淺析通信機房新風置換系統(tǒng)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(huán)境的要求也越來越重要。目前控制機房環(huán)境變化的主要手段是通過機房空調(diào)進行調(diào)節(jié)，機房空調(diào)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，通過合理可行的方式可以節(jié)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(tǒng)的必要性

　　目前大量的有源節(jié)點并沒有配置空調(diào)，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(huán)。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(tǒng)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(diào)能效比在3.0（一般舒適性空調(diào)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(jié)變化較大，不便于計算，按使用新風置換裝置后，空調(diào)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(jié)約25％左右的電費。

　　若企業(yè)每年消耗的電費中50％來自空調(diào)，通過新風置換系統(tǒng)每年節(jié)約50％的能耗，即總能耗的25％，若每年電費是2000萬，則節(jié)約500萬。對于沒有空調(diào)設備的農(nóng)村支局、光節(jié)點，通過新風置換降低室內(nèi)溫度，減少通信設備處于高溫狀態(tài)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(diào)設備的增加并不僅僅表現(xiàn)在能耗上，需要強調(diào)的是系統(tǒng)成本，即空調(diào)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(jié)點和基站可以不使用空調(diào)，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(tǒng)的原理

　　置換通風屬于下送風的一種，氣流從位于側(cè)墻下部的進氣風扇強制送入室內(nèi)，再與室內(nèi)機房空調(diào)送風充分混合后，經(jīng)導流口進入工作區(qū)，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(qū)，下區(qū)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(qū)熱交換充分的空氣一部分被排氣扇排出，一部分經(jīng)空調(diào)蒸發(fā)器后再次送出。

　　三、新風置換系統(tǒng)的設計

　　1．系統(tǒng)控制實現(xiàn)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(tǒng)調(diào)節(jié)參數(shù)的不同，可以將智能化系統(tǒng)的控制模式劃分為三種類型：第一種是自動鎖定系統(tǒng)。例如按照設定的溫濕度值作為調(diào)節(jié)參數(shù)，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(diào)節(jié)系統(tǒng)”。一般的空調(diào)都采用這種調(diào)節(jié)方式。第二種稱為程序調(diào)節(jié)系統(tǒng)，即以時間為調(diào)節(jié)參數(shù)，按照事先給定的時間函數(shù)來調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運行狀態(tài)。對于農(nóng)村電網(wǎng)不穩(wěn)的地方較為適用。也稱為“定時調(diào)節(jié)系統(tǒng)”。第三種則是隨動調(diào)節(jié)系統(tǒng)。按照設定的室內(nèi)溫濕度值與室外自然氣溫之間的差值進行調(diào)節(jié)就是標準的隨動調(diào)節(jié)。它是以一個確定的差值作為調(diào)節(jié)參數(shù)。因此，設定值的確定是空調(diào)設計的合理性問題，是直接節(jié)能問題。

　　2．系統(tǒng)控制基本思路

　　系統(tǒng)的運行按照季節(jié)的不同，綜合室內(nèi)外溫度的情況，分為以下幾種：

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

　　②過渡季節(jié)：一是判別電路確定室內(nèi)外溫度差在＋3℃（可調(diào)）以上時，且室外溫度低于16℃（可調(diào)）高于8℃（可調(diào)）時，控制繼電器動作，同時開啟進排風風扇，關閉空調(diào)機組的運行；二是當室內(nèi)外溫度差在＋3℃（可調(diào)）以上時，室外溫度高于16℃，低于23℃時，空調(diào)系統(tǒng)自動運行，換氣設備同時運行。因為16℃是機房空調(diào)送風溫度的上限。在與室內(nèi)熱量交換后，一部分排出室外，一部分經(jīng)過機房專用空調(diào)的蒸發(fā)器再次循環(huán)。當新風置換無法滿足機房溫度要求時，機房專用空調(diào)啟動制冷。對于無空調(diào)的機房，只要設置超過室內(nèi)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(jié)的第一種情況相同，新風置換系統(tǒng)連續(xù)運行。第二種情況是當室外溫度低于8℃（可調(diào)）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(xiàn)室內(nèi)結露情況。此時應開啟室內(nèi)機房專用空調(diào)自動運行，新風置換系統(tǒng)根據(jù)室內(nèi)溫度正比例控制風扇啟動數(shù)量，使得室外新風與室內(nèi)循環(huán)風混合，避免設備的過冷導致結露現(xiàn)象，并在濕度過大時空調(diào)除濕。

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

　　⑤濕度控制：在溫度判斷的同時，根據(jù)室內(nèi)濕度情況，當?shù)竭_濕度設定點后，啟動空調(diào)進行除濕。對于無空調(diào)的接入網(wǎng)機房，可以根據(jù)測試的室內(nèi)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(nèi)濕度大于室外濕度時則啟動新風裝置。

　　⑥消防與排煙：系統(tǒng)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(nèi)外側(cè)加裝壓力比較裝置，用于判斷濾網(wǎng)的清潔。

