淺析通信機(jī)房新風(fēng)置換系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(yán)格，通信設(shè)備對環(huán)境的要求也越來越重要。目前控制機(jī)房環(huán)境變化的主要手段是通過機(jī)房空調(diào)進(jìn)行調(diào)節(jié)，機(jī)房空調(diào)的能耗已占到總能耗的一半以上。在企業(yè)精細(xì)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(hù)運(yùn)行成本。
一、通信機(jī)房的新風(fēng)置換
1．新風(fēng)置換系統(tǒng)的必要性
目前大量的有源節(jié)點(diǎn)并沒有配置空調(diào)，機(jī)房夏季溫度高，對設(shè)備影響很大，特別是對于蓄電池組，當(dāng)溫度超過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(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(shí)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(shí)施，新一輪的機(jī)房建設(shè)呼之欲出，新風(fēng)置換系統(tǒng)可以做為電信3G機(jī)房的配套工程，有效的保護(hù)通信設(shè)備。
2．新風(fēng)置換裝置的計(jì)算
不使用新風(fēng)置換裝置的費(fèi)用計(jì)算：按300W/㎡制冷量計(jì)算，假如機(jī)房面積在1000㎡，機(jī)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(fèi)0.6元，壓縮機(jī)年運(yùn)行時(shí)間在70％：(300×1000)/3×24×365/1000×0.6×0.7＝36.792萬元。
新風(fēng)置換裝置的計(jì)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(jié)變化較大，不便于計(jì)算，按使用新風(fēng)置換裝置后，空調(diào)運(yùn)行時(shí)間30％，采用10臺5.5KW變頻風(fēng)機(jī)，年運(yùn)行時(shí)間50％，耗電80％運(yùn)行，計(jì)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(jì)算，可以看到，至少可以節(jié)約25％左右的電費(fèi)。
若企業(yè)每年消耗的電費(fèi)中50％來自空調(diào)，通過新風(fēng)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(fèi)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(diǎn)，通過新風(fēng)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(shí)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(qiáng)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(hù)成本增加。
對于無人光節(jié)點(diǎn)和基站可以不使用空調(diào)，采用60W風(fēng)機(jī)，風(fēng)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(fēng)置換系統(tǒng)的原理
置換通風(fēng)屬于下送風(fēng)的一種，氣流從位于側(cè)墻下部的進(jìn)氣風(fēng)扇強(qiáng)制送入室內(nèi)，再與室內(nèi)機(jī)房空調(diào)送風(fēng)充分混合后，經(jīng)導(dǎo)流口進(jìn)入工作區(qū)，吸收人員和設(shè)備負(fù)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(gè)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(fēng)置換系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
1．系統(tǒng)控制實(shí)現(xiàn)方式
可以使用溫濕度傳感器、雨量計(jì)，由計(jì)算機(jī)控制通風(fēng)設(shè)備自動開閉換氣扇的運(yùn)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(shí)間為調(diào)節(jié)參數(shù)，按照事先給定的時(shí)間函數(shù)來調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運(yùn)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(shí)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(jìn)行調(diào)節(jié)就是標(biāo)準(zhǔn)的隨動調(diào)節(jié)。它是以一個(gè)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(jì)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(yùn)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(jī)房應(yīng)關(guān)閉新風(fēng)置換設(shè)備，否則會增加室內(nèi)機(jī)房專用空調(diào)的熱負(fù)荷。