一、引言
　　
　　數據中心作為集中式的信息處理中心,其面臨的挑戰也不容小覷。龐大的計算設備和海量的數據存儲設備運轉不斷,將產生大量的熱量和能耗,給設備的散熱和電力供應帶來了前所未有的壓力。同時,由于數據中心的設備數量龐大,設備之間的互聯與協調也變得復雜而關鍵。因此,確保數據中心的設備運行可靠性和穩定性,成為了當前數據中心設計與運維中的核心問題。本文聚焦于數據中心的一個關鍵組成部分——蓄電池室通風系統,探討了其電氣控制設計,以確保數據中心在不同場景下的可靠運行。
　　
　　通常,在數據中心專用蓄電池室內,暖通專業均會設置災后清空風機用于保證其災后能夠迅速清空機房內的消防氣體以及設置事故通風用于在檢測到氫氣泄露時能夠迅速將氫氣排至室外,避免達到氫氣爆炸濃度;除此以外還會相應設置平時排風機。本文中暖通規劃時將這三種風機合并為一臺風機,通過各個閥門間邏輯關系與風機聯鎖,實現風機的平時排風、事故通風、災后清空等各項功能,因此風機與閥門之間的電氣二次控制變的相對復雜。由于當前并沒有相應的國家標準圖集可以參考,而設計人員通常只繪制了一次配電系統圖,將二次原理圖部分交由盤柜廠家進行配套設計,而盤廠深化設計人員對于數據中心電池室通風系統以及各種閥門之間的連鎖關系又不甚了解,因此在很多項目中電氣控制并沒有得到正確的實施,以致于電池室通風系統也沒有發揮出其應有的作用,對數據中心也留下了相應的安全隱患。
　　
　　因此給出數據中心電池室合用風機的通風系統準確的電氣控制二次原理圖,是非常有必要的。
　　
　　二、項目概況
　　
　　該項目位于我國上海市,作為一座現代化的大型數據中心(圖1),旨在為各行各業提供高效、安全的數據處理和存儲服務。項目總建筑面積約為5.8萬平方米,規模宏大,涵蓋了多個數據機房、變電所以及蓄電池室等關鍵功能區域。項目的設計目標是為客戶提供穩定可靠的云計算和存儲環境,確保數據中心的高效運行和服務可用性。為實現這一目標,項目采用了先進的硬件設備和智能化的系統集成方案,以適應不斷增長的計算需求和日益復雜的數據管理挑戰。數據中心在規劃和設計階段充分考慮了可持續性和綠色環保的原則,采用了節能的冷卻系統、高效的電力供應方案以及可再生能源的應用。這有助于降低能耗,減少環境影響,與國家可持續發展戰略保持一致。蓄電池室通風系統作為項目的重要組成部分,被賦予了保障數據中心安全和穩定運行的重要職責。通過有效的風機電氣控制設計,可以確保在不同運行場景下的靈活運行,從而保障設備的散熱、安全和穩定性。
　　
　　三、通風系統方案介紹
　　
　　本項目設計采用了一種共用風機的通風系統方案，涵蓋了一般排風、事故排風以及災后清空等多種功能。在接下來的內容中，我們將按照共用風機的方案，詳細介紹該通風系統的設計。項目中的通風系統如圖2所示，蓄電池室配備了通風機組，包括平時通風、事故通風以及災后清空。系統中設置了一臺通風風機，并安裝了風閥1、風閥2和風閥3。
　　
　　風閥1和風閥2位于建筑頂板板底部,與頂板保持100mm的距離。此外,還在底部離地200mm處安裝了風閥3。所選用的風機為雙速風機,根據使用功能的不同,具備多種運行模式。分別為平時通風、事故通風、災后清空等。針對當前不同規范對于蓄電池室通風換氣量要求的不同情況,本項目進行了平時通風和事故通風兩種模式的設計。平時通風模式下,風機以低速運行,每小時2次換氣次數,平時通風可由運維人員手動開啟或通過動環監控系統自動開啟。
　　
　　而在事故模式下,風機將以每小時12次的高速運行頻率運行。為了實現事故通風,我們在蓄電池室外墻靠近外門的位置設置了電氣開關。同時,事故風機還配備了氫氣泄露檢測系統,當檢測氫氣泄露（濃度為氫氣爆炸下限25%時）,探測器報警并連鎖風機高速運轉。
　　
