衛(wèi)星地球站高功放機(jī)房內(nèi)循環(huán)風(fēng)冷系統(tǒng)

陳 超

衛(wèi)星傳輸通道是一個(gè)基本穩(wěn)定的通道，在整個(gè)傳輸過程中受外界環(huán)境變化的影響相對比較小，傳輸電平變化一般僅有幾分貝。隨著衛(wèi)星技術(shù)的發(fā)展，利用衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器進(jìn)行廣播電視節(jié)目傳輸效率高、覆蓋廣等優(yōu)點(diǎn)越來越顯著。目前，衛(wèi)星傳輸已具備高清、超高清廣播電視節(jié)目的上行轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)要求，新型廣播衛(wèi)星具備承載更多高清節(jié)目轉(zhuǎn)發(fā)的能力，且全國已經(jīng)將高清衛(wèi)視節(jié)目上行的省份也有很多。上行站作為衛(wèi)星廣播電視通信系統(tǒng)中的地面通訊設(shè)備站，擔(dān)負(fù)將衛(wèi)視和廣播信號發(fā)射至衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的上行發(fā)射工作。高功率放大器（以下簡稱“高功放”）高功放是上行站上行系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備，作用就是將載波信號放大，通過衛(wèi)星天饋線系統(tǒng)以波束的方式發(fā)射到衛(wèi)星上。由于高功放是精密的電子元件，所以對機(jī)房的溫濕度要求很高，一旦高功放自檢到由于溫度較高、濕度較大等嚴(yán)重影響其工作狀態(tài)的時(shí)候，將自動停止工作，這樣廣播站的信號就無法傳輸?shù)叫l(wèi)星，以至于出現(xiàn)停播事故。歷年的全國上行站安播會議上由于功放問題造成的衛(wèi)視停播或劣播事故占總的播出事故的比例很高。所以，為了保證高功放正常運(yùn)行，對功放機(jī)房的降溫是必不可少的措施。

河南省廣播電視發(fā)射臺的高功放機(jī)房內(nèi)放置有射頻機(jī)柜、天控機(jī)柜和2個(gè)3000WCPI高功放機(jī)柜（含四臺CPI高功放）。根據(jù)國家新聞出版廣電總局的安全播出要求，不在線的高功放也必須在熱備狀態(tài)，當(dāng)主用系統(tǒng)故障時(shí)，確保隨時(shí)可以上線進(jìn)行發(fā)射工作。實(shí)際的機(jī)房內(nèi)溫控采集數(shù)據(jù)顯示，每臺功放的出風(fēng)口溫度都在60 ℃左右；根據(jù)高功放的報(bào)警門限設(shè)置，出風(fēng)口溫度最高110 ℃，溫差必須控制在55 ℃左右。功放的進(jìn)風(fēng)口溫度應(yīng)該在24 ℃左右；機(jī)房整體溫度應(yīng)保持在20 ℃左右，濕度保持在33%。如果沒有一套好的通風(fēng)系統(tǒng)，四臺功放在同時(shí)開機(jī)的情況下，機(jī)房內(nèi)溫度可瞬間高達(dá)27、28 ℃，并持續(xù)提升，此時(shí)功放的進(jìn)風(fēng)溫度也會隨之上升。在如此高溫的環(huán)境下運(yùn)行，很容易出現(xiàn)由于溫度過高從而造成安全播出事故。

1 向外強(qiáng)排散熱的缺陷

在設(shè)計(jì)改造河南省廣播電視發(fā)射臺高功放機(jī)房內(nèi)循環(huán)風(fēng)冷系統(tǒng)之前，發(fā)射臺一直沿用的是外強(qiáng)排散熱，此設(shè)計(jì)原理初衷是根據(jù)機(jī)房實(shí)際建立的功放降溫系統(tǒng)。該系統(tǒng)未經(jīng)過實(shí)際的計(jì)算，選配空調(diào)的時(shí)候僅僅考慮空調(diào)的作用只是為了機(jī)房的降溫。通過功放風(fēng)機(jī)把空調(diào)制出的冷空氣抽進(jìn)高功放內(nèi)，通過空氣流動，用于對速調(diào)管進(jìn)行降溫?？照{(diào)不停地對機(jī)房制造出冷空氣，高功放風(fēng)機(jī)不斷地吸風(fēng)和排風(fēng)，使速調(diào)管工作在安全的溫度范圍內(nèi)。此設(shè)計(jì)存在一定的缺陷，如下。

