大功率短波機房通風系統的改造

摘要：短波主要是指頻率介于3 MHz-30 MHz之間的一種無線電波，目前在我國的電話通信以及廣播行業大功率短波通信中得到廣泛的普及和應用。由于大功率短波發射機耗電量大、產生熱量高、高溫持續時間長，因此時機房通風系統的通風散熱性能提出了更高的要求，尤其對使用年限較長的通風系統來說．若不及時予以改造和更新，則不僅會縮短系統的使用壽命，甚至會導致系統癱瘓．進而使短波發射機等設備嚴重受損?；诖?，文章以容納400臺大功率短波發射機的機房為例，時機房通風系統的改造方案予以全面闡述，通過改造方案驗證改造以后的通風系統是否滿足大功率短波發射機的運行和使用要求。

關鍵詞：大功率；短波機房；通風系統；改造方案

中圖法分類號：TN838 文獻標識碼：A

該機房可以同時容納４００ 臺以上的大功率短波發射機，機房建筑面積為２ ５４７ ｍ２，設備占用區的使用面積為１ ６５２ ｍ２，辦公區的使用面積為８９５ ｍ２，機房內現裝有１１ 臺１００ ｋＷ 的短波發射機，并配備了一臺１４０ ｋＷ 的電鍋爐，專門用于室內取暖，以及一臺１５２ ｋＷ的空調，專門用于室內降溫。該機房的建造時間為２０１５ 年，距今已有近８ 年的時間。因此，機房內原有的通風系統的降溫除塵效果明顯下降，尤其在室外溫度達到５℃以下時，該系統已經無法形成水幕，這給系統的正常使用造成了嚴重影響。為了增強和改善通風降溫效果，亟須對該系統進行技術性改造。

１ 系統存在的主要問題

１．１ 耗電量大

該大功率短波機房中通風系統所使用的風機功率較大，其中，冷凝器主要使用０．７５ ｋＷ 和３ ｋＷ 的軸流風機，其作用是輔助排風散熱。在風機運行過程中，整個機體將消耗大量的電力能源。此外，該系統還配備了水洗風機組，在冬季到來時，由于室外氣溫較低，使得水洗風機組無法正常運行，在這種情況下，機房內部將處于負壓狀態，機房內的熱量損耗率急劇上升，為了降低熱量損耗量，需要啟動功率為１４０ ｋＷ的電供暖鍋爐，并且鍋爐將始終處于滿負荷運行狀態，無形中增加了電力能源的損耗量。

１．２ 設備穩定性下降

由于該機房內的大功率短波發射機運行年限過長，且設備始終處于持續運轉狀態，使得冷凝系統的水溫遠遠超出執行標準，在水溫持續升高的情況下，發射機及相關輔助設備的運行穩定性將受到嚴重影響，若長期處于這種危險的運行狀態，則設備發生故障的概率也將大幅上升。

另外，一旦短波發射機的機體或者內部結構遭到破壞，僅后期的維護成本便是一筆不小的開銷，并且不同原因所導致的故障，其維修難度也有所不同，這無形中便會影響短波發射機的運行效果，也會給發射機的所屬單位造成巨大的經濟損失。因此，考慮到運行經濟性與安全性，大功率短波機房的通風系統勢必要進行全面升級與改造，以確保短波發射機能夠始終在一個溫度適宜、空氣潔凈的環境下正常運轉［１］ 。

１．３ 降溫制冷效果顯著下降

在夏季來臨時，我國絕大多數地區的平均溫度都在３０℃以上，而該機房中的水洗通風系統的水槽溫度也會與這溫度持平，這時通風系統的制冷效果也將大打折扣。其次，在水槽內的水溫持續升高的情況下，水槽內極易滋生各種有害細菌，當通風系統啟動以后，這些細菌將直接被帶到空氣當中，進而給機房內的空氣造成嚴重污染。此外，對于水質較硬的地區而言，在長時間高溫熏蒸的情況下，水槽、進水管等關鍵部位會積累大量的堿垢，若不及時予以清理，則通風系統的水幕將出現嚴重的堵塞現象。因此，該機房的通風系統在多重因素的制約和影響下，降溫制冷效果顯著下降，這使機房內的大功率短波設備的使用壽命大幅縮減。

２ 系統改造的可行性評估

該機房內現有１１ 臺功率為１００ ｋＷ 的短波發射機，若１１ 臺短波發射機同時啟動、運行，則機房內的最高室溫將達到３５℃以上。在通風系統未改造前，機房內的通風系統以風機強制補風為主，這種強制性的通風降溫方式，將會影響機房內部空氣的流動性，造成機房兩端溫度低、中間溫度高的情況，嚴重影響其降溫制冷效果。因此，在對通風系統進行改造前，技術人員需要計算出大功率短波發射機的發熱量，并根據計算結果對補風機的制冷效果進行分析和評估，進而制定一套針對性的系統改造方案。

