数字电视播出机房精密空调系统的设计与建设

数字电视播出机房精密空调系统的设计与建设
武汉广播电视台万建张万超柯翰冰
摘要：本文分析了武汉广播电视台数字电视播出机房精密空调系统的设计,详细介绍了精密空调系统组成、技术特点、运维保障，保障了安全播出，节约了运维成本。

关键词：精密空调模块化空调漏水报警检测远程监控
1．前言
精密空调采用高性能压缩机及专门的加湿系统、高效的除湿系统及电加热补偿系统，能对机房内的温湿度进行精确控制，对机房空气洁净度和分布进行综合控制的专用空调，设计对象是电子设备。

而普通舒适性空调设计对象主要对人，温湿度控制精度低，风压低，送风量小，在制冷的同时也在除湿，机房的冷却不均匀，存在区域温差，可使机房设备电子器件表面累积静电，严重时放电能损坏设备，影响数据的传输和储存，长期24小时工作能耗及故障率高。

而机房专用精密空调性能安全可靠，易于维护管理。

精密空调的设计及使用寿命、平均无故障时间等性能均远超舒适性空调。

现代数字电视播出设备元器件高度密集，对环境温湿度，洁净度要求相当高。

若机房环境温度过高会导致设备工作时产生的热量不能及时散发，将导致设备性能劣化，造成数字设备故障。

同时若机房内相对湿度过低或过高，会产生静电或绝缘下降造成系统设备工作异常，从而也会造成设备损害。

这都会给电视安全播出造成重大事故隐患，增大设备维保经费，降低设备使用寿命。

武汉广播电视台构建的电视10频道数字硬盘播出系统，共用了28个机柜，设备安装集中度高，系统发热量大，采用了大量先进的专业电子设备：如6套profile PVS1108服务器，6套配套数字硬盘存储阵列，主备数据库服务器， 128x128高标清数字矩阵，10个频道的全数字播控切换台及配套系统，主备设备服务器，核心光纤数据交换机，数据库迁移服务器，数字延时器，同步器，授时器及50多台各类工作站及200多视音频数据周边处理板等。

因此为了满足我台电视播出设备对环境的要求，我台设计并采用了主备机房精密空调对机房温湿度进行精确控制来保障电视安全播出。

2.电视播出机房环境设计指标要求
我台电视10频道硬盘播出系统精密设备机房总面积约为97㎡，位于大楼裙楼2层的顶层，外围护结构为混凝土墙，日晒热量非常大，顶层已做了隔热及防漏处理，保温情况较好。

由于该机房是电视播出机房，是整个电视台播出工作的重要环节，机房内安置28个专业广电设备机柜、2个配电柜、UPS主备机及电池主备柜等，机柜内专业设备安装密集，整个机房要求365天24小时全天候连续工作，为保障整个系统正常运行，结合工作实际，我台对数字播出机房环境指标提出了严格的要求：
（１）环境温度和湿度
夏季：温度23℃±2℃湿度55％±10％。

冬季：温度20℃±2℃湿度55％±10％。

（２）洁净度
粒度≥0.5μm
个数≤18000粒/分米。

（３）噪音
噪音应＜65dB。

（４）其他
无腐蚀性、爆炸性气体，无导电尘埃。

3. 数字电视播出机房精密空调技术要求
（１）高可靠性，全年365×24小时不间断工作，持续稳定的运行。

（２）主备机模块化工作模式。

（３）便于维护及保养。

（４）下送风方式，具有供风，加热，加湿，冷却和空气除尘的功能。

（５）自动化程度高，在设定的温、湿度范围内全自动控制调整工作。

考虑机房的扩充和材料的变化，空调设备应留有30－50％的余量。

（６）送风量大。

（7）温度湿度必须控制在指定范围内，由于计算机工作状态不同，热量热负荷变化幅度较大，通常要会在10－20％之间变动，机房空调必须能适应此负荷变化。

（８）应具有必要的监测报警功能，在空调发生漏水及其他故障时提供声光报警，以便尽早发现故障并及时维修或处理。

4. 数字电视播出机房空调制冷量计算
我台数字电视播出精密设备机房面积为97㎡，机房净高为2.9m，静电地板距地面约为40㎝，根据此条件，计算如下：
4.1.制冷量
根据GB50174-93《计算机站场地条件》标准中有关电子计算机机房空调负荷配备参数为每平方米机房制冷量负荷为250W－400W。