　　在氣體滅火系統啟動后,根據《氣體滅火系統設計規范》GB50370-2005中第6.0.4條的規定,防護區域需要進行通風換氣。在這種情況下,例如通信機房、數據中心機房等,每小時的通風換氣次數要求不少于5次。此時,可通過室外手動啟動災后清空按鈕,聯鎖風機高速運行,以滿足通風換氣次數的要求,迅速清空機房內的消防氣體。通過以上設計方案,確保了蓄電池室通風系統的高效運行以及氣體滅火后消防氣體的及時清空。
　　
　　四、蓄電池室通風系統設計
　　
　　在這一節中,我們將詳細介紹經過精心設計的蓄電池室通風系統方案,旨在保障數據中心蓄電池室在不同場景下的穩定運行。我們將深入探討平時通風、事故通風和災后清空通風等多種操作情景,涵蓋了手動和自動控制狀態,以及風閥與風機的運行狀態變化。該通風系統的點位控制邏輯見表1。
　　
　　1.平時通風
　　
　　在平時通風模式下,風機采用單速運行,具備手動和自動兩種啟動方式。
　　
　　手動狀態下,操作人員可通過配電柜或現場按鈕控制風機啟動。啟動時,風閥1和風閥2打開,風機以低速運行,實現室內空氣的流通和散熱,以維持蓄電池室的穩定環境。如從下圖3可知,按下按鈕開關SF1,KD1線圈得電,KD1所有常開觸點閉合,KD1線圈自保由圖4可知,風閥1開始打開,風閥1開啟到位KE1線圈得電,KE1常開觸點閉合由3可知,低速風機啟動回路KD1、KE1常開觸點均處于閉合狀態,KM1線圈得電,此時風機開始低速運行。此時按下按鈕SS1,KD1線圈失電,KM1線圈失電,風機停止運行。
　　
　　自動狀態下,動環監控系統通過遠程控制信號,使風機以低速運行。風閥1和風閥2打開,風機開始工作以確保持續通風,以滿足日常運行需求。這一智能化控制策略有效地維護了蓄電池室的正常工作狀態。如下圖4中,動環監控系統通過端子X-17、X-24節點給出低速啟動信號,此時KA1線圈得電,通過圖2-1可知,KA1常開觸點閉合KD1線圈得電,KD1所有常開觸點閉合,KD1線圈自保風閥1開始打開,風閥1開啟到位KE1線圈得電,KE1常開觸點閉合低速風機啟動回路KD1、KE1常開觸點均處于閉合狀態KM1線圈得電,此時風機開始低速運行。此時若動環監控系統通過端子X-18、X-23節點給出低速停止信號KD1線圈失電,KM1線圈失電,風機停止運行。
　　
　　2.事故通風
　　
　　事故通風模式下,風機以高速運行,旨在排除可能產生的有害氣體,如氫氣。
　　
　　手動狀態下,位于電池室外墻上的強啟按鈕可啟動風機。此時,風閥1和風閥2打開,風機高速運行,迅速將有害氣體排出,確保蓄電池室的安全。由圖3可知，手動狀態下，可按下按鈕開關SF2或門外啟動按鈕SF5，KD2線圈得電，KD2所有常開觸點閉合，KD2線圈自保持，由圖4可知，風閥1開始打開風閥1開啟到位KE1線圈得電，KE1常開觸點閉合由圖5可知，高速風機啟動回路KD2、KE1常開觸點均處于閉合狀態，KM2線圈得電，此時風機開始高速運行。此時按下按鈕SS2或門外啟動按鈕SS5，KD2線圈失電，KM2線圈失電，風機停止運行。
　　
　　自動狀態下,氫氣泄露檢測系統檢測到氫氣泄漏時,聯鎖啟動風機高速運行。風閥1和風閥2打開,風機高速排風,保障蓄電池室的安全性。這一智能化的氣體檢測和風機控制系統,極大地提升了數據中心的安全性。由圖4可知,動環監控系統通過端子X-19、X-22節點給出高速啟動信號,此時KA3線圈得電,通過圖3可知,KA3常開觸點閉合KD2線圈得電,KD2所有常開觸點閉合,KD2線圈自保風閥1開始打開,風閥1開啟到位,KE1線圈得電,KE1常開觸點閉合由圖5可知,高速風機啟動回路KD2、KE1常開觸點均處于閉合狀態KM2線圈得電,此時風機開始高速運行。此時若動環監控系統通過端子X-20、X-21節點給出高速停止信號KD2線圈失電KM2線圈失電,風機停止運行。如果項目實施中,事故排風也可由氫氣泄露檢測系統通過端子X-8、X-5節點直接給出聯鎖啟動信號,使得KD2線圈得電,使得風機也可高速運行,進行事故排風。
