老鹰山发射台机房空调系统改造

秦同彬

摘 要：南京广电集团老鹰山发射台，经过08年的建设后，已经成为中央人民广播电台村村通工程华东发射站点，服务着华东地区千万观众，是中央人民广播电台在华东地区最为重要的站点。经过10年的发展，随着发射设备的日益增多，功能的逐渐增加，机房空调制冷成为制约机房进一步扩容的瓶颈，为此，需要对老鹰山发射台机房制冷系统进行标准化改造。经过标准化改造后的老鹰山发射台机房完全满足国家A级机房要求，为广播电视事业的进一步发展保驾护航。

关键词：机房；发射机；制冷；空调；气流组织

中图分类号：TU834 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）23-0074-02

1 目前现状

目前，老鹰山发射台制冷系统采用了2台10匹的工业空调柜机作为冷源，一主一备，可提供73.5KW的制冷量，地板上水平出风，由发射机内部风扇强制吸入冷气，强制冷却，未考虑气流组织，并且机房有窗户，在夏季热辐射较高的时候，机房制冷量不足，需要开启备用空调。目前台站计划增加2部10KW發射机，机房空调需要全部开启才能满足制冷需求，无备机可用，而普通的工业用空调故障率也较高，为了保证老鹰山发射台的正常运转，急需进行空调系统改造。

2 改造目标

2.1 国标A级机房对环境的要求和机房实际冷负荷

根据国家数据机房设计规范GB50174-2017要求，机房环境温湿度要求如表1。

因此，对于机房的制冷需求的计算就显得极其重要，只有了解机房实际制冷需求量，才能根据实际情况，采用合理的制冷方案。机房空调系统的冷负荷主要是提供给发射机设备的散热。发射机发热量大（耗电量的90%以上都转化为热量），热密度高，需要全年制冷，因此机房的空调设计着重考虑夏季高温时期的制冷需求。热负荷应包括：机房内设备的散热、建筑围护结构得热、通过外窗进入的太阳辐射热、人体散热、照明装置散热、新风负荷、伴随产生的各种的潜热。

2.2 机房制冷量的计算

根据老鹰山发射台空调系统标准化要求，机房制冷量的计算将根据国家颁布的机房相关标准规范进行估算，因此以《数据中心机房设计规范》（GB50174-2017）、《采暧通风与空气调节设计规范》（GB50019-2003）中相关规定作为标准依据。室外气象参数为：夏季空调干球温度，夏季空调湿球温度，冬季空调干球温度，冬季空调相对湿度。

2.2.1 机房热量的来源

按照空调设计中负荷计算的要求，机房主要热量的来源有以下6种：

（1）机房内部使用设备本身和辅助设备的热负荷；（2）机房内部照明设施的发热；（3）机房建筑物传导的热负荷；（4）为保持机房空气洁净度和正压的新风热负荷；（5）进出机房操作人员人体散热等。（6）其他因素带来的热负荷。

2.2.2 热负荷分析

（1）机房内部使用设备本身和辅助设备的热负荷：Q1=k*P*η1*η2*η3Kcal/h。

Q1：机房设备热负荷，P：机房内所有设备的能耗，η1：同时间运行的系数；η2：电力使用系数；η3：调整均衡系数。η1、η2、η3通常取值在0.6-0.8之间，一般情况下，取0.6，k为常量860。

（2）机房内部照明设施的发热：Q2=CxPKcal/hP：机房内部照明装置额定功率C：每1W输出热量Kcal/h（白炽灯0.86，荧光灯1，LED等0.75），根据《计算站场地技术要求》的国家标准要求，机房照度应大于200流明。其功耗大约为20瓦/平方，以后的计算中，照明功耗将以20瓦/平方为依据计算。

（3）进出机房操作人员人体散热Q3=P*NKcal/hN：正常情况下，进出机房人员的数量P：N为常量，根据不同温度，取值不同，在机房温度为21℃或24℃时取102Kcal。

（4）机房建筑物传导的热负荷Q4=K*F*（t1-t2）Kcal/h，K：建筑物基础结构热传导，一般情况下，普通混凝土为1.4-1.5，整个建筑物结构机房房内温为t1，机房外的温度为t2。F：屋顶吊顶和地板热量传导，一般取0.4。

（5）为保持机房空气洁净度和正压的新风热负荷计算较为复杂，在本次改造中，我们空调足够冗余支持新风热负荷，不另行计算新风热负荷。

（6）其他因素带来的热负荷，除上述会导致机房热负荷外，在工作中使用的各种维护检修设备也会产生热负荷，但是功率与机房设备相比，占比较小，本次改造过程中，暂时可以忽略不计。

