海用电子设备机房空气幕的应用研究

关堂新 （海军驻合肥地区军事代表室，安徽 合肥 230088）

0 绪论

近些年，随着我国海洋建设与开发的不断推进，海岛环境下大量装备大型电子装备，海用电子设备机房的建设随之大量增加。电子设备机房主要指的是：指挥所、雷达、通信、电子对抗等设备的控制室以及发射机房、天线罩等设备与设施。电子设备房的主要功能为人员值班、设备保护、环境保护等。其中，设备保护主要用于防止电子设备被人为、台风及其它自然因素等破坏。电子设备机房的作用及效能对电子设备的可靠性、维修性、环境适应性甚至是技战术性能起着极为重要的作用，电子设备不可或缺的一个关键设施。

1 海用电子设备机房的要求

电子设备机房建设的一个重要工作是环境条件控制。环境条件对机房的影响因素有：温度、湿度、灰尘、有害气体等[1]。电子设备机房有严格的温控和湿度控制要求，一般要求如下[1]。

工作时温度 22～24℃（A 级）、18～28℃（B级）；非工作时，5～35℃。工作时湿度为40%～55%（A级）35%～75%（B级），非工作时，40%～70%（A级），20%～80%（B级）。

对于海用机房而言，温度及湿度控制是机房设计、建设及维护工作中最有挑战的工作。

沿海和岛礁环境下日照强烈、气温高。机房热负荷大。过高的机房温度不仅影响操作人员工作的舒适度和工作效率，还会影响电子设备的可靠性和使用寿命。

机房空气湿度也是影响电子设备可靠性的重要因素。当湿度达到65%以上时，水膜厚度可达0.01 μm，这种水膜会造成“导电通路”，影响集成电路的电气性能。

湿度主要是通过控温来实现的，同时，可以采用除湿机等设备作为专用的控湿设备。在岛礁电子设备机房中常常采用控温和除湿相结合的办法进行湿度控制。

电子机房环境设计中另一个工作为控制灰尘设计。灰尘包括：漂浮状尘埃、昆虫及排泄物、纤维、细菌、化学粉尘等。灰尘对显示器、集成电路、板卡间的接触面等元器件有着较大的影响。灰尘主要来源于工作人员进出机房、机房门窗密封不严、机房墙体脱落物、空调系统及换气系统。

有害气体主要是对设备有腐蚀性的海风、二氧化硫、硫化氢、臭氧、氯气等气体。有害气体在与空气中的水作用后生成酸、碱、盐等腐蚀性物质，对电路元件产生较大的影响。海风中存在大量的盐粒，危害尤其严重。海风会对电子元器件、电路、金属件等造成严重腐蚀，使之失效，严重时甚至会导致安全事故。

相对于温度、湿度而言，灰尘、海风等并未引起重视，但破坏作用更大。常用的控制灰尘主要手段有：对进入机房的人员服装管理，保持机房与外界的正压差，机房门窗采用双层密封式，空调及换气设备安装空气过滤器，及时做好清洁除尘工作。

对有害气体的防护应与控温、控湿、控尘等措施综合考虑。目前采取的措施为：在空调口加设活性炭过滤器，实现对机房内部空气进行重复循环过滤等。

综上所述，空调是海用电子设备机房最核心的环控设备。根据工程统计，在海环境下，空调的用电量占机房用电量的50%以上，有时甚至达到80%以上。因此，空调已成为电子设备机房一个极为重要的设备[3]。

大量使用空调会带来空调负荷的急剧增加，这将造成如下影响：空调功率加大，用电量增加；空调使用维护工作增加；空调使用寿命降低。从另一方面，一味地增加空调使用也不能彻底解决问题，特别是进入房间的海风和灰尘，在电场的作用下，相当一部分会在电子设备中集聚下来。随着使用时间的增加，将严重影响电子设备的寿命。因此，从“密封”角度出发，增加电子设备机房的密封性，减少热气、水气、灰尘等的进入，阻止海风及昆虫等的进入，实现电子机房的空气完整性，可以大大降低空调的使用负荷，实现清洁、节能、安全的电子设备机房工作环境，提升电子设备使用和运维的费效比。大门空气幕可以实现人员进出与空气隔离的有机统一，是配合空调工作，减少用电量，保证室内空气质量的一种重要设备。

2 大门空气幕工作原理

空气幕工作原理是让高速喷出的空气流形成一道无形的门帘，既方便人员出入，又能防止室内外冷热空气的交换。空气幕应用特制的高转速电机，带动贯流式、离心式或轴流式风轮运转产生高速的气流，形成一道强大的气流屏障，将室内外空气分成两个独立的温度区域，保持室内空调及净化空气的效果。持续形成的空气门能有效防止冷（暖）空气外泄，在节省了用电量的同时，辅助循环调节温度、防止室外的灰尘、蚊虫、海风、有害气体等进入室内，同时，可以产生大量的负离子，改善肺功能，产生新鲜空气，防止静电的产生。空气幕已在大型场馆等广泛使用，改善因空调能量分配的均匀性，达到室内温度的均衡。