　　
　　3.災后清空通風
　　
　　在災后清空通風模式下,風機以高速運行,旨在快速清空氣體滅火后的消防氣體,保障蓄電池室的可用性。手動狀態下,操作人員可通過墻上設置的強啟按鈕啟動風機。此時,風閥1關閉,風閥3打開,風閥2關閉,風機高速運行,將消防氣體迅速排出。蓄電池室風機作為災后清空通風時,具備手動開啟功能,此時風機為高速運行。由圖3可知,在火災發生后,可按下按鈕開關SF3或SF4,KE2線圈得電,KE2所有常開觸點閉合,KD2線圈自保持,風閥1、風閥3開始打開,風閥1和風閥3開啟到位,KE3線圈得電,KE3常開觸點閉合風閥MEE2開始關閉,由圖5可知,高速風機啟動回路導通KM2線圈得電,此時風機開始災后清空運行。此時按下按鈕SS3或SS4,KE2線圈失電KM2線圈失電,風機停止運行。
　　
　　4.火災情況下的控制
　　
　　在火災發生時,此時火警系統啟動氣體滅火系統,并相應給出消防信號到通風機組,使風機停轉運行,并相應關閉風閥1和風閥2;根據《建規》9.3.11條,災后排風系統還需要在排風管穿房間處設置70℃防火閥。由于在發生火災溫度達到70℃時,防火閥會自動關閉,也會相應聯鎖停止風機,熔斷的70℃防火閥保證電池室的氣密性,達到滅火的目的。蓄電池發生火災時,由圖6可知,此時火警系統系統給出DC24V信號,可使得圖1中KC2常閉觸點斷開,此時風機二次回路斷開,風機停止運行。
　　
　　通過以上設計方案,蓄電池室通風系統在不同情景下實現了精準的控制和運行,為數據中心提供了安全可靠的環境保障。這一系統的設計和實施,為數據中心的穩定運行和業務連續性提供了堅實的技術支持。
　　
　　五、經驗總結和未來展望
　　
　　1.經驗總結
　　
　　在大型數據中心電池室風機電氣控制設計中,我們通過深入分析和細致設計,實現了系統在不同操作情景下的精確控制和高可靠性運行。通過逐一考慮平時通風、事故通風、災后清空通風以及火災情況下的控制需求,我們設計了相應的控制邏輯,確保了數據中心的設備和人員安全。在設計過程中,我們采用了智能化控制策略和先進的氣體檢測技術,有效地提升了數據中心的運行安全性和穩定性。
　　
　　2.未來展望
　　
　　隨著數據中心規模的不斷擴大和技術的快速演進,大型數據中心的電池室風機電氣控制設計也將持續發展。未來的展望包括以下幾個方面:
　　
　　1）數據中心將更多地采用智能化的監控和控制系統,通過傳感器數據和實時監測,實現更精準的風機控制,提高能效和安全性。
　　
　　2）未來的設計可能會引入自適應控制算法,根據不同的環境變化和運行情況,實時調整通風系統的運行參數,以更好地適應變化的需求。
　　
　　3）數據中心在追求更低的能耗的同時,也會更加注重通風系統的能源效率優化,可能會采用更節能的風機設計和運行策略。
　　
　　4）未來的設計還可能與數據中心的網絡管理系統集成,實現更高級的聯動控制,以確保整個數據中心的高度協調和運行穩定。
　　
　　5）隨著社會對環境可持續性的要求增加,未來的設計可能會更加注重綠色環保,探索可再生能源的應用和通風系統與其他系統的整合。
　　
　　六、結論
　　
　　本文基于大型數據中心電池室合用風機的通風系統設計,針對電池室在通風運行中可能出現的不同狀況,給出了詳細的電氣二次控制原理圖設計方案,涵蓋了多個運行場景。希望能對數據中心電氣相關人員提供一種參考,能為數據中心的高可靠性提供支撐。
　　
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　　作者簡介
　　
　　王謀銳,深知社(DeepKnowledge)研究員、城地云計算數據中心架構師。
　　
　　編輯：Harris