老鷹山發(fā)射臺機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)改造

秦同彬

摘 要：南京廣電集團(tuán)老鷹山發(fā)射臺，經(jīng)過08年的建設(shè)后，已經(jīng)成為中央人民廣播電臺村村通工程華東發(fā)射站點(diǎn)，服務(wù)著華東地區(qū)千萬觀眾，是中央人民廣播電臺在華東地區(qū)最為重要的站點(diǎn)。經(jīng)過10年的發(fā)展，隨著發(fā)射設(shè)備的日益增多，功能的逐漸增加，機(jī)房空調(diào)制冷成為制約機(jī)房進(jìn)一步擴(kuò)容的瓶頸，為此，需要對老鷹山發(fā)射臺機(jī)房制冷系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化改造。經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)化改造后的老鷹山發(fā)射臺機(jī)房完全滿足國家A級機(jī)房要求，為廣播電視事業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展保駕護(hù)航。

關(guān)鍵詞：機(jī)房；發(fā)射機(jī)；制冷；空調(diào)；氣流組織

中圖分類號：TU834 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）23-0074-02

1 目前現(xiàn)狀

目前，老鷹山發(fā)射臺制冷系統(tǒng)采用了2臺10匹的工業(yè)空調(diào)柜機(jī)作為冷源，一主一備，可提供73.5KW的制冷量，地板上水平出風(fēng)，由發(fā)射機(jī)內(nèi)部風(fēng)扇強(qiáng)制吸入冷氣，強(qiáng)制冷卻，未考慮氣流組織，并且機(jī)房有窗戶，在夏季熱輻射較高的時候，機(jī)房制冷量不足，需要開啟備用空調(diào)。目前臺站計(jì)劃增加2部10KW發(fā)射機(jī)，機(jī)房空調(diào)需要全部開啟才能滿足制冷需求，無備機(jī)可用，而普通的工業(yè)用空調(diào)故障率也較高，為了保證老鷹山發(fā)射臺的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，急需進(jìn)行空調(diào)系統(tǒng)改造。

2 改造目標(biāo)

2.1 國標(biāo)A級機(jī)房對環(huán)境的要求和機(jī)房實(shí)際冷負(fù)荷

根據(jù)國家數(shù)據(jù)機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范GB50174-2017要求，機(jī)房環(huán)境溫濕度要求如表1。

因此，對于機(jī)房的制冷需求的計(jì)算就顯得極其重要，只有了解機(jī)房實(shí)際制冷需求量，才能根據(jù)實(shí)際情況，采用合理的制冷方案。機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)的冷負(fù)荷主要是提供給發(fā)射機(jī)設(shè)備的散熱。發(fā)射機(jī)發(fā)熱量大（耗電量的90%以上都轉(zhuǎn)化為熱量），熱密度高，需要全年制冷，因此機(jī)房的空調(diào)設(shè)計(jì)著重考慮夏季高溫時期的制冷需求。熱負(fù)荷應(yīng)包括：機(jī)房內(nèi)設(shè)備的散熱、建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)得熱、通過外窗進(jìn)入的太陽輻射熱、人體散熱、照明裝置散熱、新風(fēng)負(fù)荷、伴隨產(chǎn)生的各種的潛熱。

2.2 機(jī)房制冷量的計(jì)算

根據(jù)老鷹山發(fā)射臺空調(diào)系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化要求，機(jī)房制冷量的計(jì)算將根據(jù)國家頒布的機(jī)房相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行估算，因此以《數(shù)據(jù)中心機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50174-2017）、《采曖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50019-2003）中相關(guān)規(guī)定作為標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)。室外氣象參數(shù)為：夏季空調(diào)干球溫度，夏季空調(diào)濕球溫度，冬季空調(diào)干球溫度，冬季空調(diào)相對濕度。

2.2.1 機(jī)房熱量的來源

按照空調(diào)設(shè)計(jì)中負(fù)荷計(jì)算的要求，機(jī)房主要熱量的來源有以下6種：

（1）機(jī)房內(nèi)部使用設(shè)備本身和輔助設(shè)備的熱負(fù)荷；（2）機(jī)房內(nèi)部照明設(shè)施的發(fā)熱；（3）機(jī)房建筑物傳導(dǎo)的熱負(fù)荷；（4）為保持機(jī)房空氣潔凈度和正壓的新風(fēng)熱負(fù)荷；（5）進(jìn)出機(jī)房操作人員人體散熱等。（6）其他因素帶來的熱負(fù)荷。

