老鷹山發射臺機房空調系統改造

秦同彬

摘 要：南京廣電集團老鷹山發射臺，經過08年的建設后，已經成為中央人民廣播電臺村村通工程華東發射站點，服務著華東地區千萬觀眾，是中央人民廣播電臺在華東地區最為重要的站點。經過10年的發展，隨著發射設備的日益增多，功能的逐漸增加，機房空調制冷成為制約機房進一步擴容的瓶頸，為此，需要對老鷹山發射臺機房制冷系統進行標準化改造。經過標準化改造后的老鷹山發射臺機房完全滿足國家A級機房要求，為廣播電視事業的進一步發展保駕護航。

關鍵詞：機房；發射機；制冷；空調；氣流組織

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

1 目前現狀

目前，老鷹山發射臺制冷系統采用了2臺10匹的工業空調柜機作為冷源，一主一備，可提供73.5KW的制冷量，地板上水平出風，由發射機內部風扇強制吸入冷氣，強制冷卻，未考慮氣流組織，并且機房有窗戶，在夏季熱輻射較高的時候，機房制冷量不足，需要開啟備用空調。目前臺站計劃增加2部10KW發射機，機房空調需要全部開啟才能滿足制冷需求，無備機可用，而普通的工業用空調故障率也較高，為了保證老鷹山發射臺的正常運轉，急需進行空調系統改造。

2 改造目標

2.1 國標A級機房對環境的要求和機房實際冷負荷

根據國家數據機房設計規范GB50174-2017要求，機房環境溫濕度要求如表1。

因此，對于機房的制冷需求的計算就顯得極其重要，只有了解機房實際制冷需求量，才能根據實際情況，采用合理的制冷方案。機房空調系統的冷負荷主要是提供給發射機設備的散熱。發射機發熱量大（耗電量的90%以上都轉化為熱量），熱密度高，需要全年制冷，因此機房的空調設計著重考慮夏季高溫時期的制冷需求。熱負荷應包括：機房內設備的散熱、建筑圍護結構得熱、通過外窗進入的太陽輻射熱、人體散熱、照明裝置散熱、新風負荷、伴隨產生的各種的潛熱。

2.2 機房制冷量的計算

根據老鷹山發射臺空調系統標準化要求，機房制冷量的計算將根據國家頒布的機房相關標準規范進行估算，因此以《數據中心機房設計規范》（GB50174-2017）、《采曖通風與空氣調節設計規范》（GB50019-2003）中相關規定作為標準依據。室外氣象參數為：夏季空調干球溫度，夏季空調濕球溫度，冬季空調干球溫度，冬季空調相對濕度。

2.2.1 機房熱量的來源

按照空調設計中負荷計算的要求，機房主要熱量的來源有以下6種：

（1）機房內部使用設備本身和輔助設備的熱負荷；（2）機房內部照明設施的發熱；（3）機房建筑物傳導的熱負荷；（4）為保持機房空氣潔凈度和正壓的新風熱負荷；（5）進出機房操作人員人體散熱等。（6）其他因素帶來的熱負荷。

2.2.2 熱負荷分析

（1）機房內部使用設備本身和輔助設備的熱負荷：Q1=k*P*η1*η2*η3Kcal/h。

Q1：機房設備熱負荷，P：機房內所有設備的能耗，η1：同時間運行的系數；η2：電力使用系數；η3：調整均衡系數。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）機房內部照明設施的發熱：Q2=CxPKcal/hP：機房內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《計算站場地技術要求》的國家標準要求，機房照度應大于200流明。其功耗大約為20瓦/平方，以后的計算中，照明功耗將以20瓦/平方為依據計算。

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

（4）機房建筑物傳導的熱負荷Q4=K*F*（t1-t2）Kcal/h，K：建筑物基礎結構熱傳導，一般情況下，普通混凝土為1.4-1.5，整個建筑物結構機房房內溫為t1，機房外的溫度為t2。F：屋頂吊頂和地板熱量傳導，一般取0.4。

（5）為保持機房空氣潔凈度和正壓的新風熱負荷計算較為復雜，在本次改造中，我們空調足夠冗余支持新風熱負荷，不另行計算新風熱負荷。

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

3 空調選型及改造成果

3.1 空調類型選擇

由于老鷹山發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，并且雷雨季節雷擊嚴重。發射機具有大量的易受溫度、濕度影響的電子器件。溫度對計算機機房設備的電子元器件、絕緣材料有較大的影響。有研究表明，發射機內部的電容器件，當原器件的環境溫度每增加10℃，其使用壽命將大幅度下降，下降幅度可高達50%；同時，發射機功率管之間的絕緣材料對溫度要求也比較嚴格，當機房溫度高時，發射機的主控板的自身強度會降低，而機房溫度過低時，主控板的PCB板塑料件會變脆，從而大大減少使用壽命。

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

由于老鷹山發射臺的重要性，此次改造擬采用機房專用精密空調，精密空調是為機房專門設計的特殊空調，可以進行精確的溫濕度控制，具有全年7*24小時運行的高可用性，維修便捷、可靠耐用，可以保證老鷹山發射臺空調系統全年正常運行。

機房專用精密空調還有以下優點：

（1）老鷹山發射臺地處高山，山上濕度較高，普通空調不能精確控制溫度，而專用精密空調技術優點比較明顯，可以調節蒸發器內的冷媒壓力，也可以使蒸發器的表面溫度高于機房內凝露點溫度，使機房不容易產生冷凝水，這兩項技術克服了普通空調制冷就是在除濕的缺點，可以精確控制機房的溫度。

（2）機房專用精密空調風速高，風量大，機房內能夠形成有效的氣流組織，形成良好的冷熱通道回風形式，使所有的發射機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，普通空調無法正常工作，普通空調工況一般為零下5度至45度，山上冬季溫度一般在零下10度左右，普通空調無法勝任機房制冷需要，而機房專用精密空調的室外冷凝器是可以控制的，從而能夠保證精密空調能在低溫下正常工作。

（4）發射機對溫度濕度要求較高，因此需要恒溫恒濕，普通空調很難滿足這樣的需求，而精密空調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房內的溫度、濕度。

（5）根據行業報告，精密空調的設計壽命相比普通空調較長，一般都在10-15年左右，平均無故障時間（MTBF）一般都能達到10萬小時，而普通空調的設計壽命為一般為5-8年，全年無間斷運行的使用壽命僅僅為3-5年，從全生命周期來看，精密空調實際性價比更高。

（6）精密空調還具有高可靠性，能接受寬電壓波動的能力，并且電源的設計都自帶缺相保護，相序自動調整功能，可以滿足山上雷擊時電壓不穩，空調仍然可以平穩運行的需要。

3.2 空調制冷量計算

在實際工程方案設計中由于機房的復雜性，通常根據機房單位面積來計算冷量的需求，然后根據總面積計算出冷量需求。

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

經過改造后，老鷹山發射臺機房溫度恒定在22度，濕度在50%左右，達到國家A級機房對溫濕度的要求，為廣播文化事業的發展提供了堅實的基礎。

參考文獻

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