淺析通信機房新風置換系統(tǒng)設(shè)計思路
隨著通信設(shè)備集成化程度的提高,通信設(shè)備的單位體積功率密度增加,設(shè)備對溫度的要求也越來越嚴格,通信設(shè)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(shè)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(yīng)熱量,提高了電池的反應(yīng)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(shè)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(shè)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(shè)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(shè)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(shè)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(shè)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(shè)備增加――耗電增加――線路增加――變配電設(shè)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(shè)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(shè)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(shè)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(shè)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(shè)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(shè)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(shè)定值的確定是空調(diào)設(shè)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:
?、傧募荆河捎谕饨绛h(huán)境溫度一般不會低于23℃,對于有空調(diào)的機房應(yīng)關(guān)閉新風置換設(shè)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(yīng)啟動換氣散熱。
?、谶^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(guān)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(shè)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(shè)置超過室內(nèi)設(shè)定溫度(如23℃)啟動運行,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(jié)露情況。此時應(yīng)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(shè)備的過冷導致結(jié)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(shè)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(shè)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(guān)閉新風裝置。當雨天或室外濕度大于70%,則關(guān)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(shè)備連接。若告警設(shè)備啟動,則切斷換氣設(shè)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。
?、嘞到y(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(shè)備運行。
3.溫差的設(shè)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)
?、龠M風設(shè)置在機房北墻或東西墻下部,進風應(yīng)在地板下與專用空調(diào)的送風進行混合,其設(shè)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(jié)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(yīng)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(shè)計內(nèi)外雙濾網(wǎng),排風口設(shè)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(yīng)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。
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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(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(shè)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(shè)備。若濕度超過機房設(shè)定的值,則啟動專用空調(diào)除濕。
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①設(shè)備內(nèi)部積灰后,一方面影響設(shè)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(shè)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(shè)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。
?。罚钚⌒嘛L量和變風量調(diào)節(jié)
?、傧募?~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(shè)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(shè)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。
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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(shè)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。
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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(jié)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(fù)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(yīng)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(shè)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(shè)備的工作環(huán)境,延長了設(shè)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:(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(fù)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。