷時(shí)大約占機(jī)組總耗能量的3～5％。在部分負(fù)荷時(shí)，齒輪傳動(dòng)損失的百分比會(huì)進(jìn)一步增大。所以本項(xiàng)目采用的三級(jí)離心式冷水機(jī)組機(jī)械傳動(dòng)效率較高。 同時(shí)，在三級(jí)壓縮的過(guò)程中設(shè)置兩級(jí)節(jié)能器，與不帶經(jīng)濟(jì)器的冷水機(jī)組相比，相同制冷工況下節(jié)電約8-10%。 圖10.2.1-28 三級(jí)壓縮中兩級(jí)節(jié)能器 機(jī)組采用R123制冷劑，是替代冷媒中效率最高的一種，其理論制冷循環(huán)效率為7.44。由于R123的物理特性，機(jī)組處于負(fù)壓運(yùn)行狀態(tài)，運(yùn)行時(shí)不會(huì)有冷媒泄漏的風(fēng)險(xiǎn)，匯漏量?jī)H為正壓冷媒的1/15。此外，機(jī)組還自帶新型高效的抽排氣裝置來(lái)防止空氣進(jìn)入壓縮循環(huán)。 機(jī)組還具有良好的自適應(yīng)控制功能。機(jī)載控制器不但可以根據(jù)冷水機(jī)組出水溫度變化調(diào)節(jié)機(jī)組負(fù)荷，而且還能根據(jù)冷水機(jī)組進(jìn)水溫度的變化來(lái)預(yù)測(cè)空調(diào)負(fù)荷變化對(duì)出水溫度的影響。因此冷水機(jī)組允許流量變化率較大，能達(dá)到每分鐘30%的變化率；同時(shí)還能擴(kuò)充蒸發(fā)器水側(cè)的壓差補(bǔ)償，這樣冷水機(jī)組的允許流量變化率可以到達(dá)每分鐘50%。流量補(bǔ)償控制可在大流量時(shí)控制水溫波動(dòng)，在最小流量時(shí)精確控制水溫。參見(jiàn)圖10.2.1-29，蒸發(fā)器流量突然變化時(shí)出水溫度的變化情況。 圖10.2.1-29 機(jī)組的前饋控制和變流量補(bǔ)償性能 總體上而言，此機(jī)組具有良好的工作表現(xiàn)情況，根據(jù)AHRI條件對(duì)機(jī)組進(jìn)行測(cè)試，可以得出機(jī)組在部分工程時(shí)運(yùn)行效率曲線，在負(fù)荷50%左右時(shí)，其制冷效率低于0.45kW/ton,即COP可達(dá)7.8左右，表現(xiàn)良好。參見(jiàn)圖10.2.1-30中所示。 圖10.2.1-30 AHRI條件下部分負(fù)荷時(shí)機(jī)組效率 4.管路系統(tǒng)空調(diào)冷凍水系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用兩級(jí)環(huán)狀管網(wǎng)，一級(jí)環(huán)狀管網(wǎng)覆蓋整個(gè)建筑模塊，為主要環(huán)路，各節(jié)點(diǎn)之間成對(duì)設(shè)置閥門(mén)，當(dāng)模塊內(nèi)送（回）水主管出現(xiàn)滲漏等故障時(shí)，可關(guān)閉該處送（回）主管上就近兩個(gè)蝶閥，末端依靠另一路供回水管路仍能正常運(yùn)行；二級(jí)環(huán)狀管網(wǎng)分別覆蓋各精密空調(diào)間，為次級(jí)環(huán)路，各節(jié)點(diǎn)之間成對(duì)設(shè)置閥門(mén)。各精密空調(diào)支管與對(duì)應(yīng)的次要環(huán)路連接。主、次級(jí)環(huán)路的設(shè)置一來(lái)可以減少主環(huán)路上的連接支路，當(dāng)某個(gè)機(jī)房暫不投入使用時(shí)，方便整體退出主環(huán)路循環(huán)；二來(lái)可以減少主環(huán)路上的大閥門(mén)，節(jié)省投資。冷凍水供、回水管路分別用藍(lán)色和綠色表示，冷卻水供、回水管路分別用黃色和紅色表示，方便運(yùn)行維護(hù)人員快速的對(duì)管路進(jìn)行分辨。 圖10.2.1-31a 管路的環(huán)路和雙閥設(shè)計(jì)
圖10.2.1-31b 管路的環(huán)路和雙閥設(shè)計(jì) 冷水機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)置4個(gè)承壓式圓柱形蓄冷罐，材質(zhì)為壓力容器專用鋼材，標(biāo)號(hào)為Q345R，在冷水機(jī)組停機(jī)時(shí)可以保證15分鐘不間斷制冷。每個(gè)蓄冷罐布水器的效果保證80%以上的蓄冷效率；布水器設(shè)計(jì)的弗勞德數(shù)<1，這樣可以保證蓄冷罐在豎直方向上的溫度分層；水罐出口雷諾數(shù)<2000，可降低水流對(duì)斜溫層的干擾。罐體按照蓄冷溫度設(shè)置保溫層，日總熱損失率在最熱月24小時(shí)內(nèi)溫升不高于0.2℃。蓄冷罐是“串聯(lián)”在冷凍水系統(tǒng)中的，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)間斷供冷。 冷凍側(cè)采用一次泵變頻系統(tǒng)，系統(tǒng)投資小，管路簡(jiǎn)單。而且冷水機(jī)組和水泵之間都是通過(guò)環(huán)路連接，故二者的不必一一對(duì)應(yīng)，臺(tái)數(shù)的變化和啟?？煞謩e獨(dú)立控制。機(jī)組可根據(jù)末端負(fù)荷的變化，調(diào)節(jié)負(fù)荷側(cè)和冷水機(jī)組蒸發(fā)器側(cè)的流量，從而最大限度地降低變頻水泵的能耗。同時(shí)，也能夠在冷凝側(cè)工況較好時(shí)，利用高流量水來(lái)獲得更多冷量。
