中央電視臺總控機房空調(diào)系統(tǒng)建設(shè)

劉伯華

中央電視臺 北京 100859

近年來，隨著我國廣播電視事業(yè)、信息技術(shù)的飛速發(fā)展，主要用于節(jié)目信息匯總、編輯和調(diào)度等系統(tǒng)工作的總控播出機房在系統(tǒng)技術(shù)上也隨之發(fā)生了巨大的變化，各種先進技術(shù)被不斷應(yīng)用于日常播出制作中。為擴展業(yè)務(wù)功能，增加儲備資源，完善系統(tǒng)建設(shè)以滿足電視臺日益發(fā)展的節(jié)目生產(chǎn)需求，立柜機房中工藝設(shè)備的集成度越來越高，單位面積裝機容量急劇增加，發(fā)熱密度也明顯提升，給機房內(nèi)的空調(diào)制冷系統(tǒng)帶來了很大挑戰(zhàn)。下面就中央電視臺D311總控立柜機房改造中的空調(diào)系統(tǒng)建設(shè)情況進行介紹[1]。

1 項目概況

中央電視臺D311 總控立柜機房建筑面積162 m2，層高5.4m；原有線路采用下走線方式，架空地板高度維持300mm，吊頂標(biāo)高3m。本機房與隔壁機房同屬一個機房規(guī)劃區(qū)域，機房架空地板下存在許多在用的過路線纜。

新搭建的工藝設(shè)備沿用原下走線方式，架空地板及吊頂高度保持不變。為保證不影響臺內(nèi)節(jié)目制播，與隔壁機房共用或過路的線纜無法進行拆除騰挪，因此，在改造過程中要盡量維持原有結(jié)構(gòu)不變；并對機房內(nèi)無法進行拆除騰挪的線纜設(shè)施進行保護，確保臨近機房設(shè)備的正常運行。

2 改造機房空調(diào)需求

2.1 設(shè)計原則

高可靠性：改造機房內(nèi)設(shè)備散熱量較大，需要提供全年7＊24小時連續(xù)不間斷的供冷服務(wù)，設(shè)計的空調(diào)系統(tǒng)必須具有高可靠性。在系統(tǒng)設(shè)計中應(yīng)盡量避免單點故障，充分考慮系統(tǒng)冗余備份，以保證機房溫度滿足運行要求。此外，對于空調(diào)水路系統(tǒng)（風(fēng)冷式主要是冷凝水管路及加濕水管路），需要考慮設(shè)置防漏水檢測及相應(yīng)的防護措施，提高機房安全性。

便于管理：機房內(nèi)的空調(diào)設(shè)備在采購中需要提前考慮好后期運行監(jiān)控的相關(guān)軟硬件需求。所有空調(diào)設(shè)備運行狀態(tài)應(yīng)統(tǒng)一通過專用網(wǎng)絡(luò)上傳至中央控制機房，實現(xiàn)遠(yuǎn)程實時監(jiān)視。

2.2 負(fù)荷需求

總控機房此次改造的D311 機房內(nèi)共安裝2 組由28 臺低密度機柜面對面排列組成的封閉冷通道?？照{(diào)區(qū)域的冷負(fù)荷主要是根據(jù)機房內(nèi)的設(shè)備散熱、照明散熱、人員產(chǎn)生的冷負(fù)荷以及機房外維護結(jié)構(gòu)傳熱、熱輻射、冷風(fēng)滲透冷負(fù)荷等來綜合計算確定，其中工藝設(shè)備散熱量為機房主要冷負(fù)荷。

表1 室內(nèi)設(shè)計參數(shù)

表2 室外計算參數(shù)

按照工藝設(shè)計，D311 機房四排工藝機柜，B-C、D-E 排機柜冷負(fù)荷總量為100KW，分為兩組冷通道，設(shè)備24 小時不間斷運行，要求機房滿足恒溫恒濕環(huán)境。A 排為單獨的接線柜及相關(guān)配套機柜，由于負(fù)荷量不大可以與房間冷負(fù)荷一并計算，另考慮其他環(huán)境因素，根據(jù)機房實際外圍護結(jié)構(gòu)特點、北京地區(qū)夏季、冬季計算溫濕度參數(shù)，房間朝向及室內(nèi)輔助設(shè)備、人員等條件，計算得到環(huán)境冷負(fù)荷、新風(fēng)冷負(fù)荷、其他機房冷負(fù)荷等共計31KW。

