淺析通信機房新風(fēng)置換系統設計思路

淺析通信機房新風(fēng)置換系統設計思路

　　隨著(zhù)通信設備集成化程度的提高，通信設備的單位體積功率密度增加，設備對溫度的要求也越來(lái)越嚴格，通信設備對環(huán)境的要求也越來(lái)越重要。目前控制機房環(huán)境變化的主要手段是通過(guò)機房空調進(jìn)行調節，機房空調的能耗已占到總能耗的一半以上。在企業(yè)精細化管理的今天，通過(guò)合理可行的方式可以節約大量的能耗，降低維護運行成本。

　　一、通信機房的新風(fēng)置換

　　1．新風(fēng)置換系統的必要性

　　目前大量的有源節點(diǎn)并沒(méi)有配置空調，機房夏季溫度高，對設備影響很大，特別是對于蓄電池組，當溫度超過(guò)25℃，每升高1℃，充電電流上升10％，失水增加1.5％；同時(shí)增加了反應熱量，提高了電池的反應溫度，形成惡性循環(huán)。溫度每升高10℃，時(shí)間使用壽命縮短一半，超過(guò)55℃，電池毀滅性損壞。

　　隨著(zhù)3G即將實(shí)施，新一輪的機房建設呼之欲出，新風(fēng)置換系統可以做為電信3G機房的配套工程，有效的保護通信設備。

　　2．新風(fēng)置換裝置的計算

　　不使用新風(fēng)置換裝置的費用計算：按300W/㎡制冷量計算，假如機房面積在1000㎡，機房空調能效比在3.0（一般舒適性空調在2.5左右），電費0.6元，壓縮機年運行時(shí)間在70％：(300×1000)/3×24×365/1000×0.6×0.7＝36.792萬(wàn)元。

　　新風(fēng)置換裝置的計算：Q=V×S×ρ×（h2-h1）式中Q為制冷量，V為風(fēng)速，S為出風(fēng)口面積，ρ為空氣密度，取1.2，以上公式可以簡(jiǎn)化Q=M×（h2-h1），其中M=V×S×ρ，為送風(fēng)量。

　　由于即使制冷量一定，焓值隨季節變化較大，不便于計算，按使用新風(fēng)置換裝置后，空調運行時(shí)間30％，采用10臺5.5KW變頻風(fēng)機，年運行時(shí)間50％，耗電80％運行，計算如下：(300×1000)/3×24×365/1000×0.6×0.3＝15.768萬(wàn)元。5.5×10×24×365×0.6×0.5×0.8＝11.56萬(wàn)元。通過(guò)計算，可以看到，至少可以節約25％左右的電費。

　　若企業(yè)每年消耗的電費中50％來(lái)自空調，通過(guò)新風(fēng)置換系統每年節約50％的能耗，即總能耗的25％，若每年電費是2000萬(wàn)，則節約500萬(wàn)。對于沒(méi)有空調設備的農村支局、光節點(diǎn)，通過(guò)新風(fēng)置換降低室內溫度，減少通信設備處于高溫狀態(tài)的時(shí)間，則可以提高通信的安全性和可靠性，延長(cháng)設備壽命，特別是蓄電池組的使用壽命，其效益更將是不可忽視。

　　空調設備的增加并不僅僅表現在能耗上，需要強調的是系統成本，即空調設備增加――耗電增加――線(xiàn)路增加――變配電設備增加――維護成本增加。

　　對于無(wú)人光節點(diǎn)和基站可以不使用空調，采用60W風(fēng)機，風(fēng)量2000M3/h，噪音低于55分貝，能有效延長(cháng)設備使用壽命

　　二、新風(fēng)置換系統的原理

　　置換通風(fēng)屬于下送風(fēng)的一種，氣流從位于側墻下部的進(jìn)氣風(fēng)扇強制送入室內，再與室內機房空調送風(fēng)充分混合后，經(jīng)導流口進(jìn)入工作區，吸收人員和設備負荷形成熱羽流。在上升過(guò)程中，熱羽流不斷卷吸周?chē)諝?，流量逐漸增加。熱力分層高度將整個(gè)空間分為上下兩區，下區空氣由下向上呈單向“活塞流”，沿高度方向形成明顯的溫度梯度和污染物濃度梯度；上區熱交換充分的空氣一部分被排氣扇排出，一部分經(jīng)空調蒸發(fā)器后再次送出。