２．１ 產熱量與冷卻方式分析

該機房中的１１ 臺大功率短波發射機在運行過程中，其產生熱量的主要部位是調制變壓器、內置電子管、射頻機箱內的真空電容以及設備的其他部位。這些部位的散熱冷卻方式為：調制變壓器溫度變化區間較小，較少出現高溫高熱的情況，因此該部位的冷卻方式通常以自然冷卻為主，通過與室內環境溫度的平衡來實現降溫的目的，這種冷卻方法可以使調制變壓器的內部溫度快速下降到正常的溫度區域。

電子管主要采用蒸發冷卻的方式，達到降低管體溫度的目的，其中，高末調載電容采用水冷降溫方式，而其他真空電容則采用強制風冷的降溫方式。設備的其余部位主要依靠送風系統的強制冷風來達到降溫的目的。由于短波發射機內部組件的熱量散失在很大程度上依賴設備所處的環境溫度，因此當環境溫度太高時，設備產生的總熱量也會大幅上升，而當環境溫度過低時，設備內部各組件的熱量散失速度就會加快，由此可以看出，機房內部溫度的變化直接影響著發射機的總熱量值。

以水洗風房為例，當夏季來臨時，水洗風房內的溫度多在１５℃ ～２０℃之間，這時，若通過送風的方式，向發射機所處的機房內輸送冷風，則機房的環境溫度也將快速下降，這使得發射機各部位產生的熱量大幅度減少［２］ 。

２．２ 熱量估算

大功率短波發射機的輸出功率為１００ ｋＷ，輸入功率為１４２．８５ ｋＷ，這說明發射機的整機功率只占據總輸入功率的７０％，因此，每一臺短波發射機有４２．８５ ｋＷ的功率屬于附屬功率，若將冷凝區風機、主風機以及２ 個調制器風機的１０ ｋＷ 功率去掉，則只有３２．８５ ｋＷ 的功率轉化為熱量。若發射機設備的屏極效率為８６％，則屏極耗散功率可以直接通過１００÷８６％×１４％的算式計算出來，計算結果為１６．２８ ｋＷ，屏極耗散功率產生的熱量可以通過水冷的方式進行冷卻。

此時，技術人員可以直接計算出每臺發射機每小時產生的熱量值，即３２．８５ ｋＷ×３ ６００ ｓ＝ １１８ ２６０ ｋＪ，若去掉水冷方式吸收的熱量７２ ０００ ｋＪ，剩余的４３ ２００ ｋＪ的熱量則通過風冷與自然冷卻的方法進行冷卻。從這一估算值可以看出，對大功率短波機房通風系統進行改造的關鍵是如何處理４３ ２００ ｋＪ 的熱量，從而使短波發射機達到快速冷卻的目的。

２．３ 補風機冷卻效果的可行性分析

相較于熱空氣，冷空氣的自重較大，以至于在機房內部，冷空氣始終集中在短波發射機周圍，從而導致機房環境溫度無法降低。因此，在對大功率短波機房通風系統進行改造之前，需要對加裝補風風機的冷卻效果的可行性進行系統分析。若在機房內加裝２個補風風機，經過計算，每小時的補風量在２９ ７１０ ｍ３左右，這些風量能否滿足機房內部的制冷需求，則需要根據Ｑ ＝ １．２１２ Ｌ（ｔ１ －ｔ２）的計算式來求出機房內部的顯熱負荷。式中，Ｑ 代表機房內的顯熱負荷，單位為ｋＷ；Ｌ 代表補風機的送風量，單位為ｍ３ ／ ｓ；ｔ１ 代表機房內的空氣溫度；ｔ２ 則代表送風溫度。若已知機房內顯熱負荷為７２ ｋＷ，送風溫度為室溫２０℃，補風機的送風量為２９ ７１０／３ ６００ ＝ ８．２５ ｍ３ ／ ｓ，則可以快速求出機房內能夠始終維持的最低溫度為２７．２℃。而在夏季來臨時，室內溫度能夠一直保持在３０℃以下，則說明機房內的環境溫度能夠滿足１１ 臺大功率短波發射機的正常運轉需求，這對延長發射機的使用壽命將起到積極的輔助作用。

３ 系統的改造方案

３．１ 通風系統改造遵循的基本原則

空調是大功率短波機房中重要的熱量交換裝置，在該機房中，功率為１５２ ｋＷ 的空調主要扮演著換氣、通風、制冷的角色，但是僅僅依靠空調的熱量交換性能，無法實現良好的通風、降溫效果。尤其是對大功率短波發射機而言，運行過程中的產熱部位較多，一旦出現熱量堆積的情況，機房的環境溫度則無法滿足標準要求。當然其中也包括一些外界因素的影響，如機房外的氣溫偏高或者偏低等。

一旦到了夏天，隨著外界氣溫的升高，機房內的環境溫度無法達到室溫標準，空調的制冷效果也將大打折扣。在冬季來臨后，由于空調使用頻率升高，以至于進風口的潔凈度會受到嚴重影響，若出現進風口堵塞的情況，空調的溫度調控將無法達到預期效果。