（1）由于功放機(jī)房是一個(gè)相對密閉的空間，當(dāng)空氣通過高功放速調(diào)管冷卻系統(tǒng)排出機(jī)房后，機(jī)房內(nèi)部的空氣形成負(fù)壓，造成室外空氣和灰塵通過門縫、窗縫等進(jìn)入機(jī)房，這些空氣和灰塵也會被功放風(fēng)機(jī)吸入功放內(nèi)部。由于未經(jīng)過濾，這些微小灰塵吸入高功放風(fēng)機(jī)，附著在風(fēng)扇扇葉上，久而久之，將造成高功放風(fēng)機(jī)性能下降、風(fēng)量變小、風(fēng)壓故障。極易造成速調(diào)管在高溫狀態(tài)下工作，也易使電器元件附著灰塵，造成播出隱患。

（2）在實(shí)際工作中，發(fā)現(xiàn)伸向室外的風(fēng)筒設(shè)計(jì)也存在一定的缺陷。風(fēng)筒濾塵網(wǎng)周邊空隙較大，對微小灰塵顆粒并未起到很好的過濾效果。河南省廣播電視發(fā)射臺地處北方，天氣相對干燥，空氣中浮塵較多，尤其在冬春交替及初春時(shí)節(jié)，氣候干燥且風(fēng)沙大，空氣質(zhì)量差，粉塵顆粒物嚴(yán)重。這些流動顆粒物極易進(jìn)入風(fēng)道。在靜電庫侖力作用下，會吸附到電路板上，形成一層膜，嚴(yán)重影響電路板的穩(wěn)定性，加速元件老化。久而久之，吸附在電路板上的微小顆粒也會逐步形成“微”電路，極易觸發(fā)電子元件短路故障，對安全播出造成很大的影響。外強(qiáng)排散熱對空調(diào)的送風(fēng)量及制冷量并未有很高的要求，只需正常使用的家用空調(diào)即可。所以，在選定空調(diào)的時(shí)候并不十分科學(xué)，在機(jī)房里極易出現(xiàn)制冷盲區(qū)和熱點(diǎn)。

（3）自四臺CPI高功放投入運(yùn)行后，在周期性的維護(hù)檢修中，均發(fā)現(xiàn)這一問題：外強(qiáng)排散熱系統(tǒng)的濾塵網(wǎng)常常大面積被粉塵和細(xì)小的草根樹葉堵死，導(dǎo)致高功放的出風(fēng)量大大減小。為確保高功放工作穩(wěn)定可靠，河南省廣播電視發(fā)射臺技術(shù)人員決定對高功放機(jī)房的外強(qiáng)排散熱系統(tǒng)改造為內(nèi)循環(huán)風(fēng)冷系統(tǒng)，并更加科學(xué)合理地選配空調(diào)系統(tǒng)，使之與機(jī)房所有設(shè)備散熱量匹配，以達(dá)到節(jié)能減排、資源合理利用的目的，且完全滿足機(jī)房環(huán)境要求。

2 風(fēng)冷系統(tǒng)的內(nèi)循環(huán)改造方案

2.1 內(nèi)循環(huán)風(fēng)冷系統(tǒng)

簡單地說，內(nèi)循環(huán)風(fēng)冷系統(tǒng)將不再考慮高功放散熱的風(fēng)道設(shè)計(jì)，將高功放的風(fēng)筒放在高功放機(jī)房內(nèi)，機(jī)房內(nèi)的冷熱混合空氣密閉且循環(huán)，即：功放排出熱風(fēng)—空調(diào)進(jìn)行熱冷交換成冷風(fēng)—功放風(fēng)機(jī)吸入冷風(fēng)—排出熱風(fēng)—熱風(fēng)再進(jìn)入功放室。

2.2 高功放機(jī)房熱量計(jì)算

機(jī)房內(nèi)的熱源主要包括高功放（Q1）、墻壁導(dǎo)熱（Q2）、玻璃導(dǎo)熱（Q3）和照明設(shè)備（Q4），總熱量計(jì)算公式為：

Q=Q1+Q2+Q3+Q4。

河南省廣播電視發(fā)射臺采用CPIGEN IVC-Band高功放，額定發(fā)射功率3kW，整機(jī)功耗8.5kW，其中1臺在線使用，3臺熱備份，正常發(fā)射功率為60W，熱備份高功放輸出接入室內(nèi)吸收負(fù)載。因此，4臺高功放產(chǎn)生的熱量可估算為Q1=（4×8.5－0.06）×1×860=122.18kJ/h

墻壁導(dǎo)熱主要考慮到太陽輻射通過機(jī)房屋頂、墻壁、樓板等建筑結(jié)構(gòu)傳入室內(nèi)的熱量，以及室內(nèi)外溫差所引起的傳熱量。普通混凝土外墻導(dǎo)熱系數(shù)為5.86～6.28J/m2h℃，機(jī)房墻壁面積實(shí)測為145m2，室內(nèi)外溫差13 ℃（按鄭州市夏季氣溫35 ℃，機(jī)房內(nèi)部22 ℃計(jì)算），按以上參數(shù)計(jì)算：Q2=1.4×145×13=11.05kJ/h。