2.2.2 熱負(fù)荷分析

（1）機(jī)房內(nèi)部使用設(shè)備本身和輔助設(shè)備的熱負(fù)荷：Q1=k*P*η1*η2*η3Kcal/h。

Q1：機(jī)房設(shè)備熱負(fù)荷，P：機(jī)房內(nèi)所有設(shè)備的能耗，η1：同時間運(yùn)行的系數(shù)；η2：電力使用系數(shù)；η3：調(diào)整均衡系數(shù)。η1、η2、η3通常取值在0.6-0.8之間，一般情況下，取0.6，k為常量860。

（2）機(jī)房內(nèi)部照明設(shè)施的發(fā)熱：Q2=CxPKcal/hP：機(jī)房內(nèi)部照明裝置額定功率C：每1W輸出熱量Kcal/h（白熾燈0.86，熒光燈1，LED等0.75），根據(jù)《計(jì)算站場地技術(shù)要求》的國家標(biāo)準(zhǔn)要求，機(jī)房照度應(yīng)大于200流明。其功耗大約為20瓦/平方，以后的計(jì)算中，照明功耗將以20瓦/平方為依據(jù)計(jì)算。

（3）進(jìn)出機(jī)房操作人員人體散熱Q3=P*NKcal/hN：正常情況下，進(jìn)出機(jī)房人員的數(shù)量P：N為常量，根據(jù)不同溫度，取值不同，在機(jī)房溫度為21℃或24℃時取102Kcal。

（4）機(jī)房建筑物傳導(dǎo)的熱負(fù)荷Q4=K*F*（t1-t2）Kcal/h，K：建筑物基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)熱傳導(dǎo)，一般情況下，普通混凝土為1.4-1.5，整個建筑物結(jié)構(gòu)機(jī)房房內(nèi)溫為t1，機(jī)房外的溫度為t2。F：屋頂?shù)蹴敽偷匕鍩崃總鲗?dǎo)，一般取0.4。

（5）為保持機(jī)房空氣潔凈度和正壓的新風(fēng)熱負(fù)荷計(jì)算較為復(fù)雜，在本次改造中，我們空調(diào)足夠冗余支持新風(fēng)熱負(fù)荷，不另行計(jì)算新風(fēng)熱負(fù)荷。

（6）其他因素帶來的熱負(fù)荷，除上述會導(dǎo)致機(jī)房熱負(fù)荷外，在工作中使用的各種維護(hù)檢修設(shè)備也會產(chǎn)生熱負(fù)荷，但是功率與機(jī)房設(shè)備相比，占比較小，本次改造過程中，暫時可以忽略不計(jì)。

3 空調(diào)選型及改造成果

3.1 空調(diào)類型選擇

由于老鷹山發(fā)射臺地處南京江北老鷹山國家森林公園山頂，氣候惡劣，濕度較大，并且雷雨季節(jié)雷擊嚴(yán)重。發(fā)射機(jī)具有大量的易受溫度、濕度影響的電子器件。溫度對計(jì)算機(jī)機(jī)房設(shè)備的電子元器件、絕緣材料有較大的影響。有研究表明，發(fā)射機(jī)內(nèi)部的電容器件，當(dāng)原器件的環(huán)境溫度每增加10℃，其使用壽命將大幅度下降，下降幅度可高達(dá)50%；同時，發(fā)射機(jī)功率管之間的絕緣材料對溫度要求也比較嚴(yán)格，當(dāng)機(jī)房溫度高時，發(fā)射機(jī)的主控板的自身強(qiáng)度會降低，而機(jī)房溫度過低時，主控板的PCB板塑料件會變脆，從而大大減少使用壽命。

濕度對發(fā)射機(jī)的影響也同樣明顯，當(dāng)相對濕度較高時，容易引起兩個元器件間形成通路；當(dāng)相對濕度較低時；容易產(chǎn)生較高的靜電電壓，試驗(yàn)表明：在機(jī)房中，當(dāng)相對濕度達(dá)到30%時，靜電電壓可以達(dá)到5000V，當(dāng)相對濕度為20%時，靜電電壓甚至可以有10000V，更有甚者，當(dāng)相對濕度僅僅為5%時，靜電電壓可高達(dá)20000V，上萬伏的靜電電壓對發(fā)射臺的發(fā)射機(jī)內(nèi)的電子元器件的影響是不言而喻的。

由于老鷹山發(fā)射臺的重要性，此次改造擬采用機(jī)房專用精密空調(diào)，精密空調(diào)是為機(jī)房專門設(shè)計(jì)的特殊空調(diào)，可以進(jìn)行精確的溫濕度控制，具有全年7*24小時運(yùn)行的高可用性，維修便捷、可靠耐用，可以保證老鷹山發(fā)射臺空調(diào)系統(tǒng)全年正常運(yùn)行。

