大功率短波机房通风系统的改造

摘要：短波主要是指频率介于3 MHz-30 MHz之间的一种无线电波，目前在我国的电话通信以及广播行业大功率短波通信中得到广泛的普及和应用。由于大功率短波发射机耗电量大、产生热量高、高温持续时间长，因此时机房通风系统的通风散热性能提出了更高的要求，尤其对使用年限较长的通风系统来说．若不及时予以改造和更新，则不仅会缩短系统的使用寿命，甚至会导致系统瘫痪．进而使短波发射机等设备严重受损。基于此，文章以容纳400台大功率短波发射机的机房为例，时机房通风系统的改造方案予以全面阐述，通过改造方案验证改造以后的通风系统是否满足大功率短波发射机的运行和使用要求。

关键词：大功率；短波机房；通风系统；改造方案

中图法分类号：TN838 文献标识码：A

该机房可以同时容纳４００ 台以上的大功率短波发射机，机房建筑面积为２ ５４７ ｍ２，设备占用区的使用面积为１ ６５２ ｍ２，办公区的使用面积为８９５ ｍ２，机房内现装有１１ 台１００ ｋＷ 的短波发射机，并配备了一台１４０ ｋＷ 的电锅炉，专门用于室内取暖，以及一台１５２ ｋＷ的空调，专门用于室内降温。该机房的建造时间为２０１５ 年，距今已有近８ 年的时间。因此，机房内原有的通风系统的降温除尘效果明显下降，尤其在室外温度达到５℃以下时，该系统已经无法形成水幕，这给系统的正常使用造成了严重影响。为了增强和改善通风降温效果，亟须对该系统进行技术性改造。

１ 系统存在的主要问题

１．１ 耗电量大

该大功率短波机房中通风系统所使用的风机功率较大，其中，冷凝器主要使用０．７５ ｋＷ 和３ ｋＷ 的轴流风机，其作用是辅助排风散热。在风机运行过程中，整个机体将消耗大量的电力能源。此外，该系统还配备了水洗风机组，在冬季到来时，由于室外气温较低，使得水洗风机组无法正常运行，在这种情况下，机房内部将处于负压状态，机房内的热量损耗率急剧上升，为了降低热量损耗量，需要启动功率为１４０ ｋＷ的电供暖锅炉，并且锅炉将始终处于满负荷运行状态，无形中增加了电力能源的损耗量。

１．２ 设备稳定性下降

由于该机房内的大功率短波发射机运行年限过长，且设备始终处于持续运转状态，使得冷凝系统的水温远远超出执行标准，在水温持续升高的情况下，发射机及相关辅助设备的运行稳定性将受到严重影响，若长期处于这种危险的运行状态，则设备发生故障的概率也将大幅上升。

另外，一旦短波发射机的机体或者内部结构遭到破坏，仅后期的维护成本便是一笔不小的开销，并且不同原因所导致的故障，其维修难度也有所不同，这无形中便会影响短波发射机的运行效果，也会给发射机的所属单位造成巨大的经济损失。因此，考虑到运行经济性与安全性，大功率短波机房的通风系统势必要进行全面升级与改造，以确保短波发射机能够始终在一个温度适宜、空气洁净的环境下正常运转［１］ 。

１．３ 降温制冷效果显著下降

在夏季来临时，我国绝大多数地区的平均温度都在３０℃以上，而该机房中的水洗通風系统的水槽温度也会与这温度持平，这时通风系统的制冷效果也将大打折扣。其次，在水槽内的水温持续升高的情况下，水槽内极易滋生各种有害细菌，当通风系统启动以后，这些细菌将直接被带到空气当中，进而给机房内的空气造成严重污染。此外，对于水质较硬的地区而言，在长时间高温熏蒸的情况下，水槽、进水管等关键部位会积累大量的碱垢，若不及时予以清理，则通风系统的水幕将出现严重的堵塞现象。因此，该机房的通风系统在多重因素的制约和影响下，降温制冷效果显著下降，这使机房内的大功率短波设备的使用寿命大幅缩减。

２ 系统改造的可行性评估

该机房内现有１１ 台功率为１００ ｋＷ 的短波发射机，若１１ 台短波发射机同时启动、运行，则机房内的最高室温将达到３５℃以上。在通风系统未改造前，机房内的通风系统以风机强制补风为主，这种强制性的通风降温方式，将会影响机房内部空气的流动性，造成机房两端温度低、中间温度高的情况，严重影响其降温制冷效果。因此，在对通风系统进行改造前，技术人员需要计算出大功率短波发射机的发热量，并根据计算结果对补风机的制冷效果进行分析和评估，进而制定一套针对性的系统改造方案。

