淺析通信機房新風置換系統設計思路

淺析通信機房新風置換系統設計思路

　　隨著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越嚴格，通信設備對環境的要求也越來越重要。目前控制機房環境變化的主要手段是通過機房空調進行調節，機房空調的能耗已占到總能耗的一半以上。在企業精細化管理的今天，通過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、通信機房的新風置換

　　1．新風置換系統的必要性

　　目前大量的有源節點并沒有配置空調，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25℃，每升高1℃，充電電流上升10％，失水增加1.5％；同時增加了反應熱量，提高了電池的反應溫度，形成惡性循環。溫度每升高10℃，時間使用壽命縮短一半，超過55℃，電池毀滅性損壞。

　　隨著3G即將實施，新一輪的機房建設呼之欲出，新風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．新風置換裝置的計算

　　不使用新風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，壓縮機年運行時間在70％：(300×1000)/3×24×365/1000×0.6×0.7＝36.792萬元。

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

　　由于即使制冷量一定，焓值隨季節變化較大，不便于計算，按使用新風置換裝置后，空調運行時間30％，采用10臺5.5KW變頻風機，年運行時間50％，耗電80％運行，計算如下：(300×1000)/3×24×365/1000×0.6×0.3＝15.768萬元。5.5×10×24×365×0.6×0.5×0.8＝11.56萬元。通過計算，可以看到，至少可以節約25％左右的電費。

　　若企業每年消耗的電費中50％來自空調，通過新風置換系統每年節約50％的能耗，即總能耗的25％，若每年電費是2000萬，則節約500萬。對于沒有空調設備的農村支局、光節點，通過新風置換降低室內溫度，減少通信設備處于高溫狀態的時間，則可以提高通信的安全性和可靠性，延長設備壽命，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――線路增加――變配電設備增加――維護成本增加。

　　對于無人光節點和基站可以不使用空調，采用60W風機，風量2000M3/h，噪音低于55分貝，能有效延長設備使用壽命

　　二、新風置換系統的原理

　　置換通風屬于下送風的一種，氣流從位于側墻下部的進氣風扇強制送入室內，再與室內機房空調送風充分混合后，經導流口進入工作區，吸收人員和設備負荷形成熱羽流。在上升過程中，熱羽流不斷卷吸周圍空氣，流量逐漸增加。熱力分層高度將整個空間分為上下兩區，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，一部分經空調蒸發器后再次送出。

　　三、新風置換系統的設計

　　1．系統控制實現方式

　　可以使用溫濕度傳感器、雨量計，由計算機控制通風設備自動開閉換氣扇的運行。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型：第一種是自動鎖定系統。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指定的偏差。通常將它稱為“定值調節系統”。一般的空調都采用這種調節方式。第二種稱為程序調節系統，即以時間為調節參數，按照事先給定的時間函數來調節系統的運行狀態。對于農村電網不穩的地方較為適用。也稱為“定時調節系統”。第三種則是隨動調節系統。按照設定的室內溫濕度值與室外自然氣溫之間的差值進行調節就是標準的隨動調節。它是以一個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題，是直接節能問題。

　　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：

　　①夏季：由于外界環境溫度一般不會低于23℃，對于有空調的機房應關閉新風置換設備，否則會增加室內機房專用空調的熱負荷。對于無空調的一般機房、接入網點，當室內外溫差在＋3℃，均應啟動換氣散熱。

　　②過渡季節：一是判別電路確定室內外溫度差在＋3℃（可調）以上時，且室外溫度低于16℃（可調）高于8℃（可調）時，控制繼電器動作，同時開啟進排風風扇，關閉空調機組的運行；二是當室內外溫度差在＋3℃（可調）以上時，室外溫度高于16℃，低于23℃時，空調系統自動運行，換氣設備同時運行。因為16℃是機房空調送風溫度的上限。在與室內熱量交換后，一部分排出室外，一部分經過機房專用空調的蒸發器再次循環。當新風置換無法滿足機房溫度要求時，機房專用空調啟動制冷。對于無空調的機房，只要設置超過室內設定溫度（如23℃）啟動運行，低于停止溫度（如20℃）停止運行即可。

　　③冬季：第一種情況與過渡季節的第一種情況相同，新風置換系統連續運行。第二種情況是當室外溫度低于8℃（可調）時（由于在干球溫度24℃，相對濕度35％時，露點溫度是7.81℃），可能出現室內結露情況。此時應開啟室內機房專用空調自動運行，新風置換系統根據室內溫度正比例控制風扇啟動數量，使得室外新風與室內循環風混合，避免設備的過冷導致結露現象，并在濕度過大時空調除濕。

　　④其它情況：室內溫度超過溫度告警上限（可調），如30℃，且高于室外溫度，系統判斷空調設備故障，控制繼電器動作，開啟換氣系統，強行通風降溫。

　　⑤濕度控制：在溫度判斷的同時，根據室內濕度情況，當到達濕度設定點后，啟動空調進行除濕。對于無空調的接入網機房，可以根據測試的室內外濕度的情況，及時啟動或關閉新風裝置。當雨天或室外濕度大于70％，則關閉；當室內濕度大于室外濕度時則啟動新風裝置。

