500kW大功率发射机机房大厅环境温度智能控制系统设计与实现

李毅

（国家新闻出版广电总局594台，陕西 咸阳712000）

1 机房大厅现状

本发射台地处陕西关中地区，夏季气温高，且高温天气持续时间长，室外温度可达41摄氏度，地面温度可达60摄氏度。高温天气使得机房进风温度很高，而发射机本身的散热量又很大，从而导致机房大厅温度可达38摄氏度，即便是在所有空调全开的情况下大厅内环境温度也高达36摄氏度。在这种高温环境下，发射机工作稳定性明显下降，特别是对于发射机控制系统的影响尤为巨大，严重影响安全播音工作顺利进行。再加之机房大厅朝向为正西、正东，而北方多浮沉、扬沙天气，机房大厅内极易进入大量灰尘，容易引起发射机打火和元器件趴电，不仅导致元器件寿命缩短，而且大大增加了维护工作量。

2 系统设计与实现

2.1 解决的办法

解决我台机房大厅环境问题，必须从降温、除尘、智能控制三个方面入手，才能予以彻底解决。同时要本着节约的原则，在保证有明显效果的前提下，力争达到节约资源、一次性投入少、运行费用低；系统具有自诊断告警功能，减少人员工作量；设计时要考虑系统冗余，制冷风量要有一定的余量，保证在极端情况下系统也能正常工作；同时要考虑系统改造后哪些地方容易出现问题，加强维护保养。故对机房做如下相应改造：

●机房大厅增设4台100kW大功率恒温恒湿冷冻水型机房精密空调，控制室内温湿度并加速室内空气循环达到30次/h。

●精密空调室外制冷主机采用高效率热交换的风冷模块机组，运行稳定可靠，整机制冷效率较高。

●在大厅内架设风管，将4台100kW大功率冷冻水型机房精密空调出风口并管并延伸至机房各个要道，多点定点矩阵化送风，避免局部热岛效应。

●建立分支风管与PSM设备已建立的冷却系统对接，利用现有的单点设备冷却系统风道辅助对设备进行降温以减少设备向室内空间逸散的热量。

●将甲机房大厅室内全年温度控制在30℃以下，适于设备正常运营环境及人员作业安全；同时将全年最高温度控制在30℃内，无需过度制冷，保证全年最大限度减少能耗。

●不与室外不可控气流交换，机房内洁净度在机组运行状态下每小时室内空气被完全过滤30遍，机房内将越运行越洁净（运维人员适度进出），同时减轻运维人员运维成本。

2.2 系统设计的测算依据及说明

目前需改造的甲机房大厅面积525平方左右，机房内布4台TSW2500型500kW短波发射机，由于设备发热过大，故对每台发射机做单点降温处理。预计单台发射机外溢至室内空间中的热能约为50kW，共计4部，致使机房目前室温较高，全年冬季室内平均达到27摄氏度，夏季室内气温最高达40摄氏度，严重影响设备寿命、设备使用环境的安全可靠性并且夏季超出人员作业的可承受环境温度，估测降温需提供制冷量计算如下：

2.2.1 对于制冷量需求的测算

单台设备热负荷*台数+环境热负荷*面积=需要的制冷量(kW)

即：50kW*4+15m*35m*0.14kW/m2=273.5kW（备注：0.12—0.18kW/m2为机房环境热负荷的估算范围，由于我台机房空间较大，设备密度较小，单机功率过大，故按照热密度0.14kW/m2估值。）

补充说明：机房层高6米，3米以上的空间气温对人员及设备影响较小，所以不需过多考虑对3米以上空间正常气温的处理。

2.2.2 对于换气次数需求的测算

甲机房打厅内空气体积：35*15*6=3150m3，依照机房建设标准，机房内每小时换气应保证20-30次，即2-3分钟一次。故需求量为3150*20~30=63000~94500m3/h

2.2.3 热负荷估算原则

表1 热负荷估算表

2.2.4 负荷特点

现阶段设备的集成度越来越高，精密性也越来越高，使得机房的负荷特点更加显著地表现为：机房设备散热量的95%是湿热，热负荷大、湿负荷小、热湿比极大。单位体积发热量越来越大。在这种情况下，空气处理可近似作为一个等湿降温过程。在这种情况下的焓差小，要消除余热必然是大风量。此外，因为设备24小时不间断运行，所以需要空调系统一年四季不间断地运行。