冷量計算冷負(fù)荷（KW） 備注設(shè)備冷負(fù)荷 100 q1=n1·n2·n3·N·Ccl其他冷負(fù)荷 31 q2合計冷負(fù)荷 131 q1+q2

3 系統(tǒng)形式選擇

目前對于數(shù)據(jù)機房，風(fēng)冷式空調(diào)供冷形式一般分為兩種，傳統(tǒng)的機房恒溫恒濕空調(diào)系統(tǒng)和行間空調(diào)系統(tǒng)。

行間空調(diào)形式，改變了集中設(shè)計擺放空調(diào)設(shè)備的模式，化整為零，將空調(diào)擺放于機柜之間，更加接近散熱設(shè)備，很大程度的解決了冷量衰減的問題，冷量分布也更均勻。但空調(diào)設(shè)備穿插于機柜間，占用了有效機柜位置，限于單機容量較小，占用空間比例較大，系統(tǒng)冗余備份能力較差，系統(tǒng)安全穩(wěn)定性不足。一般適用于新建高密機房，因為高密機柜熱源集中，容易出現(xiàn)局部熱點，傳統(tǒng)的機房空調(diào)由于送風(fēng)管路長，風(fēng)量衰減較為嚴(yán)重，無法解決高密機柜散熱要求[2]。

而傳統(tǒng)的機房恒溫恒濕空調(diào)系統(tǒng)一般是采用下送風(fēng)或上送風(fēng)，即利用活動地板下的空間為自然靜壓箱或采用冷熱通道封閉設(shè)計在機房吊頂內(nèi)安裝風(fēng)道靜壓箱，向機柜內(nèi)散熱設(shè)備送風(fēng)制冷。設(shè)備技術(shù)成熟，穩(wěn)定性好，可選用風(fēng)冷、水冷形式靈活適配機房需求，敷設(shè)風(fēng)道集中送風(fēng)的方式能夠有效隔離空調(diào)設(shè)備與機房內(nèi)工藝設(shè)備，對于中低密度機房市場應(yīng)用較為普遍。

本項目D311 機房單機容量較小，散熱量較為平均，采用封閉冷通道配合傳統(tǒng)恒溫恒濕空調(diào)設(shè)備完全能夠滿足空調(diào)需求。且機房有效面積有限，擴容可能性較小，恒溫恒濕空調(diào)形式可以最大程度的保障機房有效面積。因此，確定采用傳統(tǒng)的恒溫恒濕空調(diào)系統(tǒng)，以實現(xiàn)機房內(nèi)的溫度控制。

4 項目現(xiàn)場限制條件

（1）空間較為緊湊，地板架空高度及層高限于原有機房結(jié)構(gòu)及布線方式，對于集中式空調(diào)系統(tǒng)風(fēng)道尺寸及送風(fēng)方式選擇上較為嚴(yán)苛，吊頂上方設(shè)置送風(fēng)風(fēng)道及靜壓箱時，需要注意避開結(jié)構(gòu)梁位置，在滿足風(fēng)量的前提下，盡量減小風(fēng)道截面積，保證機房整體標(biāo)高不變。同時，需要考慮吊頂內(nèi)風(fēng)道與其他專業(yè)（如消防管線、通訊供電線纜等）的空間分配，避免交叉沖突。

（2）按照電視臺重點機房安全運行要求，機房內(nèi)不得敷設(shè)水路系統(tǒng)，需采用風(fēng)冷式恒溫恒濕空調(diào)作為冷源。但限于原有機房建筑結(jié)構(gòu)要求，在平面設(shè)計布局中需要考慮空調(diào)設(shè)備運行自重，在不進行局部加固的前提下須將空調(diào)主機放置在結(jié)構(gòu)梁位置。

（3）為保障機房內(nèi)安全條件，恒溫恒濕空調(diào)設(shè)備上下水管路在地板下要與主機房進行物理隔離，設(shè)置擋水壩。

5 本項目設(shè)計方案

依據(jù)GB-50174-2008《電子信息系統(tǒng)機房設(shè)計規(guī)范》，數(shù)據(jù)機房夏季設(shè)計溫度23 度，相對濕度50%，冬季設(shè)計溫度18 度，相對濕度45%。

