500kW大功率發(fā)射機機房大廳環(huán)境溫度智能控制系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

李毅

（國家新聞出版廣電總局594臺，陜西 咸陽712000）

1 機房大廳現(xiàn)狀

本發(fā)射臺地處陜西關中地區(qū)，夏季氣溫高，且高溫天氣持續(xù)時間長，室外溫度可達41攝氏度，地面溫度可達60攝氏度。高溫天氣使得機房進風溫度很高，而發(fā)射機本身的散熱量又很大，從而導致機房大廳溫度可達38攝氏度，即便是在所有空調全開的情況下大廳內環(huán)境溫度也高達36攝氏度。在這種高溫環(huán)境下，發(fā)射機工作穩(wěn)定性明顯下降，特別是對于發(fā)射機控制系統(tǒng)的影響尤為巨大，嚴重影響安全播音工作順利進行。再加之機房大廳朝向為正西、正東，而北方多浮沉、揚沙天氣，機房大廳內極易進入大量灰塵，容易引起發(fā)射機打火和元器件趴電，不僅導致元器件壽命縮短，而且大大增加了維護工作量。

2 系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

2.1 解決的辦法

解決我臺機房大廳環(huán)境問題，必須從降溫、除塵、智能控制三個方面入手，才能予以徹底解決。同時要本著節(jié)約的原則，在保證有明顯效果的前提下，力爭達到節(jié)約資源、一次性投入少、運行費用低；系統(tǒng)具有自診斷告警功能，減少人員工作量；設計時要考慮系統(tǒng)冗余，制冷風量要有一定的余量，保證在極端情況下系統(tǒng)也能正常工作；同時要考慮系統(tǒng)改造后哪些地方容易出現(xiàn)問題，加強維護保養(yǎng)。故對機房做如下相應改造：

●機房大廳增設4臺100kW大功率恒溫恒濕冷凍水型機房精密空調，控制室內溫濕度并加速室內空氣循環(huán)達到30次/h。

●精密空調室外制冷主機采用高效率熱交換的風冷模塊機組，運行穩(wěn)定可靠，整機制冷效率較高。

●在大廳內架設風管，將4臺100kW大功率冷凍水型機房精密空調出風口并管并延伸至機房各個要道，多點定點矩陣化送風，避免局部熱島效應。

●建立分支風管與PSM設備已建立的冷卻系統(tǒng)對接，利用現(xiàn)有的單點設備冷卻系統(tǒng)風道輔助對設備進行降溫以減少設備向室內空間逸散的熱量。

●將甲機房大廳室內全年溫度控制在30℃以下，適于設備正常運營環(huán)境及人員作業(yè)安全；同時將全年最高溫度控制在30℃內，無需過度制冷，保證全年最大限度減少能耗。

●不與室外不可控氣流交換，機房內潔凈度在機組運行狀態(tài)下每小時室內空氣被完全過濾30遍，機房內將越運行越潔凈（運維人員適度進出），同時減輕運維人員運維成本。

2.2 系統(tǒng)設計的測算依據及說明

目前需改造的甲機房大廳面積525平方左右，機房內布4臺TSW2500型500kW短波發(fā)射機，由于設備發(fā)熱過大，故對每臺發(fā)射機做單點降溫處理。預計單臺發(fā)射機外溢至室內空間中的熱能約為50kW，共計4部，致使機房目前室溫較高，全年冬季室內平均達到27攝氏度，夏季室內氣溫最高達40攝氏度，嚴重影響設備壽命、設備使用環(huán)境的安全可靠性并且夏季超出人員作業(yè)的可承受環(huán)境溫度，估測降溫需提供制冷量計算如下：

2.2.1 對于制冷量需求的測算

單臺設備熱負荷*臺數(shù)+環(huán)境熱負荷*面積=需要的制冷量(kW)

即：50kW*4+15m*35m*0.14kW/m2=273.5kW（備注：0.12—0.18kW/m2為機房環(huán)境熱負荷的估算范圍，由于我臺機房空間較大，設備密度較小，單機功率過大，故按照熱密度0.14kW/m2估值。）

補充說明：機房層高6米，3米以上的空間氣溫對人員及設備影響較小，所以不需過多考慮對3米以上空間正常氣溫的處理。

2.2.2 對于換氣次數(shù)需求的測算

甲機房打廳內空氣體積：35*15*6=3150m3，依照機房建設標準，機房內每小時換氣應保證20-30次，即2-3分鐘一次。故需求量為3150*20~30=63000~94500m3/h

2.2.3 熱負荷估算原則

表1 熱負荷估算表

2.2.4 負荷特點

現(xiàn)階段設備的集成度越來越高，精密性也越來越高，使得機房的負荷特點更加顯著地表現(xiàn)為：機房設備散熱量的95%是濕熱，熱負荷大、濕負荷小、熱濕比極大。單位體積發(fā)熱量越來越大。在這種情況下，空氣處理可近似作為一個等濕降溫過程。在這種情況下的焓差小，要消除余熱必然是大風量。此外，因為設備24小時不間斷運行，所以需要空調系統(tǒng)一年四季不間斷地運行。

