中央电视台总控机房空调系统建设

刘伯华

中央电视台 北京 100859

近年来，随着我国广播电视事业、信息技术的飞速发展，主要用于节目信息汇总、编辑和调度等系统工作的总控播出机房在系统技术上也随之发生了巨大的变化，各种先进技术被不断应用于日常播出制作中。为扩展业务功能，增加储备资源，完善系统建设以满足电视台日益发展的节目生产需求，立柜机房中工艺设备的集成度越来越高，单位面积装机容量急剧增加，发热密度也明显提升，给机房内的空调制冷系统带来了很大挑战。下面就中央电视台D311总控立柜机房改造中的空调系统建设情况进行介绍[1]。

1 项目概况

中央电视台D311 总控立柜机房建筑面积162 m2，层高5.4m；原有线路采用下走线方式，架空地板高度维持300mm，吊顶标高3m。本机房与隔壁机房同属一个机房规划区域，机房架空地板下存在许多在用的过路线缆。

新搭建的工艺设备沿用原下走线方式，架空地板及吊顶高度保持不变。为保证不影响台内节目制播，与隔壁机房共用或过路的线缆无法进行拆除腾挪，因此，在改造过程中要尽量维持原有结构不变；并对机房内无法进行拆除腾挪的线缆设施进行保护，确保临近机房设备的正常运行。

2 改造机房空调需求

2.1 设计原则

高可靠性：改造机房内设备散热量较大，需要提供全年7＊24小时连续不间断的供冷服务，设计的空调系统必须具有高可靠性。在系统设计中应尽量避免单点故障，充分考虑系统冗余备份，以保证机房温度满足运行要求。此外，对于空调水路系统（风冷式主要是冷凝水管路及加湿水管路），需要考虑设置防漏水检测及相应的防护措施，提高机房安全性。

便于管理：机房内的空调设备在采购中需要提前考虑好后期运行监控的相关软硬件需求。所有空调设备运行状态应统一通过专用网络上传至中央控制机房，实现远程实时监视。

2.2 负荷需求

总控机房此次改造的D311 机房内共安装2 组由28 台低密度机柜面对面排列组成的封闭冷通道。空调区域的冷负荷主要是根据机房内的设备散热、照明散热、人员产生的冷负荷以及机房外维护结构传热、热辐射、冷风渗透冷负荷等来综合计算确定，其中工艺设备散热量为机房主要冷负荷。

表1 室内设计参数

表2 室外计算参数

按照工艺设计，D311 机房四排工艺机柜，B-C、D-E 排机柜冷负荷总量为100KW，分为两组冷通道，设备24 小时不间断运行，要求机房满足恒温恒湿环境。A 排为单独的接线柜及相关配套机柜，由于负荷量不大可以与房间冷负荷一并计算，另考虑其他环境因素，根据机房实际外围护结构特点、北京地区夏季、冬季计算温湿度参数，房间朝向及室内辅助设备、人员等条件，计算得到环境冷负荷、新风冷负荷、其他机房冷负荷等共计31KW。

冷量计算冷负荷（KW） 备注设备冷负荷 100 q1=n1·n2·n3·N·Ccl其他冷负荷 31 q2合计冷负荷 131 q1+q2

3 系统形式选择

目前对于数据机房，风冷式空调供冷形式一般分为两种，传统的机房恒温恒湿空调系统和行间空调系统。

行间空调形式，改变了集中设计摆放空调设备的模式，化整为零，将空调摆放于机柜之间，更加接近散热设备，很大程度的解决了冷量衰减的问题，冷量分布也更均匀。但空调设备穿插于机柜间，占用了有效机柜位置，限于单机容量较小，占用空间比例较大，系统冗余备份能力较差，系统安全稳定性不足。一般适用于新建高密机房，因为高密机柜热源集中，容易出现局部热点，传统的机房空调由于送风管路长，风量衰减较为严重，无法解决高密机柜散热要求[2]。

而传统的机房恒温恒湿空调系统一般是采用下送风或上送风，即利用活动地板下的空间为自然静压箱或采用冷热通道封闭设计在机房吊顶内安装风道静压箱，向机柜内散热设备送风制冷。设备技术成熟，稳定性好，可选用风冷、水冷形式灵活适配机房需求，敷设风道集中送风的方式能够有效隔离空调设备与机房内工艺设备，对于中低密度机房市场应用较为普遍。

本项目D311 机房单机容量较小，散热量较为平均，采用封闭冷通道配合传统恒温恒湿空调设备完全能够满足空调需求。且机房有效面积有限，扩容可能性较小，恒温恒湿空调形式可以最大程度的保障机房有效面积。因此，确定采用传统的恒温恒湿空调系统，以实现机房内的温度控制。

4 项目现场限制条件

（1）空间较为紧凑，地板架空高度及层高限于原有机房结构及布线方式，对于集中式空调系统风道尺寸及送风方式选择上较为严苛，吊顶上方设置送风风道及静压箱时，需要注意避开结构梁位置，在满足风量的前提下，尽量减小风道截面积，保证机房整体标高不变。同时，需要考虑吊顶内风道与其他专业（如消防管线、通讯供电线缆等）的空间分配，避免交叉冲突。

（2）按照电视台重点机房安全运行要求，机房内不得敷设水路系统，需采用风冷式恒温恒湿空调作为冷源。但限于原有机房建筑结构要求，在平面设计布局中需要考虑空调设备运行自重，在不进行局部加固的前提下须将空调主机放置在结构梁位置。