5.1 適配方案

在D311 機房內(nèi)采用兩臺額定制冷量100KW 的恒溫恒濕空調(diào)（一用一備）承擔(dān)主要設(shè)備供冷需求。另在冷通道外，增設(shè)6 臺一拖一商用空調(diào)分體機進行冷量補充和輔助房間整體降溫，解決環(huán)境冷負(fù)荷和新風(fēng)冷負(fù)荷等，實現(xiàn)空調(diào)設(shè)備的冗余備份，提高空調(diào)系統(tǒng)的可靠性。天井式室內(nèi)機，不占用機房內(nèi)有效面積，盡量避開機柜上方，同時，在設(shè)備下方做好保溫及檢漏措施，有效避免冷凝水對機柜的安全威脅。

考慮到現(xiàn)場空間條件，冷通道采用上送風(fēng)的模式，恒溫恒濕空調(diào)出風(fēng)口先連接靜壓箱后連接分支風(fēng)道，通過風(fēng)閥調(diào)節(jié)各分支風(fēng)道內(nèi)的送風(fēng)量。從吊頂處與冷通道進行連接，送風(fēng)口集中布置于冷通道上方，將冷風(fēng)以最節(jié)約有效的方式輸送給兩側(cè)機柜，通過機柜自帶風(fēng)扇將熱交換后的風(fēng)排至機房內(nèi)，自然回風(fēng)至空調(diào)機組回風(fēng)口進行處理。

風(fēng)道及風(fēng)口均集中安裝于兩排機柜之間，可以有效避免風(fēng)量損失，也可避免后期運行中，機組產(chǎn)生的冷凝水對機柜設(shè)備的安全威脅。另外，傳統(tǒng)恒溫恒濕空調(diào)由于風(fēng)路系統(tǒng)較長，容易造成送風(fēng)不均勻，采用小風(fēng)壓設(shè)計可能造成遠(yuǎn)端設(shè)備送風(fēng)風(fēng)壓不足，風(fēng)量不夠，而如果為彌補遠(yuǎn)端送風(fēng)量加大送風(fēng)壓力，則可能造成近端送風(fēng)量急劇減小，形成局部熱點，因此在設(shè)計中需要注意核算設(shè)備風(fēng)壓情況，并在每一個送風(fēng)口加裝風(fēng)閥，以便于在后期運行過程中根據(jù)實際送風(fēng)量對每個風(fēng)口進行調(diào)校以盡量使得整個冷通道內(nèi)氣流組織均勻穩(wěn)定[3]。

5.2 設(shè)備選擇

在選擇恒溫恒濕空調(diào)設(shè)備時，綜合考慮項目可行性、安全可靠性、后期維護簡便性及能效等因素，我們要求設(shè)備滿足以下要求：

（1）基本要求。滿足機房制冷、制熱、加濕、上送風(fēng)方式、配電條件等要求，同時，考慮施工場地條件，限定好設(shè)備尺寸、運行重量、接管方式等。

（2）安全穩(wěn)定

①選擇雙系統(tǒng)空調(diào)壓縮機水平并排布置方式。雙壓縮機在設(shè)計上考慮備份，增加系統(tǒng)可靠性。2 臺壓縮機水平并排布置結(jié)構(gòu)簡單，2 套壓縮機處于同一高度，室內(nèi)外的高差相同，使設(shè)備運行可靠、穩(wěn)定。同時，在后期維修維護中，水平布置壓縮機維護空間大、方便操作。

②選用配置有多個EC 風(fēng)機的恒溫恒濕空調(diào)設(shè)備。100kw 的大冷量風(fēng)冷恒溫恒濕空調(diào)，選擇配置有3 個EC 風(fēng)機的冗余設(shè)計，正常時3 個風(fēng)機在70-80%轉(zhuǎn)速下低速使用，當(dāng)其中1 個風(fēng)機故障時，其余2 個風(fēng)機可以提高轉(zhuǎn)速到100%以彌補另1 個風(fēng)機風(fēng)量，有助于保證系統(tǒng)的安全可靠性。

