500kW大功率發射機機房大廳環境溫度智能控制系統設計與實現

李毅

（國家新聞出版廣電總局594臺，陜西 咸陽712000）

1 機房大廳現狀

本發射臺地處陜西關中地區，夏季氣溫高，且高溫天氣持續時間長，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境溫度也高達36攝氏度。在這種高溫環境下，發射機工作穩定性明顯下降，特別是對于發射機控制系統的影響尤為巨大，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 系統設計與實現

2.1 解決的辦法

解決我臺機房大廳環境問題，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。同時要本著節約的原則，在保證有明顯效果的前提下，力爭達到節約資源、一次性投入少、運行費用低；系統具有自診斷告警功能，減少人員工作量；設計時要考慮系統冗余，制冷風量要有一定的余量，保證在極端情況下系統也能正常工作；同時要考慮系統改造后哪些地方容易出現問題，加強維護保養。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對接，利用現有的單點設備冷卻系統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境及人員作業安全；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短波發射機，由于設備發熱過大，故對每臺發射機做單點降溫處理。預計單臺發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、設備使用環境的安全可靠性并且夏季超出人員作業的可承受環境溫度，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+環境熱負荷*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；

●余濕量小：機房內潛熱量來自人體出汗蒸發以及新風含濕量，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；

●循環風量大：需要較大的風量來解決機房內散熱；

●焓差小：由于室內溫濕度允許變化率較小，所以焓差小；

●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而成的，顯熱比可達到90%以上，并可通過中央控制器調節溫度及相對濕度，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，并達到節能目的。

2.3 系統設計與實現

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對接，利用現有的單點設備冷卻系統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，極為節能。

2.3.3 動力與環境監控拓撲圖

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

●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、高顯熱比專業設計。

●蒸發器采用親水鋁箔，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定運行，壽命10年以上。

●智能控制器融合完善控制邏輯、實現多重保護。

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

●提供500條歷史告警記錄。

●群組控制，實現備份、輪巡、層疊、避免競爭運行功能。

●遠程監控，提供RS485、MODBUS、SUNRISE-PLUS、TCP/IP監控方式。

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控系統，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，高效節能。

●機組設計使用壽命15年，運行穩定性高，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境及人員作業安全；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控系統，可做相應的動環監控或消防聯動。

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

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

［2］GB/T2887-2000電子計算機場地通用規范[S].

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

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

［5］朱思洪,主編.機電一體化技術[M].中國農業出版社,2004.

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