3 空调选型及改造成果

3.1 空调类型选择

由于老鹰山发射台地处南京江北老鹰山国家森林公园山顶，气候恶劣，湿度较大，并且雷雨季节雷击严重。发射机具有大量的易受温度、湿度影响的电子器件。温度对计算机机房设备的电子元器件、绝缘材料有较大的影响。有研究表明，发射机内部的电容器件，当原器件的环境温度每增加10℃，其使用寿命将大幅度下降，下降幅度可高达50%；同时，发射机功率管之间的绝缘材料对温度要求也比较严格，当机房温度高时，发射机的主控板的自身强度会降低，而机房温度过低时，主控板的PCB板塑料件会变脆，从而大大减少使用寿命。

湿度对发射机的影响也同样明显，当相对湿度较高时，容易引起两个元器件间形成通路；当相对湿度较低时；容易产生较高的静电电压，试验表明：在机房中，当相对湿度达到30%时，静电电压可以达到5000V，当相对湿度为20%时，静电电压甚至可以有10000V，更有甚者，当相对湿度仅仅为5%时，静电电压可高达20000V，上万伏的静电电压对发射台的发射机内的电子元器件的影响是不言而喻的。

由于老鹰山发射台的重要性，此次改造拟采用机房专用精密空调，精密空调是为机房专门设计的特殊空调，可以进行精确的温湿度控制，具有全年7*24小时运行的高可用性，维修便捷、可靠耐用，可以保证老鹰山发射台空调系统全年正常运行。

机房专用精密空调还有以下优点：

（1）老鹰山发射台地处高山，山上湿度较高，普通空调不能精确控制温度，而专用精密空调技术优点比较明显，可以调节蒸发器内的冷媒压力，也可以使蒸发器的表面温度高于机房内凝露点温度，使机房不容易产生冷凝水，这两项技术克服了普通空调制冷就是在除湿的缺点，可以精确控制机房的温度。

（2）机房专用精密空调风速高，风量大，机房内能够形成有效的气流组织，形成良好的冷热通道回风形式，使所有的发射机能够得到足够的制冷量，能得到较好的冷却。

（3）在冬季的時候，山顶温度较低，普通空调无法正常工作，普通空调工况一般为零下5度至45度，山上冬季温度一般在零下10度左右，普通空调无法胜任机房制冷需要，而机房专用精密空调的室外冷凝器是可以控制的，从而能够保证精密空调能在低温下正常工作。

（4）发射机对温度湿度要求较高，因此需要恒温恒湿，普通空调很难满足这样的需求，而精密空调由于具有专用的加湿加热功能，能快速地除湿、加热，从而可以精确地控制机房内的温度、湿度。

（5）根据行业报告，精密空调的设计寿命相比普通空调较长，一般都在10-15年左右，平均无故障时间（MTBF）一般都能达到10万小时，而普通空调的设计寿命为一般为5-8年，全年无间断运行的使用寿命仅仅为3-5年，从全生命周期来看，精密空调实际性价比更高。

（6）精密空调还具有高可靠性，能接受宽电压波动的能力，并且电源的设计都自带缺相保护，相序自动调整功能，可以满足山上雷击时电压不稳，空调仍然可以平稳运行的需要。

3.2 空调制冷量计算

在实际工程方案设计中由于机房的复杂性，通常根据机房单位面积来计算冷量的需求，然后根据总面积计算出冷量需求。

老鹰山发射台机房面积200平方左右，根据上表计算，老鹰山发射台冷量需求为75KW～100KW之间，在制冷系统设计中，根据老鹰山发射台是一级重要部门，因此需要一定的冗余设计，要求总制冷量大于机房负载发热量的最小值，因此我们采用显冷量为100KW的精密空调作为选型空调，采用一主一备两台空调，单台制冷量为100KW，在极端情况下，可以2台同时开启，从而保证发射机房环境温度保持在国标规定的A级机房环境要求，并符合冗余备份的条件。采用并且由于发射台地板架空高度为40CM，因此为了保证制冷效果，机房送风具有较好的气流组织形式，设计了地板下送风，上回风的气流组织形式，使得空调热交换效率大大提高。

经过改造后，老鹰山发射台机房温度恒定在22度，湿度在50%左右，达到国家A级机房对温湿度的要求，为广播文化事业的发展提供了坚实的基础。

参考文献

[1]崔建武.浅谈机房建设与空调节能管理[J].中国金融电脑，2011，（10）：54-55.

[2]刘裕森.机房空调系统浅谈[J].智能建筑与城市信息，2011，（11）：33-35.

[3]黄红梅.浅谈机房改造[J].智能建筑与城市信息，2011，（08）：46-47.

[4]孔念进.数据中心机房制冷分析及工程计算[J].科技创业月刊，2014，27（06）：158-159.

[5]沈恒.高热密度数据中心机房散热影响因素的研究[D].东华大学，2012.