陽光透過窗戶玻璃射入機(jī)房轉(zhuǎn)化的熱量，一部分通過玻璃被反射，一部分被玻璃吸入機(jī)房成為熱負(fù)荷。從玻璃射入太陽輻射玻璃導(dǎo)熱（Q3）=0.7×4×127.5=1.49kJ/h。其中0.7為玻璃導(dǎo)熱系數(shù)，4為玻璃的面積，127.5為鄭州市夏季通過玻璃進(jìn)入的太陽輻射熱強(qiáng)度。

照明設(shè)備的熱負(fù)荷Q4為機(jī)房照明的12根36W的日光燈。

Q4=1.0×12×36=1.56kJ/h。確定Q1、Q2、Q3、Q4后，可按照總熱量公式求出機(jī)房內(nèi)的總熱負(fù)荷Q=122.18+11.05+1.49+1.56=136.28kJ/h。

根據(jù)總熱量可以計(jì)算出需要空調(diào)的制冷能力P，P=32556.4÷860=37.85kW。10P空調(diào)的制冷量為25kW，7P空調(diào)的制冷量為16kW，預(yù)留10%的余量，為了經(jīng)濟(jì)時(shí)效性及安全可靠性，機(jī)房在空調(diào)選配上采用了兩臺10P空調(diào)和一臺7P空調(diào)的二備一模式，平日的工作中開啟一臺10P和一臺7P空調(diào)滿足機(jī)房的制冷需求。該設(shè)計(jì)符合GB50174-2017對于機(jī)房環(huán)境的相關(guān)技術(shù)要求。

2.3 風(fēng)冷內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

高功放機(jī)房改造成內(nèi)循環(huán)通風(fēng)冷卻系統(tǒng)后，具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)

（1）功放室內(nèi)溫度穩(wěn)定，不受外界溫度影響。由于降溫的載體使用空調(diào)，且空調(diào)的出風(fēng)口溫度始終在保持在19℃，所以溫度的控制較未改造前的外循環(huán)室內(nèi)通風(fēng)冷卻系統(tǒng)更容易把控。經(jīng)河南省廣播電視發(fā)射臺技術(shù)人員測試，機(jī)房溫度常年可以保持在21 ℃左右，高功放的進(jìn)風(fēng)口溫可以保持在24 ℃。（2）功放機(jī)房室內(nèi)的衛(wèi)生更容易保持，減輕了值班人員的工作強(qiáng)度。（3）由于通過計(jì)算確定出了空調(diào)的功率，再選配空調(diào)上有了參考，所以一定程度上整個(gè)機(jī)房的用電量明顯下降。

3 結(jié)語

在內(nèi)循環(huán)風(fēng)冷系統(tǒng)中，空調(diào)的制冷量和出風(fēng)量是保障機(jī)房高功放降溫的關(guān)鍵設(shè)備，但是空調(diào)室外機(jī)裸露在外面。在平時(shí)的工作中，河南省廣播電視發(fā)射臺技術(shù)人員結(jié)合地處緯度及春秋季節(jié)柳絮灰塵比較大的特點(diǎn)，為空調(diào)室外機(jī)加裝了濾塵紗網(wǎng)，通過紗網(wǎng)來攔截柳絮灰塵等進(jìn)入空調(diào)散熱片，既延長了空調(diào)壽命，又可以使空調(diào)工作在最佳的狀態(tài)。河南省廣播電視發(fā)射臺高功放機(jī)房的風(fēng)冷系統(tǒng)改造后，達(dá)到了降低高功放溫度及保持機(jī)房溫度的效果，且由于通過合理的房間內(nèi)熱量的計(jì)算，為高功放機(jī)房選取合適的空調(diào)提供了可靠的依據(jù)，避免了盲目購買大制冷量、大功率的空調(diào)，為單位節(jié)約了資金，極大地為安全播出提供了保障。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.GB50174-2017數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:國家標(biāo)準(zhǔn)出版社,2017.

[2]張明珂.發(fā)射機(jī)房空調(diào)制冷負(fù)荷及總的用電量計(jì)算[J].中國有線電視,2016(6):699-702.

[3]賀小營,鮑琳.通訊機(jī)房專用空調(diào)及制冷量計(jì)算[J].流體機(jī)械,2005(12):82-84.

[4]陳鋒.網(wǎng)絡(luò)機(jī)房制冷效率研究[J].計(jì)算機(jī)時(shí)代,2011(11):15-16,19.