③選擇室外冷凝器多風(fēng)機產(chǎn)品。此要求同樣主要考慮冷凝器風(fēng)機的冗余設(shè)計，當(dāng)室外冷凝器的2 臺軸流風(fēng)機中1 臺故障時，冷凝器風(fēng)量不足，制冷系統(tǒng)立即會高壓報警，空調(diào)停機。采用3 臺以上風(fēng)機，其中1 臺故障時，空調(diào)機組只是高壓有所提高，但不會報警停機。且多風(fēng)機設(shè)計也能達到降低轉(zhuǎn)速和噪音，空調(diào)也更節(jié)能。技術(shù)上考慮多數(shù)量風(fēng)機配置更安全可靠。

④考慮系統(tǒng)控制可靠性，要求每臺恒溫恒濕空調(diào)設(shè)備控制器應(yīng)具有雙主板冗余功能，一個主板損壞后，另一個可自動接管設(shè)備控制，以保證每臺機組的正常運行。

⑤設(shè)備保護報警功能齊全，能夠及時準(zhǔn)確的對設(shè)備故障進行報警及故障診斷，并記錄。

（3）節(jié)能高效。

①配置高效能EC 風(fēng)機，根據(jù)實際使用環(huán)境調(diào)節(jié)風(fēng)量風(fēng)速，較普通AC 風(fēng)機，新型EC 風(fēng)機在低負(fù)荷運行時能耗明顯降低，可減少50%以上的風(fēng)扇耗電量。

②選擇風(fēng)機直徑較大的風(fēng)機。關(guān)于風(fēng)機直徑，同樣的風(fēng)機數(shù)量、循環(huán)風(fēng)量和機外余壓下，配置的風(fēng)機直徑越大，風(fēng)機轉(zhuǎn)速就越低，其功耗越低，空調(diào)能效比越高，同時噪聲越小。

（4）遠(yuǎn)程監(jiān)控?？照{(diào)設(shè)備應(yīng)具有方便的現(xiàn)場監(jiān)控及遠(yuǎn)程監(jiān)控能力。

①通訊接口：RS485 通訊接口，并免費提供MODBUS 協(xié)議與遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)通訊，以便于后期連接入中央控制系統(tǒng)進行監(jiān)管。

②設(shè)備控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)對送、回風(fēng)溫度，機組運行狀態(tài)，設(shè)備報警，及相關(guān)重要參數(shù)遠(yuǎn)程監(jiān)控。確保數(shù)據(jù)測定準(zhǔn)確、穩(wěn)定。

5.3 機房新風(fēng)配置

D311 機房作為無人值守機房，考慮維持室內(nèi)正壓所需風(fēng)量，在機房內(nèi)形成微正壓環(huán)境，有效避免室外粉塵進入，保證機房潔凈度。主機房與其它房間、走廊間的壓差不宜小于5Pa，與室外靜壓差不宜小于10Pa。結(jié)合實際情況，與二期機房統(tǒng)一考慮確定采用一臺新風(fēng)機組，初、中效2 級過濾器，新風(fēng)風(fēng)量2100m3/h。

6 項目實施及應(yīng)用效果

安裝過程中，原則上恒溫恒濕空調(diào)設(shè)備室內(nèi)機不允許倒放搬運，因此要提前明確搬運路徑及現(xiàn)場條件，如確需倒放，還應(yīng)考慮在現(xiàn)場進行相關(guān)緊固及二次檢測等工作。

為保障工期，考慮空間限制、改造項目現(xiàn)場環(huán)境的復(fù)雜性，項目實施過程中嚴(yán)格控制各專業(yè)施工工序及作業(yè)周期，通過采取適當(dāng)?shù)慕M織措施、技術(shù)措施，保證目標(biāo)控制的組織工作明確、完善，技術(shù)方案可行、高效，項目建設(shè)最終取得良好的效果。

項目完成后，實測機房內(nèi)冷通道溫度（如上圖）在密封良好的條件下能夠穩(wěn)定控制在19℃左右，房間熱通道內(nèi)溫度穩(wěn)定在22℃左右，熱通道3 由于受到房間內(nèi)輔助吊頂分體空調(diào)設(shè)備影響，整體溫度較低。兩臺機房恒溫恒濕空調(diào)分別設(shè)置21℃和24℃，正常情況下一臺主用，一臺熱備。運行以來，能夠滿足預(yù)期設(shè)計要求，為新建機房提供安全穩(wěn)定的空調(diào)保障。