（3）为保障机房内安全条件，恒温恒湿空调设备上下水管路在地板下要与主机房进行物理隔离，设置挡水坝。

5 本项目设计方案

依据GB-50174-2008《电子信息系统机房设计规范》，数据机房夏季设计温度23 度，相对湿度50%，冬季设计温度18 度，相对湿度45%。

5.1 适配方案

在D311 机房内采用两台额定制冷量100KW 的恒温恒湿空调（一用一备）承担主要设备供冷需求。另在冷通道外，增设6 台一拖一商用空调分体机进行冷量补充和辅助房间整体降温，解决环境冷负荷和新风冷负荷等，实现空调设备的冗余备份，提高空调系统的可靠性。天井式室内机，不占用机房内有效面积，尽量避开机柜上方，同时，在设备下方做好保温及检漏措施，有效避免冷凝水对机柜的安全威胁。

考虑到现场空间条件，冷通道采用上送风的模式，恒温恒湿空调出风口先连接静压箱后连接分支风道，通过风阀调节各分支风道内的送风量。从吊顶处与冷通道进行连接，送风口集中布置于冷通道上方，将冷风以最节约有效的方式输送给两侧机柜，通过机柜自带风扇将热交换后的风排至机房内，自然回风至空调机组回风口进行处理。

风道及风口均集中安装于两排机柜之间，可以有效避免风量损失，也可避免后期运行中，机组产生的冷凝水对机柜设备的安全威胁。另外，传统恒温恒湿空调由于风路系统较长，容易造成送风不均匀，采用小风压设计可能造成远端设备送风风压不足，风量不够，而如果为弥补远端送风量加大送风压力，则可能造成近端送风量急剧减小，形成局部热点，因此在设计中需要注意核算设备风压情况，并在每一个送风口加装风阀，以便于在后期运行过程中根据实际送风量对每个风口进行调校以尽量使得整个冷通道内气流组织均匀稳定[3]。

5.2 设备选择

在选择恒温恒湿空调设备时，综合考虑项目可行性、安全可靠性、后期维护简便性及能效等因素，我们要求设备满足以下要求：

（1）基本要求。满足机房制冷、制热、加湿、上送风方式、配电条件等要求，同时，考虑施工场地条件，限定好设备尺寸、运行重量、接管方式等。

（2）安全稳定

①选择双系统空调压缩机水平并排布置方式。双压缩机在设计上考虑备份，增加系统可靠性。2 台压缩机水平并排布置结构简单，2 套压缩机处于同一高度，室内外的高差相同，使设备运行可靠、稳定。同时，在后期维修维护中，水平布置压缩机维护空间大、方便操作。

②选用配置有多个EC 风机的恒温恒湿空调设备。100kw 的大冷量风冷恒温恒湿空调，选择配置有3 个EC 风机的冗余设计，正常时3 个风机在70-80%转速下低速使用，当其中1 个风机故障时，其余2 个风机可以提高转速到100%以弥补另1 个风机风量，有助于保证系统的安全可靠性。

③选择室外冷凝器多风机产品。此要求同样主要考虑冷凝器风机的冗余设计，当室外冷凝器的2 台轴流风机中1 台故障时，冷凝器风量不足，制冷系统立即会高压报警，空调停机。采用3 台以上风机，其中1 台故障时，空调机组只是高压有所提高，但不会报警停机。且多风机设计也能达到降低转速和噪音，空调也更节能。技术上考虑多数量风机配置更安全可靠。

④考虑系统控制可靠性，要求每台恒温恒湿空调设备控制器应具有双主板冗余功能，一个主板损坏后，另一个可自动接管设备控制，以保证每台机组的正常运行。

⑤设备保护报警功能齐全，能够及时准确的对设备故障进行报警及故障诊断，并记录。

（3）节能高效。

①配置高效能EC 风机，根据实际使用环境调节风量风速，较普通AC 风机，新型EC 风机在低负荷运行时能耗明显降低，可减少50%以上的风扇耗电量。

②选择风机直径较大的风机。关于风机直径，同样的风机数量、循环风量和机外余压下，配置的风机直径越大，风机转速就越低，其功耗越低，空调能效比越高，同时噪声越小。

（4）远程监控。空调设备应具有方便的现场监控及远程监控能力。

①通讯接口：RS485 通讯接口，并免费提供MODBUS 协议与远程监控系统通讯，以便于后期连接入中央控制系统进行监管。

②设备控制系统可以实现对送、回风温度，机组运行状态，设备报警，及相关重要参数远程监控。确保数据测定准确、稳定。

5.3 机房新风配置

D311 机房作为无人值守机房，考虑维持室内正压所需风量，在机房内形成微正压环境，有效避免室外粉尘进入，保证机房洁净度。主机房与其它房间、走廊间的压差不宜小于5Pa，与室外静压差不宜小于10Pa。结合实际情况，与二期机房统一考虑确定采用一台新风机组，初、中效2 级过滤器，新风风量2100m³/h。

6 项目实施及应用效果

安装过程中，原则上恒温恒湿空调设备室内机不允许倒放搬运，因此要提前明确搬运路径及现场条件，如确需倒放，还应考虑在现场进行相关紧固及二次检测等工作。

为保障工期，考虑空间限制、改造项目现场环境的复杂性，项目实施过程中严格控制各专业施工工序及作业周期，通过采取适当的组织措施、技术措施，保证目标控制的组织工作明确、完善，技术方案可行、高效，项目建设最终取得良好的效果。

项目完成后，实测机房内冷通道温度（如上图）在密封良好的条件下能够稳定控制在19℃左右，房间热通道内温度稳定在22℃左右，热通道3 由于受到房间内辅助吊顶分体空调设备影响，整体温度较低。两台机房恒温恒湿空调分别设置21℃和24℃，正常情况下一台主用，一台热备。运行以来，能够满足预期设计要求，为新建机房提供安全稳定的空调保障。