　　⑧系統(tǒng)分為自動和手動模式。當自動系統(tǒng)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(nèi)空調(diào)回風溫度和室外溫度的差值。室內(nèi)外溫差值是決定開啟新風置換系統(tǒng)的依據(jù)，界定溫度差的依據(jù)可以根據(jù)啟動換氣系統(tǒng)風扇的能耗、使用時間、折舊費用、清潔、更換內(nèi)外過濾裝置的費用來計算。

　　4．進風和排風系統(tǒng)

　　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(diào)的送風進行混合，其設計依據(jù)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(nèi)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(cè)，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(nèi)潔凈度要求出發(fā)，設計內(nèi)外雙濾網(wǎng)，排風口設計單濾網(wǎng)以減少排氣阻力，均加鐵絲網(wǎng)罩，防止小動物的進入。由于進風和排風系統(tǒng)濾網(wǎng)的不同，導致進風和排風量的差異，機房會形成負壓，根據(jù)機房正壓的需要，進風功率總數(shù)應大于排風功率總數(shù)。④新風置換風扇的計算可以根據(jù)機房換氣量的要求，大于等于30次/小時，考慮風扇數(shù)量。⑤對于不具備發(fā)電機組的節(jié)點，可以考慮采用直流48V電機來保證停電時節(jié)點內(nèi)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(fā)熱，高顯熱負荷，在不加濕的情況下，室內(nèi)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(nèi)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(nèi)環(huán)境的露點溫度，在和室內(nèi)空調(diào)的送風空氣混合后，會高于室內(nèi)環(huán)境的露點溫度，不會對設備產(chǎn)生影響。室外進風濕度很大，在于室內(nèi)空調(diào)送風混合后，可以改善室內(nèi)濕度低的狀況，反而可以省去室內(nèi)的加濕設備。若濕度超過機房設定的值，則啟動專用空調(diào)除濕。

　　６．潔凈度要求

　　①設備內(nèi)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在以上進排風系統(tǒng)中已經(jīng)考慮了濾網(wǎng)，整個空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的濾網(wǎng)有進風（2道），機房專用空調(diào)（1道），排風（1道，主要考慮在新風置換系統(tǒng)停止運行時，室外新風進入時灰塵的影響）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(qū)域環(huán)境差，可以考慮通風置換系統(tǒng)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(tǒng)中串入時間控制繼電器，在20：00～07：00時，系統(tǒng)開啟運行。

　　７．最小新風量和變風量調(diào)節(jié)

　　①夏季6~8月，溫度幾乎不低于23度，若要保持室內(nèi)空氣品質(zhì)，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(diào)節(jié)最小新風量，則需要設計變風量調(diào)節(jié)系統(tǒng)。調(diào)節(jié)方式有進風和排風風閥調(diào)節(jié)、風量匹配調(diào)節(jié)、靜壓送風控制、溫度或焓值控制、葉片調(diào)節(jié)、轉(zhuǎn)數(shù)調(diào)節(jié)等。調(diào)節(jié)方式根據(jù)不同的設計思路，實現(xiàn)方式不同。變風量調(diào)節(jié)系統(tǒng)更加節(jié)能的保持室內(nèi)外溫、濕度場的動態(tài)平衡。調(diào)節(jié)系統(tǒng)使空調(diào)送風特性發(fā)生了較大的變化，這是與定風量系統(tǒng)的重要區(qū)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(diào)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(diào)與新風置換裝置的聯(lián)動及變風量系統(tǒng)可以減少加熱的使用，節(jié)約能源。

　　９．地板下的處理

　　活動地板下空間作為機房空調(diào)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(diào)的除濕過程，增加了機房空調(diào)的潛熱負荷，消耗了大量的能量。

　　10．控制精度

　　實際系統(tǒng)往往是復雜的，控制精度越高，系統(tǒng)越容易引起振蕩。過快的調(diào)整反而會產(chǎn)生反彈超調(diào)現(xiàn)象。調(diào)節(jié)時間過短也容易引起振蕩。片面地提高控制精度，以縮小調(diào)節(jié)范圍，追求最小調(diào)整時間，有時候會適得其反。選擇恰當?shù)牟蓸又芷诤涂刂坪瘮?shù)，使系統(tǒng)輸出響應的調(diào)整時間、波紋、超調(diào)量等指標綜合最優(yōu)化，實現(xiàn)最小調(diào)整時間。

　　四、新風置換系統(tǒng)的優(yōu)缺點

　　優(yōu)點：（1）A的優(yōu)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(nèi)的污染物，提高了室內(nèi)空氣品質(zhì)，使員工工作在一個健康的環(huán)境中。（3）延長了機房專用空調(diào)設備的使用壽命，減少了故障的發(fā)生率，節(jié)約了維護成本。（4）對于無空調(diào)的機房，特別是接入網(wǎng)點，改善了通信設備的工作環(huán)境，延長了設備的使用壽命，提高了網(wǎng)絡的安全性。對于蓄電池組，產(chǎn)生的效益更加明顯。

　　缺點：（1）新風置換系統(tǒng)的引入雖然起到了節(jié)能降耗的作用，并有效地改善了室內(nèi)空氣的品質(zhì)，但增加了系統(tǒng)的復雜性。室內(nèi)溫濕度場、風量的動態(tài)穩(wěn)定性也不如單純機房空調(diào)使用效果好。（2）需要考慮空氣過濾器的效率和費用。