●余热量大：机房内95%以上的热量来自设备；

●余湿量小：机房内潜热量来自人体出汗蒸发以及新风含湿量，由于人员较少且新风是经过热交换后进入机房，余湿量很小；

●循环风量大：需要较大的风量来解决机房内散热；

●焓差小：由于室内温湿度允许变化率较小，所以焓差小；

●热负荷大，冬季仍需制冷。

机房专用空调正是依据上述特点研制开发而成的，显热比可达到90%以上，并可通过中央控制器调节温度及相对湿度，温度精度可控制在±1℃，相对湿度可控制在±5%，充分保障使用功能，并达到节能目的。

2.3 系统设计与实现

2.3.1 设备及风管布局图如图1

●增设4台100kW大功率恒温恒湿冷冻水型机房精密空调，控制室内温湿度并加速室内空气循环达到30次/h。

●精密空调室外制冷主机采用高效率热交换的风冷模块机组，运行稳定可靠，整机制冷效率较高。

●建立风管将4台100kW大功率冷冻水型机房精密空调出风口并管并延伸至机房各个要道，多点定点矩阵化送风，避免局部热岛效应。

●建立分支风管与PSM设备已建立的冷却系统对接，利用现有的单点设备冷却系统风道辅助对设备进行降温以减少设备向室内空间逸散的热量。

图1 设备及风管布局图

图2 气流循环方式

精密空调回风口带温湿度探头，如果回风口（即混合气流）测定温度达到所限定的温度标准，机组停止制冷，仅风机运作带动气流循环，极为节能。

2.3.3 动力与环境监控拓扑图

机组标配:RS485接口及232接口，可以方便接入常规通用的监控系统中，也可直接选择BMS所使用的楼宇协议（如MODBUS等)，便于监管机房运行情况。

●名义工况：进/出水温度7℃/12℃

●参考工况：进/出水温度10℃/15℃

●参考工况：进/出水温度12℃/18℃

●G4标准空气过滤网

●声级测试在距机组1m开阔地带

图3 拓扑空间图

2.3.4 技术特点

●大风量、小焓差、高显热比专业设计。

●蒸发器采用亲水铝箔，高效内螺纹管设计，耐腐蚀、长寿命、高效率。

●电极式加湿器，避免干烧的危险，能快速产生纯净蒸汽，具有自动清洗功能，检修时不停机。

●智能除湿保证除湿速度快、精度高。

●风机选用后倾无壳式第三代高效EC风机以达到节能的要求。

●金属框架G4标准过滤器，过滤效率高达90%，确保机房洁净要求，可反复清洗降低运行成本。

●机组全正面维护设计，不受安装环境限制，维护更方便。

●高品质制冷配件确保机组在各种条件下稳定运行，寿命10年以上。

●智能控制器融合完善控制逻辑、实现多重保护。

●大屏幕4行*30列LCD液晶全中文图形显示，机组运行状态、温湿度曲线、报警记录等。

●提供500条历史告警记录。

●群组控制，实现备份、轮巡、层叠、避免竞争运行功能。

●远程监控，提供RS485、MODBUS、SUNRISE-PLUS、TCP/IP监控方式。

2.3.5 方案特点

●能完全满足降温需求及室内风循环换气需求。

●不与室外气流交换，机房内洁净度在机组运行状态下每小时室内空气完全过滤24遍，机房内将越运行越洁净，同时减轻运维人员换洗过滤网的工作量。

●机组可方便接入各种通用监控系统，便于运营管理。

●可随意设定机组温度，例如设定至30度，那么机组在30度以下将停止制冷，只有风机运转保持室内空气流通，高效节能。

●机组设计使用寿命15年，运行稳定性高，运维成本很低。

●对机房外观及内部主体构造没有任何改动。

3 总结

项目改造完后能保证在现有机房主体结构不被破坏的前提下，将机房大厅室内全年温度控制在30℃以下，适于设备正常运营环境及人员作业安全；同时将全年最高温度控制在30℃内，无需过度制冷，保证全年最大限度减少能耗在夏季能有效将整个大厅温度控制在25°～30°之间，同时在机房大厅形成正压，避免灰尘进入，保证室内空气的洁净度。后期空调设备可接入通用监控系统，可做相应的动环监控或消防联动。

通过该系统的降温、除尘可以延长发射机各元器件的老化时间，特别对控制系统各板卡、工控机和真空元器件的使用寿命均有很大提高，可为国家节约大量资金。

［1］GB50174-2008电子计算机机房设计规范[S].7-8,10-11.

［2］GB/T2887-2000电子计算机场地通用规范[S].

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

［4］GB/T 19413-2010计算机和数据处理机房用单元式空气调节机设计标准[S].

［5］朱思洪,主编.机电一体化技术[M].中国农业出版社,2004.

［6］夏德钤,翁贻方,编.自动控制理论[M].机械工业出版社,2007,2.