２．１ 产热量与冷却方式分析

该机房中的１１ 台大功率短波发射机在运行过程中，其产生热量的主要部位是调制变压器、内置电子管、射频机箱内的真空电容以及设备的其他部位。这些部位的散热冷却方式为：调制变压器温度变化区间较小，较少出现高温高热的情况，因此该部位的冷却方式通常以自然冷却为主，通过与室内环境温度的平衡来实现降温的目的，这种冷却方法可以使调制变压器的内部温度快速下降到正常的温度区域。

电子管主要采用蒸发冷却的方式，达到降低管体温度的目的，其中，高末调载电容采用水冷降温方式，而其他真空电容则采用强制风冷的降温方式。设备的其余部位主要依靠送风系统的强制冷风来达到降温的目的。由于短波发射机内部组件的热量散失在很大程度上依赖设备所处的环境温度，因此当环境温度太高时，设备产生的总热量也会大幅上升，而当环境温度过低时，设备内部各组件的热量散失速度就会加快，由此可以看出，机房内部温度的变化直接影响着发射机的总热量值。

以水洗风房为例，当夏季来临时，水洗风房内的温度多在１５℃ ～２０℃之间，这时，若通过送风的方式，向发射机所处的机房内输送冷风，则机房的环境温度也将快速下降，这使得发射机各部位产生的热量大幅度减少［２］ 。

２．２ 热量估算

大功率短波发射机的输出功率为１００ ｋＷ，输入功率为１４２．８５ ｋＷ，这说明发射机的整机功率只占据总输入功率的７０％，因此，每一台短波发射机有４２．８５ ｋＷ的功率属于附属功率，若将冷凝区风机、主风机以及２ 个调制器风机的１０ ｋＷ 功率去掉，则只有３２．８５ ｋＷ 的功率转化为热量。若发射机设备的屏极效率为８６％，则屏极耗散功率可以直接通过１００÷８６％×１４％的算式计算出来，计算结果为１６．２８ ｋＷ，屏极耗散功率产生的热量可以通过水冷的方式进行冷却。

此时，技术人员可以直接计算出每台发射机每小时产生的热量值，即３２．８５ ｋＷ×３ ６００ ｓ＝ １１８ ２６０ ｋＪ，若去掉水冷方式吸收的热量７２ ０００ ｋＪ，剩余的４３ ２００ ｋＪ的热量则通过风冷与自然冷却的方法进行冷却。从这一估算值可以看出，对大功率短波机房通风系统进行改造的关键是如何处理４３ ２００ ｋＪ 的热量，从而使短波发射机达到快速冷却的目的。

２．３ 补风机冷却效果的可行性分析

相较于热空气，冷空气的自重较大，以至于在机房内部，冷空气始终集中在短波发射机周围，从而导致机房环境温度无法降低。因此，在对大功率短波机房通风系统进行改造之前，需要对加装补风风机的冷却效果的可行性进行系统分析。若在机房内加装２个补风风机，经过计算，每小时的补风量在２９ ７１０ ｍ３左右，这些风量能否满足机房内部的制冷需求，则需要根据Ｑ ＝ １．２１２ Ｌ（ｔ１ －ｔ２）的计算式来求出机房内部的显热负荷。式中，Ｑ 代表机房内的显热负荷，单位为ｋＷ；Ｌ 代表補风机的送风量，单位为ｍ３ ／ ｓ；ｔ１ 代表机房内的空气温度；ｔ２ 则代表送风温度。若已知机房内显热负荷为７２ ｋＷ，送风温度为室温２０℃，补风机的送风量为２９ ７１０／３ ６００ ＝ ８．２５ ｍ３ ／ ｓ，则可以快速求出机房内能够始终维持的最低温度为２７．２℃。而在夏季来临时，室内温度能够一直保持在３０℃以下，则说明机房内的环境温度能够满足１１ 台大功率短波发射机的正常运转需求，这对延长发射机的使用寿命将起到积极的辅助作用。

３ 系统的改造方案

３．１ 通风系统改造遵循的基本原则

空调是大功率短波机房中重要的热量交换装置，在该机房中，功率为１５２ ｋＷ 的空调主要扮演着换气、通风、制冷的角色，但是仅仅依靠空调的热量交换性能，无法实现良好的通风、降温效果。尤其是对大功率短波发射机而言，运行过程中的产热部位较多，一旦出现热量堆积的情况，机房的环境温度则无法满足标准要求。当然其中也包括一些外界因素的影响，如机房外的气温偏高或者偏低等。

一旦到了夏天，随着外界气温的升高，机房内的环境温度无法达到室温标准，空调的制冷效果也将大打折扣。在冬季来临后，由于空调使用频率升高，以至于进风口的洁净度会受到严重影响，若出现进风口堵塞的情况，空调的温度调控将无法达到预期效果。

因此，在对通风系统进行改造时，技术人员首先需要遵循合理换气的原则，即确保空调进风口洁净度的同时，加强机房内的冷却和散热效果。

目前，绝大部分大功率短波机房都采取水洗通风的冷却散热方式，该方式不受环境因素的影响，且冷却效果也显著提高。其制冷的基本原理为：当机房外的自然空气经过粗滤后，在风机的作用下，自然空气被强制性通过水幕，经过水幕处理之后的空气，其洁净度明显改善，这时机房内获得了较为新鲜的空气，从而实现了通风降温的目的。