機(jī)房專用精密空調(diào)還有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）老鷹山發(fā)射臺地處高山，山上濕度較高，普通空調(diào)不能精確控制溫度，而專用精密空調(diào)技術(shù)優(yōu)點(diǎn)比較明顯，可以調(diào)節(jié)蒸發(fā)器內(nèi)的冷媒壓力，也可以使蒸發(fā)器的表面溫度高于機(jī)房內(nèi)凝露點(diǎn)溫度，使機(jī)房不容易產(chǎn)生冷凝水，這兩項(xiàng)技術(shù)克服了普通空調(diào)制冷就是在除濕的缺點(diǎn)，可以精確控制機(jī)房的溫度。

（2）機(jī)房專用精密空調(diào)風(fēng)速高，風(fēng)量大，機(jī)房內(nèi)能夠形成有效的氣流組織，形成良好的冷熱通道回風(fēng)形式，使所有的發(fā)射機(jī)能夠得到足夠的制冷量，能得到較好的冷卻。

（3）在冬季的時候，山頂溫度較低，普通空調(diào)無法正常工作，普通空調(diào)工況一般為零下5度至45度，山上冬季溫度一般在零下10度左右，普通空調(diào)無法勝任機(jī)房制冷需要，而機(jī)房專用精密空調(diào)的室外冷凝器是可以控制的，從而能夠保證精密空調(diào)能在低溫下正常工作。

（4）發(fā)射機(jī)對溫度濕度要求較高，因此需要恒溫恒濕，普通空調(diào)很難滿足這樣的需求，而精密空調(diào)由于具有專用的加濕加熱功能，能快速地除濕、加熱，從而可以精確地控制機(jī)房內(nèi)的溫度、濕度。

（5）根據(jù)行業(yè)報(bào)告，精密空調(diào)的設(shè)計(jì)壽命相比普通空調(diào)較長，一般都在10-15年左右，平均無故障時間（MTBF）一般都能達(dá)到10萬小時，而普通空調(diào)的設(shè)計(jì)壽命為一般為5-8年，全年無間斷運(yùn)行的使用壽命僅僅為3-5年，從全生命周期來看，精密空調(diào)實(shí)際性價比更高。

（6）精密空調(diào)還具有高可靠性，能接受寬電壓波動的能力，并且電源的設(shè)計(jì)都自帶缺相保護(hù)，相序自動調(diào)整功能，可以滿足山上雷擊時電壓不穩(wěn)，空調(diào)仍然可以平穩(wěn)運(yùn)行的需要。

3.2 空調(diào)制冷量計(jì)算

在實(shí)際工程方案設(shè)計(jì)中由于機(jī)房的復(fù)雜性，通常根據(jù)機(jī)房單位面積來計(jì)算冷量的需求，然后根據(jù)總面積計(jì)算出冷量需求。

老鷹山發(fā)射臺機(jī)房面積200平方左右，根據(jù)上表計(jì)算，老鷹山發(fā)射臺冷量需求為75KW～100KW之間，在制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，根據(jù)老鷹山發(fā)射臺是一級重要部門，因此需要一定的冗余設(shè)計(jì)，要求總制冷量大于機(jī)房負(fù)載發(fā)熱量的最小值，因此我們采用顯冷量為100KW的精密空調(diào)作為選型空調(diào)，采用一主一備兩臺空調(diào)，單臺制冷量為100KW，在極端情況下，可以2臺同時開啟，從而保證發(fā)射機(jī)房環(huán)境溫度保持在國標(biāo)規(guī)定的A級機(jī)房環(huán)境要求，并符合冗余備份的條件。采用并且由于發(fā)射臺地板架空高度為40CM，因此為了保證制冷效果，機(jī)房送風(fēng)具有較好的氣流組織形式，設(shè)計(jì)了地板下送風(fēng)，上回風(fēng)的氣流組織形式，使得空調(diào)熱交換效率大大提高。

經(jīng)過改造后，老鷹山發(fā)射臺機(jī)房溫度恒定在22度，濕度在50%左右，達(dá)到國家A級機(jī)房對溫濕度的要求，為廣播文化事業(yè)的發(fā)展提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1]崔建武.淺談機(jī)房建設(shè)與空調(diào)節(jié)能管理[J].中國金融電腦，2011，（10）：54-55.

[2]劉裕森.機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)淺談[J].智能建筑與城市信息，2011，（11）：33-35.

[3]黃紅梅.淺談機(jī)房改造[J].智能建筑與城市信息，2011，（08）：46-47.

[4]孔念進(jìn).數(shù)據(jù)中心機(jī)房制冷分析及工程計(jì)算[J].科技創(chuàng)業(yè)月刊，2014，27（06）：158-159.

[5]沈恒.高熱密度數(shù)據(jù)中心機(jī)房散熱影響因素的研究[D].東華大學(xué)，2012.