我台播出精密机房所需制冷量为： Qo＝负荷×机房面积＝0.3kw/㎡× 97㎡＝29.1kw。

4.2.机房换气次数与所需风量
根据GB50174-93《电子计算机房设计规范》标准规定，换气次数为25－40次/小时（取30次/小时），则机房所需总风量L为
L＝机房体积×换气次数＝97×29×30＝8439M³/h
5.STULZ模块化精密空调主要技术特点
根据播出实际情况，经招标我台选用了德国STULZ生产的模块化机房专用精密空调机组MRD662A。

MRD662A由2台独立的MRD331A空调组成，每台MRD331A空调的制冷量为31.1KW（满足设计要求），总制冷量为62.2KW，2台空调根据机房实际温湿度情况既可同时工作，也可互为备份轮流工作，这样既节能，又相应延长了空调的使用寿命，当其中1台空调需要维护保养或检修时，并不影响另一台空调的正常工作，工作可靠性极高。

STULZ机房空调主要技术特点如下。

（１）高自动化
具有来电自动延时开机功能，有过流保护装置
（２）高智能化
高度智能化的新一代C6000中英文控制器。

大屏幕中文显示，方便使用；可显示24小时温、湿度曲线变化，清晰明显；80条报警记录，且有断电数据保护；精密控制各部件达到节能效果；带有标准的RS232/RS485远程监控接口。

（３）真正的模块化空调
独立性强：每块模块均有独立的制冷循环系统，空气处理部件及电气控制部件，模块之间相关性为零，单独模块的故障或维修不影响其他模块的正常运行。

高可靠性：各模块通过控制系统自动切换，轮流工作或同时工作，各模块之间可以互为备份，且模块之间的定期自动切换，保证了备份的保护功能，当机房热负荷突发性的短时间增加，备份模块可自动启动，以弥补制冷量的不足，保证机房的恒温恒湿。

经济实用：可通过备用模块实现20－50％备份，比100％备份节省投资，当增加新设备或热负荷增加时，通过简单的增加模块（共用原控制系统），即可满足要求。

节能性：当热负荷增加时，只启动备份模块，比启动备份机组节省能源。

卸载能力强：各模块参数可设置为梯度运行，这样当热负荷增加或减少时，可通过加载、卸载单模块实现，避免了压缩机的频繁启动。

适用性强：STULZ机组的机外余压在同类产品中最大，从50－350Pa可调，在大面积及各种形式布局的机房中，可通过调整机外余压，获得理想的气流。

6.STULZ机房空调系统组成
6.1.压缩机
压缩机是制冷系统的心脏，STULZ空调采用最先进的copeland 全封闭涡旋式压缩机，与往复式压缩机相比，其特点是：不存在活塞往复惯性力，运转过程有良好的平衡性；转速高，震动小，体积小，重量轻；排湿温度低，压缩比大，效率高；结构简单，零件少，易损件少，寿命长；噪音低。

空调压缩机功率为7.4KW，而活塞式制冷压缩机由于活塞在气缸内运作时其吸气过程是不做功的，它的输入曲线为一正弦曲线，所以其能效比不高，由于活塞在运功动过程中有方向性突变，所以工作震动与噪音均比涡旋式制冷压缩机大了很多，另外，由于活塞式制冷压缩机的零部件比较多，其可靠性也大大小于涡旋式制冷压缩机。

6.2.空气热交换及去湿系统
蒸发器采用大面积斜式设计，布置在风机的吸入部，这样空气均匀的通过蒸发器，保证了恒定的传热量并减少空气扰动，去湿时利用三通阀关闭蒸发器管一部分，以降低蒸发温度，增加了潜冷，这时，再加热的热量也比一般机组要小的多，除湿快速准确，能效最好。

6.3.空气加湿系统
STULZ空调具有标准的电极式加湿器，其特点有：加湿量大，8－13kg/h；加湿速度快，在4秒钟内即可产生水蒸气；水质要求低；具有水处理系统，自动检测加湿罐水中的杂质含量，自动清洁杂质水，减少了氧化结垢；不锈钢电极，质量好，寿命长。

电极加湿高效>90％，湿度控制器精确响应时间快，适应一般水质。

与红外加湿相比，红外加湿效率低60％，响应慢，更换部件费用昂贵，对水质有一定要求。

与超声波加湿相比，超声波加湿产生的是气雾，对设备有害且易造成细菌滋生。

6.4.空气加热系统
STULZ空调电加热器选用不锈钢制式，分二级电加热，一般可达12KW，加热器表面温度低，可避免对空气的电离作用，避免加热时产生异味。

6.5.控制系统
控制器是空调系统的核心，STULZ控制器C6000采用先进的模糊控制理论作为其控制的基础，可对机房环境，温度，湿度，洁净度进行连续24小时的精密控制，并具有自我学习、分、预测、自动控制功能，是一种新型智能控制器。