此外，水洗通风系统还能进一步提高人体的舒适度，并且在后续维修保养的过程中，能够节省大量的时间与成本，因此这种既经济又高效兼备的制冷方式，在大功率短波机房中得到了广泛应用。

３．２ 进风系统改造要点分析

基于对该机房通风系统使用性能的考虑，在对进风系统进行改造时，技术人员应当考虑季节性的系统使用问题，尤其是当冬季来临时，如何处理好设备区与办公区的供暖问题显得尤为重要。首先，应当在主机房内增设一个散热器热风的回送通道，设置这一通道的目的是将后置的变频风机转换为前置的变频风机，同时，为了保证空气的洁净度，还应在变频风机上安装紫外线杀菌灯，当风机启动后，紫外线杀菌灯能够快速杀灭机房内细菌的微生物，从而大幅降低了空调进风口的堵塞概率。

其次，当通风系统开始运转后，室外风与短波发射机的散热风混合在一起，二者经过一次升温，再通过地下水形成的温度为１５℃的水幕进行加湿处理，然后室外风与短波发射机的散热风经过二次升温，使混合风的温度保持在１０℃左右。通过该种改造方法，一部分冷风可以在风机的作用下进入机房的设备区，使设备区的环境温度快速下降，而另一部分冷风则通过二次升温被直接输送到办公区，经过升温处理的混合风能够快速达到室温的标准，从而可以作为办公区的供暖源［３］ 。

３．３ 水洗系统的改造要点分析

大功率短波机房通风系统的水洗装置在长期的高温熏蒸下，水槽、进水管等关键部位便会出现大量的碱垢，随着碱垢的不断累积，水洗系统的水幕很容易被堵塞，从而影响制冷效果。为了切实解决这一问题，技术人员在对水洗系统进行改造时，可以在机房内增设一个水窖，水窖容积以２５０ ｍ３ 为宜，水窖水面距离地面的高度在２．５ ｍ 左右。其次，在地下１ ｍ 的位置，通过直埋的方式，将上水与回水管道埋入地下，使管道与消防水窖形成一个封闭和循环水路，这种改造方式可以利用变频水泵的驱动作用，将水窖中的水直接传送给风机。这种经过循环处理的冷水的水温一般在１５℃左右，并且水温会始终维持在１５℃上下，变化幅度较小，最为关键的是，地下水长年背光，不会与地表以上的空气环境接触，这就避免了水体污染现象的发生，进水管路发生堵塞的概率也将大幅下降。

３．４ 管道电控系统的改造要点分析

管道电控系统是为大功率短波机房通风系统提供驱动力的重要装置，以往通风系统的管道控制装置通常需要人工操作的方法，来实现对温度的调节与控制，从而达到改变进风量的目的，这种控制方法不仅容易出现误操作，并且进风量的控制效果也不太理想。

因此，为了便于控制、维护以及管理，在对管道电控系统进行改造时，技术人员可以在水洗系统的进风风道口的位置加装温度传感器以及ＰＬＣ 辅助控制器，由于温度传感器能够精准地识别环境温度，而且ＰＬＣ辅助控制器可以根据系统识别的数据对温度进行自动调整与智能化控制， 这种改造方法既节省了大量的人力资源成本，又大幅降低了误操作的概率。

４ 结束语

从大功率短波机房通风系统的改造方案可以看出，通风系统的降温冷却方式与机房设备、办公区的环境温度存在必然联系，尤其对水洗通风系统来说，若系统的各方面性能得到有效改善，则其制冷、通风与供暖效果也将更加明显。因此，在技术人员对通风系统进行改造之前，技术人员必须做好充分的前期准备工作，并针对通风系统的进风装置、排风装置、水洗装置以及电控系统，制定一套针对性强、可行性高、实效性好的改造方案，一方面可以通过对系统的升级与改造，来提高系统的稳定性，以达到预期的通风、制冷效果。另一方面，可以通过技术性改造，节省大量的后期维护成本，而且短波发射机的使用寿命也将大幅延长。

参考文献：

［１］ 王芸．大功率短波发射机房常用抗高频技术及案例分析［Ｊ］．电子制作，２０１９（１３）：４７?４８．

［２］ 吕斌．大功率短波发射机房环境智能监控系统的设计与应用［Ｊ］．数字技术与应用，２０１８，３６（２）：１５５?１５６．

［３］ 严航明．基于云的短波发射机机房中央空调自动控制系统的设计与实现［Ｊ］．电脑知识与技术，２０１６，１２（２５）：２１６?２１７．

作者简介：张志明（ １９７３—）， 本科， 工程师， 研究方向： 电子信息工程。