　　⑥消防與排煙：系統與煙霧告警設備連接。若告警設備啟動，則切斷換氣設備電源，阻止煙霧蔓延和新鮮空氣助燃火勢。

　　⑦在進、排風風扇的內外側加裝壓力比較裝置，用于判斷濾網的清潔。

　　⑧系統分為自動和手動模式。當自動系統失效，可手動控制換氣設備運行。

　　3．溫差的設定

　　這里指的溫差是室內空調回風溫度和室外溫度的差值。室內外溫差值是決定開啟新風置換系統的依據，界定溫度差的依據可以根據啟動換氣系統風扇的能耗、使用時間、折舊費用、清潔、更換內外過濾裝置的費用來計算。

　　4．進風和排風系統

　　①進風設置在機房北墻或東西墻下部，進風應在地板下與專用空調的送風進行混合，其設計依據是在混合處能保證足夠的風壓，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排風口的位置在機房上部外墻，建議在南墻，若在與進風口同側，應考慮與上層進風口位置錯開，避免上層機房進風為換熱過的空氣。③進風口從滿足室內潔凈度要求出發，設計內外雙濾網，排風口設計單濾網以減少排氣阻力，均加鐵絲網罩，防止小動物的進入。由于進風和排風系統濾網的不同，導致進風和排風量的差異，機房會形成負壓，根據機房正壓的需要，進風功率總數應大于排風功率總數。④新風置換風扇的計算可以根據機房換氣量的要求，大于等于30次/小時，考慮風扇數量。⑤對于不具備發電機組的節點，可以考慮采用直流48V電機來保證停電時節點內降溫不受影響，可以接在一次下電位置。

　　５．濕度的考慮

　　通信機房熱負荷多為電子元件發熱，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，機房一般沒有加濕。因此，即使進風溫度低于室內環境的露點溫度，在和室內空調的送風空氣混合后，會高于室內環境的露點溫度，不會對設備產生影響。室外進風濕度很大，在于室內空調送風混合后，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。若濕度超過機房設定的值，則啟動專用空調除濕。

　　６．潔凈度要求

　　①設備內部積灰后，一方面影響設備的換熱性能，一方面容易吸附水分產生腐蝕，引起電路板等設備的絕緣性能下降，導致故障產生。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。遠優于指標要求。③在以上進排風系統中已經考慮了濾網，整個空氣調節系統中的濾網有進風（2道），機房專用空調（1道），排風（1道，主要考慮在新風置換系統停止運行時，室外新風進入時灰塵的影響）４道濾網，有些設備本身還帶有濾網，這樣完全可以保證機房潔凈度的要求。另外，若所在區域環境差，可以考慮通風置換系統在夜間啟動，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間控制繼電器，在20：00～07：00時，系統開啟運行。

　　７．最小新風量和變風量調節

　　①夏季6~8月，溫度幾乎不低于23度，若要保持室內空氣品質，需要計算最小新風量。在ASJRAE62-1989R中，房間最小新風量由每人最小新風量指標Rp(m3/h)、人員密度（人/m2），與每平方米地板所需最小新風量指標Rb(m3/(m2.h))共同確定，即房間最小新風量（m3/h）=（人員密度×Rp）+Rb×地板面積（m2）。②若調節最小新風量，則需要設計變風量調節系統。調節方式有進風和排風風閥調節、風量匹配調節、靜壓送風控制、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，實現方式不同。變風量調節系統更加節能的保持室內外溫、濕度場的動態平衡。調節系統使空調送風特性發生了較大的變化，這是與定風量系統的重要區別。③簡單控制：可以通過定時器控制夏季夜間的短暫通風，或人工控制通風，或完全由溫度控制，夏季不通風，減少熱負荷。

　　８．加熱控制

　　加熱一是當空調除濕后使用，一是當冬季室外溫度過冷加熱新風使用。合理的設計機房空調與新風置換裝置的聯動及變風量系統可以減少加熱的使用，節約能源。

　　９．地板下的處理

　　活動地板下空間作為機房空調送風風庫，地表面一般需進行防潮處理（如涮防潮漆等），并做地面保溫處理，保證在送冷風的過程中地表面不會因地面和冷風的溫差而結露。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，頂部空氣低于露點溫度所致，是一種變相的空調的除濕過程，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。過快的調整反而會產生反彈超調現象。調節時間過短也容易引起振蕩。片面地提高控制精度，以縮小調節范圍，追求最小調整時間，有時候會適得其反。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間、波紋、超調量等指標綜合最優化，實現最小調整時間。

　　四、新風置換系統的優缺點

　　優點：（1）A的優點是解決了能耗的問題，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，使員工工作在一個健康的環境中。（3）延長了機房專用空調設備的使用壽命，減少了故障的發生率，節約了維護成本。（4）對于無空調的機房，特別是接入網點，改善了通信設備的工作環境，延長了設備的使用壽命，提高了網絡的安全性。對于蓄電池組，產生的效益更加明顯。

　　缺點：（1）新風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，但增加了系統的復雜性。室內溫濕度場、風量的動態穩定性也不如單純機房空調使用效果好。（2）需要考慮空氣過濾器的效率和費用。