●余熱量大：機房內95%以上的熱量來自設備；

●余濕量?。簷C房內潛熱量來自人體出汗蒸發(fā)以及新風含濕量，由于人員較少且新風是經過熱交換后進入機房，余濕量很小；

●循環(huán)風量大：需要較大的風量來解決機房內散熱；

●焓差?。河捎谑覂葴貪穸仍试S變化率較小，所以焓差?。?/p>

●熱負荷大，冬季仍需制冷。

機房專用空調正是依據上述特點研制開發(fā)而成的，顯熱比可達到90%以上，并可通過中央控制器調節(jié)溫度及相對濕度，溫度精度可控制在±1℃，相對濕度可控制在±5%，充分保障使用功能，并達到節(jié)能目的。

2.3 系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

2.3.1 設備及風管布局圖如圖1

●增設4臺100kW大功率恒溫恒濕冷凍水型機房精密空調，控制室內溫濕度并加速室內空氣循環(huán)達到30次/h。

●精密空調室外制冷主機采用高效率熱交換的風冷模塊機組，運行穩(wěn)定可靠，整機制冷效率較高。

●建立風管將4臺100kW大功率冷凍水型機房精密空調出風口并管并延伸至機房各個要道，多點定點矩陣化送風，避免局部熱島效應。

●建立分支風管與PSM設備已建立的冷卻系統(tǒng)對接，利用現(xiàn)有的單點設備冷卻系統(tǒng)風道輔助對設備進行降溫以減少設備向室內空間逸散的熱量。

圖1 設備及風管布局圖

圖2 氣流循環(huán)方式

精密空調回風口帶溫濕度探頭，如果回風口（即混合氣流）測定溫度達到所限定的溫度標準，機組停止制冷，僅風機運作帶動氣流循環(huán)，極為節(jié)能。

2.3.3 動力與環(huán)境監(jiān)控拓撲圖

機組標配:RS485接口及232接口，可以方便接入常規(guī)通用的監(jiān)控系統(tǒng)中，也可直接選擇BMS所使用的樓宇協(xié)議（如MODBUS等)，便于監(jiān)管機房運行情況。

●名義工況：進/出水溫度7℃/12℃

●參考工況：進/出水溫度10℃/15℃

●參考工況：進/出水溫度12℃/18℃

●G4標準空氣過濾網

●聲級測試在距機組1m開闊地帶

圖3 拓撲空間圖

2.3.4 技術特點

●大風量、小焓差、高顯熱比專業(yè)設計。

●蒸發(fā)器采用親水鋁箔，高效內螺紋管設計，耐腐蝕、長壽命、高效率。

●電極式加濕器，避免干燒的危險，能快速產生純凈蒸汽，具有自動清洗功能，檢修時不停機。

●智能除濕保證除濕速度快、精度高。

●風機選用后傾無殼式第三代高效EC風機以達到節(jié)能的要求。

●金屬框架G4標準過濾器，過濾效率高達90%，確保機房潔凈要求，可反復清洗降低運行成本。

●機組全正面維護設計，不受安裝環(huán)境限制，維護更方便。

●高品質制冷配件確保機組在各種條件下穩(wěn)定運行，壽命10年以上。

●智能控制器融合完善控制邏輯、實現(xiàn)多重保護。

●大屏幕4行*30列LCD液晶全中文圖形顯示，機組運行狀態(tài)、溫濕度曲線、報警記錄等。

●提供500條歷史告警記錄。

●群組控制，實現(xiàn)備份、輪巡、層疊、避免競爭運行功能。

●遠程監(jiān)控，提供RS485、MODBUS、SUNRISE-PLUS、TCP/IP監(jiān)控方式。

2.3.5 方案特點

●能完全滿足降溫需求及室內風循環(huán)換氣需求。

●不與室外氣流交換，機房內潔凈度在機組運行狀態(tài)下每小時室內空氣完全過濾24遍，機房內將越運行越潔凈，同時減輕運維人員換洗過濾網的工作量。

●機組可方便接入各種通用監(jiān)控系統(tǒng)，便于運營管理。

●可隨意設定機組溫度，例如設定至30度，那么機組在30度以下將停止制冷，只有風機運轉保持室內空氣流通，高效節(jié)能。

●機組設計使用壽命15年，運行穩(wěn)定性高，運維成本很低。

●對機房外觀及內部主體構造沒有任何改動。

3 總結

項目改造完后能保證在現(xiàn)有機房主體結構不被破壞的前提下，將機房大廳室內全年溫度控制在30℃以下，適于設備正常運營環(huán)境及人員作業(yè)安全；同時將全年最高溫度控制在30℃內，無需過度制冷，保證全年最大限度減少能耗在夏季能有效將整個大廳溫度控制在25°～30°之間，同時在機房大廳形成正壓，避免灰塵進入，保證室內空氣的潔凈度。后期空調設備可接入通用監(jiān)控系統(tǒng)，可做相應的動環(huán)監(jiān)控或消防聯(lián)動。

通過該系統(tǒng)的降溫、除塵可以延長發(fā)射機各元器件的老化時間，特別對控制系統(tǒng)各板卡、工控機和真空元器件的使用壽命均有很大提高，可為國家節(jié)約大量資金。

［1］GB50174-2008電子計算機機房設計規(guī)范[S].7-8,10-11.

［2］GB/T2887-2000電子計算機場地通用規(guī)范[S].

［3］TIA942標準(Telecommunications Infrastructure Standard for Data Centers)[S].

［4］GB/T 19413-2010計算機和數(shù)據處理機房用單元式空氣調節(jié)機設計標準[S].

［5］朱思洪,主編.機電一體化技術[M].中國農業(yè)出版社,2004.

［6］夏德鈐,翁貽方,編.自動控制理論[M].機械工業(yè)出版社,2007,2.