　　三、新風(fēng)置換系統的設計

　　1．系統控制實(shí)現方式

　　可以使用溫濕度傳感器、雨量計，由計算機控制通風(fēng)設備自動(dòng)開(kāi)閉換氣扇的運行。按照系統調節參數的不同，可以將智能化系統的控制模式劃分為三種類(lèi)型：第一種是自動(dòng)鎖定系統。例如按照設定的溫濕度值作為調節參數，使之保持恒定不變或者不超過(guò)指定的偏差。通常將它稱(chēng)為“定值調節系統”。一般的空調都采用這種調節方式。第二種稱(chēng)為程序調節系統，即以時(shí)間為調節參數，按照事先給定的時(shí)間函數來(lái)調節系統的運行狀態(tài)。對于農村電網(wǎng)不穩的地方較為適用。也稱(chēng)為“定時(shí)調節系統”。第三種則是隨動(dòng)調節系統。按照設定的室內溫濕度值與室外自然氣溫之間的差值進(jìn)行調節就是標準的隨動(dòng)調節。它是以一個(gè)確定的差值作為調節參數。因此，設定值的確定是空調設計的合理性問(wèn)題，是直接節能問(wèn)題。

　　2．系統控制基本思路

　　系統的運行按照季節的不同，綜合室內外溫度的情況，分為以下幾種：

　?、傧募荆河捎谕饨绛h(huán)境溫度一般不會(huì )低于23℃，對于有空調的機房應關(guān)閉新風(fēng)置換設備，否則會(huì )增加室內機房專(zhuān)用空調的熱負荷。對于無(wú)空調的一般機房、接入網(wǎng)點(diǎn)，當室內外溫差在＋3℃，均應啟動(dòng)換氣散熱。

　?、谶^(guò)渡季節：一是判別電路確定室內外溫度差在＋3℃（可調）以上時(shí)，且室外溫度低于16℃（可調）高于8℃（可調）時(shí)，控制繼電器動(dòng)作，同時(shí)開(kāi)啟進(jìn)排風(fēng)風(fēng)扇，關(guān)閉空調機組的運行；二是當室內外溫度差在＋3℃（可調）以上時(shí)，室外溫度高于16℃，低于23℃時(shí)，空調系統自動(dòng)運行，換氣設備同時(shí)運行。因為16℃是機房空調送風(fēng)溫度的上限。在與室內熱量交換后，一部分排出室外，一部分經(jīng)過(guò)機房專(zhuān)用空調的蒸發(fā)器再次循環(huán)。當新風(fēng)置換無(wú)法滿(mǎn)足機房溫度要求時(shí)，機房專(zhuān)用空調啟動(dòng)制冷。對于無(wú)空調的機房，只要設置超過(guò)室內設定溫度（如23℃）啟動(dòng)運行，低于停止溫度（如20℃）停止運行即可。

　?、鄱荆旱谝环N情況與過(guò)渡季節的第一種情況相同，新風(fēng)置換系統連續運行。第二種情況是當室外溫度低于8℃（可調）時(shí)（由于在干球溫度24℃，相對濕度35％時(shí)，露點(diǎn)溫度是7.81℃），可能出現室內結露情況。此時(shí)應開(kāi)啟室內機房專(zhuān)用空調自動(dòng)運行，新風(fēng)置換系統根據室內溫度正比例控制風(fēng)扇啟動(dòng)數量，使得室外新風(fēng)與室內循環(huán)風(fēng)混合，避免設備的過(guò)冷導致結露現象，并在濕度過(guò)大時(shí)空調除濕。

　?、芷渌闆r：室內溫度超過(guò)溫度告警上限（可調），如30℃，且高于室外溫度，系統判斷空調設備故障，控制繼電器動(dòng)作，開(kāi)啟換氣系統，強行通風(fēng)降溫。

　?、轁穸瓤刂疲涸跍囟扰袛嗟耐瑫r(shí)，根據室內濕度情況，當到達濕度設定點(diǎn)后，啟動(dòng)空調進(jìn)行除濕。對于無(wú)空調的接入網(wǎng)機房，可以根據測試的室內外濕度的情況，及時(shí)啟動(dòng)或關(guān)閉新風(fēng)裝置。當雨天或室外濕度大于70％，則關(guān)閉；當室內濕度大于室外濕度時(shí)則啟動(dòng)新風(fēng)裝置。

