广播电视发射机房风冷系统设计方案

何强

【摘要】此设计方案是在原有的发射台站风冷系统的基础上进行了大幅改进，主要增加了对机房环境、洁净度的要求，根据参数要求设计了配套的系统，同时采用了一种更高效的送冷方式，以上措施通过采用自动控制系统，最终达到了节能增效、提高设备运行环境指标的目的。

【关键词】发射机房;风冷系统;洁净度;冷凝器;自动控制

中图分类号：TN94                  文献标识码：A                  DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2020.21.014

广播电视发射台站的主要设备是广播电视发射机，由于设备功率大、发热量高，直接空调制冷效果差、能耗高，为降低能耗，优化机房运行成本，一般均采用管道式送排风方式进行降温，工作方式主要是把净化过的室外风送入发射机房，将设备运行产生的热量输送排出机房，降低机房运行温度。送风系统主要包括进风口、空气净化装置、送风风机、送风管道、风量调节阀，排风系统主要包括排风管道、排风风机、排风口、防雨装置。这种系统有很大的局限性，主要表现在：①当室外温度低于室内温度时，送排风系统能够实现给设备降温的效果，但是当室外温度高于室内温度时（比如夏季），就只能通过加装室内空调的方法进行降温。在夏季直接使用空调降温，能耗高，经济性不好。②发射机房产生热量大，需要较大的通风量才能实现风冷降温，这就对进风口空气净化装置提出了较高的要求，如果空气净化装置净化效果不达标，会造成机房粉尘含量大，对发射机运行稳定性和使用寿命造成影响。如果空气净化装置通风量不够，会造成机房降温效果不好，也会形成负压，机房粉尘含量也会加大。③系统缺乏自动控制系统，不能够根据机房降温需要适时调整风机工作状态，造成能源浪费，或者形成负压，机房不能保证洁净度。

为了解决传统进排风制冷系统存在的问题，我們设计了一套新的风冷系统，对原有机房进行了改造，此次风冷系统改造方案主要优点体现在以下几个方面：

①设计方案引入《采暖通风与空气调节设计规范》GBJ19-87标准和《通风与空调工程施工及验收规范》GB50243-2002标准，根据设备运行要求对机房洁净程度提出了具体标准，并根据标准对机房装修、结构、空气净化装置、风机参数等提出了量化指标。②设计方案采用下送风上排风的方式，进风通过地板下空间直接送入发热设备内部，降低空间冷量散失，冷却效果好，效率高，节能减耗。③设计方案采用水冷空调，利用地下水制冷，电能消耗仅相当于普通空调的三分之一。④设计方案将冷凝器直接置于每台设备下部，通过送风系统将冷量送入设备，制冷效率高。⑤设计方案中包含自动控制系统，通过风压传感器、温度传感器、无极调速器、微电脑控制器实现对系统的自动化控制，保证机房正压，并能够根据机房降温的需求适时调节所有进排风风机运行转速，达到节能降耗的目的，也大大节省了空气净化耗材的消耗。⑥空调采用全送全排/送回风切换模式，在保证设备正常运转的同时，最大限度节约运行功率，节约能源。

本次系统改造的发射机房位于海拔260米的山顶，属于典型北温带大陆性气候，冬季寒冷干燥，气温长时间在零上8度到零下10度之间，夏季炎热少雨，气温在30度到40度之间。由于山体植被覆盖差，附近生产活动多，造成常年空气质量差，空气中粉尘含量大，这些环境条件都对机房运行产生不利影响。

本次改造的机房区域中设备运行间共三间，分别为1号机房，发射设备8台，2号机房，发射设备5台，3号机房，发射设备6台。设计洁净间区域总面积280平方米，其中净化送风面积为200平方米，现场吊顶高度3米。整体三十万级净化，温度恒温25摄氏度，相对湿度在50%±15%RH。方案设计要点共包括三部分：

1.设备运行间的结构改造

为了达到降耗节能的要求，设计方案首先从物理结构上对设备运行间进行改造，主要改造要点如下：

①三个设备运行间按照指定位置安装从地到顶的隔墙，划分为运行区和观察区。隔墙材质可选用钢化玻璃或净化专用板材。要求隔墙表面光滑，不起尘，缝隙处采用无味密封胶填充，无死角，无积尘，最终达到气闭隔离的效果。②每道隔墙中间按照指定位置安装一扇检修单门，可选用成品门，也可现场制作，厚度50mm，带不锈钢合页，带观察窗，观察窗尺寸400*300，不锈钢执手锁。要求门体与隔墙整体风格保持一致，不得破坏美感。③隔墙及门体按照要求，选用铝型材或不锈钢配件，表面处理为光面。④机房地面、墙面、房顶均按照防尘要求使用环氧树脂材料处理。⑤所有防静电地板高度提升50cm，预留下送风空间和冷凝器安装空间，注意保证下部空间的密闭性。⑥预留进排风管道进出口、馈线出口、送风夹墙、空调管道进出口。

