秦同彬

摘 要：南京廣電集團老鷹山發(fā)射臺，經(jīng)過08年的建設后，已經(jīng)成為中央人民廣播電臺村村通工程華東發(fā)射站點，服務著華東地區(qū)千萬觀眾，是中央人民廣播電臺在華東地區(qū)最為重要的站點。經(jīng)過10年的發(fā)展，隨著發(fā)射設備的日益增多，功能的逐漸增加，機房空調(diào)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(fā)射臺機房制冷系統(tǒng)進行標準化改造。經(jīng)過標準化改造后的老鷹山發(fā)射臺機房完全滿足國家A級機房要求，為廣播電視事業(yè)的進一步發(fā)展保駕護航。

關鍵詞：機房；發(fā)射機；制冷；空調(diào)；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(xiàn)狀

目前，老鷹山發(fā)射臺制冷系統(tǒng)采用了2臺10匹的工業(yè)空調(diào)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(fā)射機內(nèi)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(diào)。目前臺站計劃增加2部10KW發(fā)射機，機房空調(diào)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(yè)用空調(diào)故障率也較高，為了保證老鷹山發(fā)射臺的正常運轉(zhuǎn)，急需進行空調(diào)系統(tǒng)改造。

2 改造目標

2.1 國標A級機房對環(huán)境的要求和機房實際冷負荷

根據(jù)國家數(shù)據(jù)機房設計規(guī)范GB50174-2017要求，機房環(huán)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(jù)實際情況，采用合理的制冷方案。機房空調(diào)系統(tǒng)的冷負荷主要是提供給發(fā)射機設備的散熱。發(fā)射機發(fā)熱量大（耗電量的90%以上都轉(zhuǎn)化為熱量），熱密度高，需要全年制冷，因此機房的空調(diào)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(nèi)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(chǎn)生的各種的潛熱。

2.2 機房制冷量的計算

根據(jù)老鷹山發(fā)射臺空調(diào)系統(tǒng)標準化要求，機房制冷量的計算將根據(jù)國家頒布的機房相關標準規(guī)范進行估算，因此以《數(shù)據(jù)中心機房設計規(guī)范》（GB50174-2017）、《采曖通風與空氣調(diào)節(jié)設計規(guī)范》（GB50019-2003）中相關規(guī)定作為標準依據(jù)。室外氣象參數(shù)為：夏季空調(diào)干球溫度，夏季空調(diào)濕球溫度，冬季空調(diào)干球溫度，冬季空調(diào)相對濕度。

2.2.1 機房熱量的來源

按照空調(diào)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(nèi)部使用設備本身和輔助設備的熱負荷；（2）機房內(nèi)部照明設施的發(fā)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(nèi)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(nèi)所有設備的能耗，η1：同時間運行的系數(shù)；η2：電力使用系數(shù)；η3：調(diào)整均衡系數(shù)。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(nèi)部照明設施的發(fā)熱：Q2=CxPKcal/hP：機房內(nèi)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(jù)《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(jù)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(shù)量P：N為常量，根據(jù)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(nèi)溫為t1，機房外的溫度為t2。F：屋頂?shù)蹴敽偷匕鍩崃總鲗?，一般?.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(diào)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(chǎn)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(diào)選型及改造成果

3.1 空調(diào)類型選擇

由于老鷹山發(fā)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(jié)雷擊嚴重。發(fā)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(fā)射機內(nèi)部的電容器件，當原器件的環(huán)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(fā)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(fā)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(fā)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(chǎn)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(fā)射臺的發(fā)射機內(nèi)的電子元器件的影響是不言而喻的。

由于老鷹山發(fā)射臺的重要性，此次改造擬采用機房專用精密空調(diào)，精密空調(diào)是為機房專門設計的特殊空調(diào)，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(fā)射臺空調(diào)系統(tǒng)全年正常運行。

機房專用精密空調(diào)還有以下優(yōu)點：

（1）老鷹山發(fā)射臺地處高山，山上濕度較高，普通空調(diào)不能精確控制溫度，而專用精密空調(diào)技術優(yōu)點比較明顯，可以調(diào)節(jié)蒸發(fā)器內(nèi)的冷媒壓力，也可以使蒸發(fā)器的表面溫度高于機房內(nèi)凝露點溫度，使機房不容易產(chǎn)生冷凝水，這兩項技術克服了普通空調(diào)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(diào)風速高，風量大，機房內(nèi)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(fā)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(diào)無法正常工作，普通空調(diào)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(diào)無法勝任機房制冷需要，而機房專用精密空調(diào)的室外冷凝器是可以控制的，從而能夠保證精密空調(diào)能在低溫下正常工作。

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

（5）根據(jù)行業(yè)報告，精密空調(diào)的設計壽命相比普通空調(diào)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(diào)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(diào)實際性價比更高。

（6）精密空調(diào)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(diào)整功能，可以滿足山上雷擊時電壓不穩(wěn)，空調(diào)仍然可以平穩(wěn)運行的需要。

3.2 空調(diào)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(jù)機房單位面積來計算冷量的需求，然后根據(jù)總面積計算出冷量需求。

老鷹山發(fā)射臺機房面積200平方左右，根據(jù)上表計算，老鷹山發(fā)射臺冷量需求為75KW～100KW之間，在制冷系統(tǒng)設計中，根據(jù)老鷹山發(fā)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(fā)熱量的最小值，因此我們采用顯冷量為100KW的精密空調(diào)作為選型空調(diào)，采用一主一備兩臺空調(diào)，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(fā)射機房環(huán)境溫度保持在國標規(guī)定的A級機房環(huán)境要求，并符合冗余備份的條件。采用并且由于發(fā)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(diào)熱交換效率大大提高。

經(jīng)過改造后，老鷹山發(fā)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(yè)的發(fā)展提供了堅實的基礎。

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