　?、尴琅c排煙：系統與煙霧告警設備連接。若告警設備啟動(dòng)，則切斷換氣設備電源，阻止煙霧蔓延和新鮮空氣助燃火勢。

　?、咴谶M(jìn)、排風(fēng)風(fēng)扇的內外側加裝壓力比較裝置，用于判斷濾網(wǎng)的清潔。

　?、嘞到y分為自動(dòng)和手動(dòng)模式。當自動(dòng)系統失效，可手動(dòng)控制換氣設備運行。

　　3．溫差的設定

　　這里指的溫差是室內空調回風(fēng)溫度和室外溫度的差值。室內外溫差值是決定開(kāi)啟新風(fēng)置換系統的依據，界定溫度差的依據可以根據啟動(dòng)換氣系統風(fēng)扇的能耗、使用時(shí)間、折舊費用、清潔、更換內外過(guò)濾裝置的費用來(lái)計算。

　　4．進(jìn)風(fēng)和排風(fēng)系統

　?、龠M(jìn)風(fēng)設置在機房北墻或東西墻下部，進(jìn)風(fēng)應在地板下與專(zhuān)用空調的送風(fēng)進(jìn)行混合，其設計依據是在混合處能保證足夠的風(fēng)壓，使得混合充分，混合的目的是保證在室外濕度大的情況下，和室內低焓值空氣混合防止結露。②排風(fēng)口的位置在機房上部外墻，建議在南墻，若在與進(jìn)風(fēng)口同側，應考慮與上層進(jìn)風(fēng)口位置錯開(kāi)，避免上層機房進(jìn)風(fēng)為換熱過(guò)的空氣。③進(jìn)風(fēng)口從滿(mǎn)足室內潔凈度要求出發(fā)，設計內外雙濾網(wǎng)，排風(fēng)口設計單濾網(wǎng)以減少排氣阻力，均加鐵絲網(wǎng)罩，防止小動(dòng)物的進(jìn)入。由于進(jìn)風(fēng)和排風(fēng)系統濾網(wǎng)的不同，導致進(jìn)風(fēng)和排風(fēng)量的差異，機房會(huì )形成負壓，根據機房正壓的需要，進(jìn)風(fēng)功率總數應大于排風(fēng)功率總數。④新風(fēng)置換風(fēng)扇的計算可以根據機房換氣量的要求，大于等于30次/小時(shí)，考慮風(fēng)扇數量。⑤對于不具備發(fā)電機組的節點(diǎn)，可以考慮采用直流48V電機來(lái)保證停電時(shí)節點(diǎn)內降溫不受影響，可以接在一次下電位置。

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　　通信機房熱負荷多為電子元件發(fā)熱，高顯熱負荷，在不加濕的情況下，室內空氣濕度在30％以下，比較干燥。由于水質(zhì)較差，堿性大，一般電極式加濕罐一周內即損壞，除非采用紅外加濕和其它獨立的加濕裝置外，機房一般沒(méi)有加濕。因此，即使進(jìn)風(fēng)溫度低于室內環(huán)境的露點(diǎn)溫度，在和室內空調的送風(fēng)空氣混合后，會(huì )高于室內環(huán)境的露點(diǎn)溫度，不會(huì )對設備產(chǎn)生影響。室外進(jìn)風(fēng)濕度很大，在于室內空調送風(fēng)混合后，可以改善室內濕度低的狀況，反而可以省去室內的加濕設備。若濕度超過(guò)機房設定的值，則啟動(dòng)專(zhuān)用空調除濕。

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　?、僭O備內部積灰后，一方面影響設備的換熱性能，一方面容易吸附水分產(chǎn)生腐蝕，引起電路板等設備的絕緣性能下降，導致故障產(chǎn)生。②在通信機房中，可以采用B級的潔凈度，即直徑大于0.5微米的灰塵粒子≤3500粒/升，直徑大于5微米的灰塵粒子≤30粒/升。遠優(yōu)于指標要求。③在以上進(jìn)排風(fēng)系統中已經(jīng)考慮了濾網(wǎng)，整個(gè)空氣調節系統中的濾網(wǎng)有進(jìn)風(fēng)（2道），機房專(zhuān)用空調（1道），排風(fēng)（1道，主要考慮在新風(fēng)置換系統停止運行時(shí)，室外新風(fēng)進(jìn)入時(shí)灰塵的影響）４道濾網(wǎng)，有些設備本身還帶有濾網(wǎng)，這樣完全可以保證機房潔凈度的要求。另外，若所在區域環(huán)境差，可以考慮通風(fēng)置換系統在夜間啟動(dòng)，一般夜間溫度較低，且空氣中浮塵的顆粒少，將控制系統中串入時(shí)間控制繼電器，在20：00～07：00時(shí)，系統開(kāi)啟運行。