因此，在對通風系統進行改造時，技術人員首先需要遵循合理換氣的原則，即確保空調進風口潔凈度的同時，加強機房內的冷卻和散熱效果。

目前，絕大部分大功率短波機房都采取水洗通風的冷卻散熱方式，該方式不受環境因素的影響，且冷卻效果也顯著提高。其制冷的基本原理為：當機房外的自然空氣經過粗濾后，在風機的作用下，自然空氣被強制性通過水幕，經過水幕處理之后的空氣，其潔凈度明顯改善，這時機房內獲得了較為新鮮的空氣，從而實現了通風降溫的目的。

此外，水洗通風系統還能進一步提高人體的舒適度，并且在后續維修保養的過程中，能夠節省大量的時間與成本，因此這種既經濟又高效兼備的制冷方式，在大功率短波機房中得到了廣泛應用。

３．２ 進風系統改造要點分析

基于對該機房通風系統使用性能的考慮，在對進風系統進行改造時，技術人員應當考慮季節性的系統使用問題，尤其是當冬季來臨時，如何處理好設備區與辦公區的供暖問題顯得尤為重要。首先，應當在主機房內增設一個散熱器熱風的回送通道，設置這一通道的目的是將后置的變頻風機轉換為前置的變頻風機，同時，為了保證空氣的潔凈度，還應在變頻風機上安裝紫外線殺菌燈，當風機啟動后，紫外線殺菌燈能夠快速殺滅機房內細菌的微生物，從而大幅降低了空調進風口的堵塞概率。

其次，當通風系統開始運轉后，室外風與短波發射機的散熱風混合在一起，二者經過一次升溫，再通過地下水形成的溫度為１５℃的水幕進行加濕處理，然后室外風與短波發射機的散熱風經過二次升溫，使混合風的溫度保持在１０℃左右。通過該種改造方法，一部分冷風可以在風機的作用下進入機房的設備區，使設備區的環境溫度快速下降，而另一部分冷風則通過二次升溫被直接輸送到辦公區，經過升溫處理的混合風能夠快速達到室溫的標準，從而可以作為辦公區的供暖源［３］ 。

３．３ 水洗系統的改造要點分析

大功率短波機房通風系統的水洗裝置在長期的高溫熏蒸下，水槽、進水管等關鍵部位便會出現大量的堿垢，隨著堿垢的不斷累積，水洗系統的水幕很容易被堵塞，從而影響制冷效果。為了切實解決這一問題，技術人員在對水洗系統進行改造時，可以在機房內增設一個水窖，水窖容積以２５０ ｍ３ 為宜，水窖水面距離地面的高度在２．５ ｍ 左右。其次，在地下１ ｍ 的位置，通過直埋的方式，將上水與回水管道埋入地下，使管道與消防水窖形成一個封閉和循環水路，這種改造方式可以利用變頻水泵的驅動作用，將水窖中的水直接傳送給風機。這種經過循環處理的冷水的水溫一般在１５℃左右，并且水溫會始終維持在１５℃上下，變化幅度較小，最為關鍵的是，地下水長年背光，不會與地表以上的空氣環境接觸，這就避免了水體污染現象的發生，進水管路發生堵塞的概率也將大幅下降。

３．４ 管道電控系統的改造要點分析

管道電控系統是為大功率短波機房通風系統提供驅動力的重要裝置，以往通風系統的管道控制裝置通常需要人工操作的方法，來實現對溫度的調節與控制，從而達到改變進風量的目的，這種控制方法不僅容易出現誤操作，并且進風量的控制效果也不太理想。

因此，為了便于控制、維護以及管理，在對管道電控系統進行改造時，技術人員可以在水洗系統的進風風道口的位置加裝溫度傳感器以及ＰＬＣ 輔助控制器，由于溫度傳感器能夠精準地識別環境溫度，而且ＰＬＣ輔助控制器可以根據系統識別的數據對溫度進行自動調整與智能化控制， 這種改造方法既節省了大量的人力資源成本，又大幅降低了誤操作的概率。

４ 結束語

從大功率短波機房通風系統的改造方案可以看出，通風系統的降溫冷卻方式與機房設備、辦公區的環境溫度存在必然聯系，尤其對水洗通風系統來說，若系統的各方面性能得到有效改善，則其制冷、通風與供暖效果也將更加明顯。因此，在技術人員對通風系統進行改造之前，技術人員必須做好充分的前期準備工作，并針對通風系統的進風裝置、排風裝置、水洗裝置以及電控系統，制定一套針對性強、可行性高、實效性好的改造方案，一方面可以通過對系統的升級與改造，來提高系統的穩定性，以達到預期的通風、制冷效果。另一方面，可以通過技術性改造，節省大量的后期維護成本，而且短波發射機的使用壽命也將大幅延長。

參考文獻：

［１］ 王蕓．大功率短波發射機房常用抗高頻技術及案例分析［Ｊ］．電子制作，２０１９（１３）：４７?４８．

［２］ 呂斌．大功率短波發射機房環境智能監控系統的設計與應用［Ｊ］．數字技術與應用，２０１８，３６（２）：１５５?１５６．

［３］ 嚴航明．基于云的短波發射機機房中央空調自動控制系統的設計與實現［Ｊ］．電腦知識與技術，２０１６，１２（２５）：２１６?２１７．

作者簡介：張志明（ １９７３—）， 本科， 工程師， 研究方向： 電子信息工程。