按送风的方向[2]，空气幕可分为上送式、下送式和侧送式。上送式是指空气幕安装在需要隔绝气流交换的门洞的上部，向下送风。侧送式是指空气幕安装在需要隔绝气流的侧面的门洞，采用单侧或双侧送风的方式。下送式是指空气幕安装在需要隔绝气流交换的门洞的下部，向上送风。

空气幕按配用的风机型式可分为：贯流式、离心式和轴流式。贯流式气流垂直于轴线进入，以相反的方向穿过排出，其进出口气流在较大的送回平面内很均匀，适用于隔离空间小的场合。离心式气流从风轮的一端沿轴线进入，从垂直于轴线的方向排出，离心式风幕机出风集中、压力较大适用于隔离空间大的场合。轴流式风幕机出风集中，风量大，适用于安装高度较低、空间较大的场合。

空气幕可以产生热空气和非制热空气，具有很多功能。隔热功能：在频繁出入的餐厅、商店等可以以60%～80%的效率保持室内的冷暖空气温度。防虫功能：可以防止大部分有害的昆虫进入房间。防尘功能：常用来隔离室外的灰尘进入室内，主要用于商店、精密制造厂等地方。负离子产生功能，可以产生负离子，改善室内工作环境。

3 海用电子设备机房加装大门空气幕建议

当前海用设备电子机房主要存在如下问题：室内未能做到完全密封；耗电量大；值班室内部空气质量差。

电子设备机房设计最主要的问题是室内未能做到完全密封，表现为室内存在明显的海水腥味。原因主要是：机房大门未能做到密封；人员出入较多。受施工条件、施工水平限制，机房的大门的密封度不能达到完全密封的要求，主要是门与框之间的密封很难严格对准，造成室内外空气存在一定的扩散，难以形成室内空气的正压。另一个原因是人员出入：作为机房免不了有人员出入，如正常的值班人员轮换、维护人员的操作、其它人员的出入等。实测表明，对于未采取措施的机房，在机房门开关时，空调湿度表的读数会从50%短暂骤升到80%以上，温度表计数会从25度升到28度以上，随着开门的时间和频次的增加，读数还会增加。试验表明：在进出机房时会导致室内外空气的交换，导致室内温度、湿度控制的效果变差，这将导致空调工作负荷增加，同时还会导致灰尘、昆虫、海风的进入。

由于机房的热负荷大，只要设备开机，空调就必须工作，有时甚至设备不开机，为了保持温湿度，空调也不得不24h开机。海环境下，特别是岛礁之上，能源供应压力大，用电紧张，因此，减少用电量具有重要的意义。减小用电量在于设计具有更好隔热效果的土建墙体和保持室内空气的密闭与稳定。

由于电子设备机房为密封空间，考虑电磁兼容、防静电等因素，室内装修采用了很多特种装修材料；由于值班人员多、空气不流通，加之电子设备会产生臭氧等原因，机房空气质量一般较差。为改善室内空气质量，保障值班人中的健康，机房有时需要开门窗换气，这就进一步加大了空调的工作负荷。

综上所述，密封设计是电子设备机房的一个重要因素，既要保证密封，又要保持室内空气质量良好。在大型场馆、超市等地，空气幕墙使用频繁，可以较好的解决这个问题。因此，建议在电子设备机房中增加空气幕。

空气幕设备主要包括[2]：空气处理设备，通风机，风管系统及空气分布器等。机房空气幕最主要的是设计考虑是空气分布器和通风机。空气分布器涉及到送风的方式、通风机涉及到环境合适性。

海用电子设备工作环境一般为热负荷为主，主要功能是保证室内的冷空气温度，保证室内的密封性和正压条件。在热负荷为主时，入户门打开时空气断面如图1所示。

图1 空气幕热压力示意图

图2 空气幕安装示意图

根据文献[2]，可以采用上送风的方式，风由上面向斜外侧吹，回收风口放在前下方。如图2所示。

基于图2，现有机房加装空气幕方案规划如下：机房内设计一个小型的缓冲室，类似一个门廊，开门后首先进入门廊，门廊内为空气幕通道，气体自上向前下吹，形成一个无形的气流层，当人员进出时，可以通过，但室外的空气、灰尘、昆虫和海风绝大部分会被隔离。

通过上述设计，可以将空调的功耗减少50%以上，可以阻断空气中的大型颗粒，如海风中的盐粒、空气中的灰尘、有害气体等，基本隔断昆虫的进入。通过增加负粒子产生模块，可以大大改善机房内的空气质量。

4 结语

空气幕可以有效的保证室内空气温度、湿度和洁净度，大幅度降低空调的工作负荷，同时，可以有效提高机房防尘、防潮、防虫等效果。通过增加负离子模块，可以有效改善室内空气质量。空气幕价格低、效率高，可以大量安装于海用电子设备机房。本文所述方案同样适合于改善电子方舱的工作环境。