　?。罚钚⌒嘛L(fēng)量和變風(fēng)量調節

　?、傧募?~8月，溫度幾乎不低于23度，若要保持室內空氣品質(zhì)，需要計算最小新風(fēng)量。在A(yíng)SJRAE62-1989R中，房間最小新風(fēng)量由每人最小新風(fēng)量指標Rp(m3/h)、人員密度（人/m2），與每平方米地板所需最小新風(fēng)量指標Rb(m3/(m2.h))共同確定，即房間最小新風(fēng)量（m3/h）=（人員密度×Rp）+Rb×地板面積（m2）。②若調節最小新風(fēng)量，則需要設計變風(fēng)量調節系統。調節方式有進(jìn)風(fēng)和排風(fēng)風(fēng)閥調節、風(fēng)量匹配調節、靜壓送風(fēng)控制、溫度或焓值控制、葉片調節、轉數調節等。調節方式根據不同的設計思路，實(shí)現方式不同。變風(fēng)量調節系統更加節能的保持室內外溫、濕度場(chǎng)的動(dòng)態(tài)平衡。調節系統使空調送風(fēng)特性發(fā)生了較大的變化，這是與定風(fēng)量系統的重要區別。③簡(jiǎn)單控制：可以通過(guò)定時(shí)器控制夏季夜間的短暫通風(fēng)，或人工控制通風(fēng)，或完全由溫度控制，夏季不通風(fēng)，減少熱負荷。

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　　加熱一是當空調除濕后使用，一是當冬季室外溫度過(guò)冷加熱新風(fēng)使用。合理的設計機房空調與新風(fēng)置換裝置的聯(lián)動(dòng)及變風(fēng)量系統可以減少加熱的使用，節約能源。

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　　活動(dòng)地板下空間作為機房空調送風(fēng)風(fēng)庫，地表面一般需進(jìn)行防潮處理（如涮防潮漆等），并做地面保溫處理，保證在送冷風(fēng)的過(guò)程中地表面不會(huì )因地面和冷風(fēng)的溫差而結露。在程控機房下的電力室，特別是電池室往往可以在夏季看到機房頂部有大量的冷凝水，這是由于電池間濕度大，頂部空氣低于露點(diǎn)溫度所致，是一種變相的空調的除濕過(guò)程，增加了機房空調的潛熱負荷，消耗了大量的能量。

　　10．控制精度

　　實(shí)際系統往往是復雜的，控制精度越高，系統越容易引起振蕩。過(guò)快的調整反而會(huì )產(chǎn)生反彈超調現象。調節時(shí)間過(guò)短也容易引起振蕩。片面地提高控制精度，以縮小調節范圍，追求最小調整時(shí)間，有時(shí)候會(huì )適得其反。選擇恰當的采樣周期和控制函數，使系統輸出響應的調整時(shí)間、波紋、超調量等指標綜合最優(yōu)化，實(shí)現最小調整時(shí)間。

　　四、新風(fēng)置換系統的優(yōu)缺點(diǎn)

　　優(yōu)點(diǎn)：（1）A的優(yōu)點(diǎn)是解決了能耗的問(wèn)題，充分利用了自然能源。（2）其次是有效的換氣，提供了新鮮、清潔的自然空氣，降低了室內的污染物，提高了室內空氣品質(zhì)，使員工工作在一個(gè)健康的環(huán)境中。（3）延長(cháng)了機房專(zhuān)用空調設備的使用壽命，減少了故障的發(fā)生率，節約了維護成本。（4）對于無(wú)空調的機房，特別是接入網(wǎng)點(diǎn)，改善了通信設備的工作環(huán)境，延長(cháng)了設備的使用壽命，提高了網(wǎng)絡(luò )的安全性。對于蓄電池組，產(chǎn)生的效益更加明顯。

　　缺點(diǎn)：（1）新風(fēng)置換系統的引入雖然起到了節能降耗的作用，并有效地改善了室內空氣的品質(zhì)，但增加了系統的復雜性。室內溫濕度場(chǎng)、風(fēng)量的動(dòng)態(tài)穩定性也不如單純機房空調使用效果好。（2）需要考慮空氣過(guò)濾器的效率和費用。