對于無空調(diào)的一般機(jī)房、接入網(wǎng)點(diǎn)，當(dāng)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(shí)，且室外溫度低于16℃（可調(diào)）高于8℃（可調(diào)）時(shí)，控制繼電器動作，同時(shí)開啟進(jìn)排風(fēng)風(fēng)扇，關(guān)閉空調(diào)機(jī)組的運(yùn)行；二是當(dāng)室內(nèi)外溫度差在＋3℃（可調(diào)）以上時(shí)，室外溫度高于16℃，低于23℃時(shí)，空調(diào)系統(tǒng)自動運(yùn)行，換氣設(shè)備同時(shí)運(yùn)行。因?yàn)?6℃是機(jī)房空調(diào)送風(fēng)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(jī)房專用空調(diào)的蒸發(fā)器再次循環(huán)。當(dāng)新風(fēng)置換無法滿足機(jī)房溫度要求時(shí)，機(jī)房專用空調(diào)啟動制冷。對于無空調(diào)的機(jī)房，只要設(shè)置超過室內(nèi)設(shè)定溫度（如23℃）啟動運(yùn)行，低于停止溫度（如20℃）停止運(yùn)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(fēng)置換系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行。第二種情況是當(dāng)室外溫度低于8℃（可調(diào)）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(xiàn)室內(nèi)結(jié)露情況。此時(shí)應(yīng)開啟室內(nèi)機(jī)房專用空調(diào)自動運(yùn)行，新風(fēng)置換系統(tǒng)根據(jù)室內(nèi)溫度正比例控制風(fēng)扇啟動數(shù)量，使得室外新風(fēng)與室內(nèi)循環(huán)風(fēng)混合，避免設(shè)備的過冷導(dǎo)致結(jié)露現(xiàn)象，并在濕度過大時(shí)空調(diào)除濕。
?、芷渌闆r：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(qiáng)行通風(fēng)降溫。
⑤濕度控制：在溫度判斷的同時(shí)，根據(jù)室內(nèi)濕度情況，當(dāng)?shù)竭_(dá)濕度設(shè)定點(diǎn)后，啟動空調(diào)進(jìn)行除濕。對于無空調(diào)的接入網(wǎng)機(jī)房，可以根據(jù)測試的室內(nèi)外濕度的情況，及時(shí)啟動或關(guān)閉新風(fēng)裝置。當(dāng)雨天或室外濕度大于70％，則關(guān)閉；當(dāng)室內(nèi)濕度大于室外濕度時(shí)則啟動新風(fēng)裝置。
?、尴琅c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(jìn)、排風(fēng)風(fēng)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(dāng)自動系統(tǒng)失效，可手動控制換氣設(shè)備運(yùn)行。
3．溫差的設(shè)定
這里指的溫差是室內(nèi)空調(diào)回風(fēng)溫度和室外溫度的差值。室內(nèi)外溫差值是決定開啟新風(fēng)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(fēng)扇的能耗、使用時(shí)間、折舊費(fèi)用、清潔、更換內(nèi)外過濾裝置的費(fèi)用來計(jì)算。
4．進(jìn)風(fēng)和排風(fēng)系統(tǒng)
?、龠M(jìn)風(fēng)設(shè)置在機(jī)房北墻或東西墻下部，進(jìn)風(fēng)應(yīng)在地板下與專用空調(diào)的送風(fēng)進(jìn)行混合，其設(shè)計(jì)依據(jù)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(nèi)低焓值空氣混合防止結(jié)露。②排風(fēng)口的位置在機(jī)房上部外墻，建議在南墻，若在與進(jìn)風(fēng)口同側(cè)，應(yīng)考慮與上層進(jìn)風(fēng)口位置錯(cuò)開，避免上層機(jī)房進(jìn)風(fēng)為換熱過的空氣。③進(jìn)風(fēng)口從滿足室內(nèi)潔凈度要求出發(fā)，設(shè)計(jì)內(nèi)外雙濾網(wǎng)，排風(fēng)口設(shè)計(jì)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(jìn)入。由于進(jìn)風(fēng)和排風(fēng)系統(tǒng)濾網(wǎng)的不同，導(dǎo)致進(jìn)風(fēng)和排風(fēng)量的差異，機(jī)房會形成負(fù)壓，根據(jù)機(jī)房正壓的需要，進(jìn)風(fēng)功率總數(shù)應(yīng)大于排風(fēng)功率總數(shù)。④新風(fēng)置換風(fēng)扇的計(jì)算可以根據(jù)機(jī)房換氣量的要求，大于等于30次/小時(shí)，考慮風(fēng)扇數(shù)量。⑤對于不具備發(fā)電機(jī)組的節(jié)點(diǎn)，可以考慮采用直流48V電機(jī)來保證停電時(shí)節(jié)點(diǎn)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(jī)房熱負(fù)荷多為電子元件發(fā)熱，高顯熱負(fù)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(dú)立的加濕裝置外，機(jī)房一般沒有加濕。因此，即使進(jìn)風(fēng)溫度低于室內(nèi)環(huán)境的露點(diǎn)溫度，在和室內(nèi)空調(diào)的送風(fēng)空氣混合后，會高于室內(nèi)環(huán)境的露點(diǎn)溫度，不會對設(shè)備產(chǎn)生影響。室外進(jìn)風(fēng)濕度很大，在于室內(nèi)空調(diào)送風(fēng)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(jī)房設(shè)定的值，則啟動專用空調(diào)除濕。