2. 风冷系统设计要点

2.1 净化空调及风量计算

本项目净化区域要求为30万级标准，标准净化机组即可实现要求。因为机房设备总功率为25kw，且设备需要吸取室内洁净气流降温，根据《暖通空调设计指南》规定，每个洁净空间满足正压要求，所需要风量为3600CMH，运行区设备吸风总量为18500CMH，实现换气8次/h。三个净化区所需总制冷量为4.82万大卡。经计算，本工程配置三台净化机组，第一台、第二台送风量均为21000CMH。第三台送风量为20000CMH，配置制冷机组一台，制冷量为5万大卡。室内降温采用风机盘管降温。每台发射机均需要一一对应一台专用风机盘管，抽取送入室内的洁净气流进行降温，同时将洁净气流经过降温后送至精密设备下部，供设备降温所用。

2.2 制冷系统平面设计图：

2.3 通风管道设计要点

①工程施工前将原有的排风管道拆除一部分，并根据平面设计图要求将发射机排列完毕，再进行设备排风口的改装、连接。每台设备安装独立的排风管道，根据设备排风量管道直径340mm至670mm不等，外部安装防雨罩，内部与设备排风口的连接。管道采用镀锌钢板材质角铁法兰风管，吊装安装，同时在管道外部做好降噪和保温，施工时应特别注意转角和过墙处理。②净化送风机组在室外安装，安装底部采用镀锌钢管制作的底架支撑，安装完毕后，采用风管连接机组，并送至室内。穿越墙体位置需开洞，预埋钢制体过墙套管，开洞完毕需回填、密封、恢复原状。③根据风速要求，本工程所配置风管采用镀锌钢板材质角铁法兰风管。④送风模式为为地下送风。机组连接的风管管道，通过送风竖井，将气流送入室内地下技术夹层内，通过格栅送风地板，将清洁的气流送至设备处，便于设备降温。经过设备循环后的高温气流通过排风管道排出室外，保证室内温度。

3. 自动控制系统设计要点

自动控制系统是整套风冷系统的核心，根据设定的要求和外部环境变化，完成对系统各部分的调度，包括调整风机转速，调整制冷模块工作状态等，保证机房内部环境达到设计要求。其结构主要包括室外＼室内温度传感器、室外＼室内风压传感器、湿度传感器、ECU、排风＼送风风机电子调速器、可编程控制面板等，并连接制冷模块控制总线和空气净化装置，其实现的功能主要如下：

3.1 当室外温度低于设定值时，关闭制冷模块：

①室内温度高于设定值时，同步提高送＼排风风机转速;②室内温度低于设定值时，同步降低送＼排风风机转速。

3.2 当室外温度高于设定值时，打开制冷模块：

①室內温度高于设定值时，同步提高送＼排风风机转速;②室内温度低于设定值时，同步降低送＼排风风机转速。

3.3 实时监控室内外风压差，通过调整送＼排风风机转速，保证风压差达到设定值，保持机房正压。

3.4 接收空气净化装置告警信号，并告警。

自动控制系统原理图如下：

4. 结束语

这套风冷系统的设计还涉及到无尘机房装修，工业金属管道工程施工，通风与空调工程施工，压缩机、风机、泵安装，制冷设备安装和工程施工，后期设备和管道的保温工程，水冷制冷设备的调试要点等等多个方面，涉及的技术要点很多，由于篇幅限制，不再展开。

此次设计引入了制造领域洁净厂房建设的思路、方法、规范和设备，并结合广播电视发射台站实际要求进行设计，实现了广播电视发射台站技术装备的与时俱进。这套风冷系统投入运行，将能够显著提升发射台站机房洁净度，提高设备运行稳定性，使停机率大大下降。同时节能效果显著，特别是在冬季、春季、秋季，即使在夏季也比以前节省四分之一的能耗。同时由于机房不再需要人工除尘，也降低了值机人员的工作量。

参考文献：

[1]廖晨，徐光，杨瑞.电子厂房洁净室暖通空调设计及调试[J].建筑工程技术与设计，2018

[2]王艳华.洁净室空调设计的相关问题探讨[J].城市建设理论研究，2014.

[3]李洪涛.洁净厂房建设安装过程中洁净度控制分析[J].城市建筑，2017.

[4]刘碧昭.洁净厂房中的管道设计与施工[J].大科技，2018.