精密控制：所有模块可设置成以温度为0.3℃为梯度的制冷模块，当热负荷增加时自动加载，模块可故障自停和自投，高效节能。

大屏幕图形显示：显示一天24小时的环境参数曲线。

全面的自动自检测：我台另外采用一个C6000中英文控制器，组
成了双控制器，2个控制器互为备份，当一个控制器发生故障时，另一个控制器自动接管该控制器的工作。

具有标准的RS232/RS485通讯接口，可通过微机在本地及远程对空调机组实行监控。

6.6.空气过滤系统
空气过滤采用EU4级过滤器，可滤掉直径3－5微米以上尘埃，平均效率为95％。

过滤器易拆卸清洁，可反复使用，具有压差报警。

6.7.风冷冷凝器系统
钢质外壳电机适用于各种外部环境，噪音低，重量轻
6.8.风机系统
风机系统双进风离心式风机，皮带传动，机外余压最大，并可调整，运行平衡可靠，噪音低，风机设备在机柜中使气流有一定扩散空间，减少出风口的气流扰动，传送风平稳。

6.9.保护系统
STULZ空调具有多种自保护系统，并具有复位（手动或自动）功能，全部采用接触器保护，反应灵敏，寿命长，维修成本低。

7. 我台精密空调安全运行技术监控及配套保障措施
为确保机房精密空调常年稳定可靠工作，我们利用空调自备的RS232/RS485远程监控接口，通过第三方选用了RX2000机房监控检测报警系统，实现对空调系统高/低压报警，高/低温报警，气流阻塞报警，压缩机高温报警，漏水报警、加湿报警等共36种报警信息（见图1），一旦发现故障可及时获悉故障部位以便及时处置。

为防止机房加湿器进水阀以及空调自身排水等各种原因导致的机房漏水，导致严重播出事故的发生，我们对供水系统进行了二次改造，通过在机房外挂水箱利用高度压力差补水，降低进水水压。

还在空调可能漏水处附近建了防漏水导流孔，并在空调附近筑起一圈矮围栏，一旦漏水可迅速通过导流洞从楼下导流管排走。

另外，为防止机房地面与楼下顶层因温差过大导致楼下顶层凝露漏水，我台在精密设备机房里及楼下顶层进行了隔热处理，以防楼下凝露漏水。

同时还采用了独立的机房漏水报警检测系统，一旦发现问题即可声光报警以便及时处置。

（见图2）
图1
图2
8. 精密空调安全运行日常维护措施
自我台播出精密空调投入使用以来，日常一直认真加强对空调设备的维护管理工作，通过授权对系统运行参数进行设置。

重点对下述九项进行维护保养，发现问题及时处理。

（1）控制系统
检查显示单元各设置参数是否正确，检查维护漏水报警系统，查看历史报警记录对报警内容进行分析消除隐患。

（2）检查空调过滤网
清除过滤网表面的灰尘，检查是否需要更换过滤网。

（３）检查空调风机皮带
重点检查调整皮带松紧度、若发现皮带磨损影响运行就予更换。

（4）检查风机电机
室内风机、电机或者风罩的固定螺丝有无松动；风机轴承有无磨损，若有将产生噪声就予以更换。

（5）检查压缩机
看吸气压力和排气压力是否正常；确认吸气压力是否平稳；有无漏油现象；有无制冷剂泄露现象；从视液镜中观察制冷剂有无水气。

可通过我台购置的空调监控软件查看压缩机运行参数，一旦报警，要及时处理。

（6）检查冷凝器
检查冷凝器是否清洁；检查风扇转动，有无异常噪声，运行电路是否正常。

检查室外冷凝器工作是否正常，电气接点是否紧固，绝缘是否可靠。

（7）检查加湿系统
加湿器供水应保持清洁，出水管道要畅通，加湿器要注意除垢，如结垢需拆下进行清洗，必要时应予整体更换。

（8）检查供水管和补水阀是否有问题
仔细检查供水管和补水阀有无漏水情况。

（9）检查排水系统
接水盘的检查及清洁、底盘的检查及清洁、排水管的检查及清洗等。

结束语
随着计算机技术不断发展，媒体竞争日趋激烈，安全播出日益重要，播出机房环境保障系统在整个播出系统的地位和作用也越发凸显。

通过这几年的实际运行，我台播出精密设备机房环境洁净、温湿度控制到位，有力保障了我台数字电视播出机房核心设备常年24小
时安全运转，播出系统核心设备故障率极低，延长了设备使用年限，降低了播出技术人员劳动强度，为我台节约了大量后期设备运行维修经费。