圖10.2.1-32 冷水機(jī)房實(shí)景 冷卻塔設(shè)備置于數(shù)據(jù)中心屋面，為多模塊組合單元，按需啟停，運(yùn)行方式更靈活。為保證供水可靠性，冷卻水蓄水箱可提供持續(xù)8小時(shí)的補(bǔ)水水源。
圖10.2.1-33 屋面冷卻塔實(shí)景 圖10.2.1-34 冷卻水備用補(bǔ)水箱實(shí)景 5.冷源控制系統(tǒng)為了使自控系統(tǒng)與設(shè)備有更好的匹配性，本項(xiàng)目中的冷源控制系統(tǒng)由冷水機(jī)組廠家完成，提供與機(jī)組相適應(yīng)的控制器和軟件。監(jiān)控系統(tǒng)由UPS和市電雙路供電，保障運(yùn)行安全性。 系統(tǒng)架構(gòu)如圖所示，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模式為分布式控制，由管理層網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)控層網(wǎng)絡(luò)組成。
圖10.2.1-35 廠家冷源控制系統(tǒng)基本架構(gòu) 系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)的基本功能有：
圖10.2.1-36 廠家冷源控制系統(tǒng)界面 6.空調(diào)末端系統(tǒng)主機(jī)房?jī)?nèi)架空地板高度為1.2米，較高的架空層有利于空氣靜壓的形成，使通風(fēng)地板的出口風(fēng)速平穩(wěn)。同時(shí)也為地下保溫層和管線的維護(hù)提供了較大的空間。對(duì)于不同負(fù)荷的機(jī)柜，可調(diào)整通風(fēng)地板的開(kāi)孔面積分配冷量。機(jī)柜采用冷通道封閉的形式，空調(diào)送風(fēng)冷卻效率更高。 每個(gè)機(jī)房模塊配有獨(dú)立的直膨式新風(fēng)機(jī)組，室外新風(fēng)經(jīng)初效和中效過(guò)濾，并經(jīng)冷卻處理后送入房間，保證機(jī)房正壓，同時(shí)滿足人員需求。 主機(jī)房、變配電室、電池室、UPS配電室等均采用水冷式精密空調(diào)，采用N+1配置方式。精密空調(diào)全部采用“UPS+市電”雙路供電，UPS電源為主用；同時(shí)為避免大量空調(diào)同時(shí)啟動(dòng)對(duì)電網(wǎng)造成沖擊，空調(diào)采取了延時(shí)策略，即隔2秒啟動(dòng)下一臺(tái)。 本項(xiàng)目所選用的精密空調(diào)改進(jìn)了一些有利于節(jié)能的設(shè)計(jì)，體現(xiàn)在以下方面：
圖10.2.1-37 水冷型精密空調(diào)
圖10.2.1-38 空調(diào)間實(shí)景 7.自然冷卻如圖10.3-2所示，為充分利用冬季室外天然冷源進(jìn)行自然冷卻，冷凍水系統(tǒng)設(shè)置水-水不銹鋼板式換熱器，與冷水機(jī)組并聯(lián)。 盡管系統(tǒng)設(shè)計(jì)冷凍水供水溫度為10℃，實(shí)際運(yùn)行中還可以提高水溫，來(lái)提高系統(tǒng)運(yùn)行整體效率并延長(zhǎng)自然冷卻時(shí)間。實(shí)際運(yùn)行中，冷凍水系統(tǒng)可在室外日平均濕球溫度持續(xù)5天以上低于10度時(shí)，切換到自然冷卻系統(tǒng)使用，日平均濕球溫度持續(xù)5天以上高于10度時(shí)，開(kāi)始退出。全年可大致分為免費(fèi)制冷季和常規(guī)制冷季，免費(fèi)制冷季不少于4個(gè)月，具體根據(jù)當(dāng)年天氣情況決定。
圖10.2.1-39 板式換熱器實(shí)景 10.1.1. 京東云數(shù)據(jù)中心裝飾裝修效果展示1） 主機(jī)房采用C型鋼聯(lián)合吊架+鋁合金條形板的吊頂形式
1） 配電區(qū)域采用瓦楞板下無(wú)吊頂板形式
1） 公共走廊區(qū)域采用深灰色瓦楞彩鋼板的吊頂形式
4） 主機(jī)房與精密空調(diào)間的隔斷墻一
5） 主機(jī)房與精密空調(diào)間的隔斷墻二
6） 主機(jī)房硫酸鈣架空地板
7） 微模塊機(jī)房環(huán)氧自流平地面
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