６．潔凈度要求
?、僭O(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(dǎo)致故障產(chǎn)生。②在通信機(jī)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(yuǎn)優(yōu)于指標(biāo)要求。③在以上進(jìn)排風(fēng)系統(tǒng)中已經(jīng)考慮了濾網(wǎng)，整個(gè)空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的濾網(wǎng)有進(jìn)風(fēng)（2道），機(jī)房專用空調(diào)（1道），排風(fēng)（1道，主要考慮在新風(fēng)置換系統(tǒng)停止運(yùn)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(shè)備本身還帶有濾網(wǎng)，這樣完全可以保證機(jī)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(fēng)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(shí)間控制繼電器，在20：00～07：00時(shí)，系統(tǒng)開啟運(yùn)行。
?。罚钚⌒嘛L(fēng)量和變風(fēng)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(jì)算最小新風(fēng)量。在ASJRAE62-1989R中，房間最小新風(fēng)量由每人最小新風(fēng)量指標(biāo)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(biāo)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(diào)節(jié)最小新風(fēng)量，則需要設(shè)計(jì)變風(fēng)量調(diào)節(jié)系統(tǒng)。調(diào)節(jié)方式有進(jìn)風(fēng)和排風(fēng)風(fēng)閥調(diào)節(jié)、風(fēng)量匹配調(diào)節(jié)、靜壓送風(fēng)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(jì)思路，實(shí)現(xiàn)方式不同。變風(fēng)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(fēng)特性發(fā)生了較大的變化，這是與定風(fēng)量系統(tǒng)的重要區(qū)別。③簡單控制：可以通過定時(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(fù)荷。
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加熱一是當(dāng)空調(diào)除濕后使用，一是當(dāng)冬季室外溫度過冷加熱新風(fēng)使用。合理的設(shè)計(jì)機(jī)房空調(diào)與新風(fēng)置換裝置的聯(lián)動及變風(fēng)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(jī)房空調(diào)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)的過程中地表面不會因地面和冷風(fēng)的溫差而結(jié)露。在程控機(jī)房下的電力室，特別是電池室往往可以在夏季看到機(jī)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(diào)的除濕過程，增加了機(jī)房空調(diào)的潛熱負(fù)荷，消耗了大量的能量。
10．控制精度
實(shí)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(shí)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(shí)間，有時(shí)候會適得其反。選擇恰當(dāng)?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(shí)間、波紋、超調(diào)量等指標(biāo)綜合最優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)最小調(diào)整時(shí)間。
四、新風(fēng)置換系統(tǒng)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(gè)健康的環(huán)境中。（3）延長了機(jī)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(hù)成本。（4）對于無空調(diào)的機(jī)房，特別是接入網(wǎng)點(diǎn)，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(diǎn)：（1）新風(fēng)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(fēng)量的動態(tài)穩(wěn)定性也不如單純機(jī)房空調(diào)使用效果好。（2）需要考慮空氣過濾器的效率和費(fèi)用。
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