海用電子設(shè)備機(jī)房空氣幕的應(yīng)用研究

關(guān)堂新 （海軍駐合肥地區(qū)軍事代表室，安徽 合肥 230088）

0 緒論

近些年，隨著我國海洋建設(shè)與開發(fā)的不斷推進(jìn)，海島環(huán)境下大量裝備大型電子裝備，海用電子設(shè)備機(jī)房的建設(shè)隨之大量增加。電子設(shè)備機(jī)房主要指的是：指揮所、雷達(dá)、通信、電子對抗等設(shè)備的控制室以及發(fā)射機(jī)房、天線罩等設(shè)備與設(shè)施。電子設(shè)備房的主要功能為人員值班、設(shè)備保護(hù)、環(huán)境保護(hù)等。其中，設(shè)備保護(hù)主要用于防止電子設(shè)備被人為、臺風(fēng)及其它自然因素等破壞。電子設(shè)備機(jī)房的作用及效能對電子設(shè)備的可靠性、維修性、環(huán)境適應(yīng)性甚至是技戰(zhàn)術(shù)性能起著極為重要的作用，電子設(shè)備不可或缺的一個關(guān)鍵設(shè)施。

1 海用電子設(shè)備機(jī)房的要求

電子設(shè)備機(jī)房建設(shè)的一個重要工作是環(huán)境條件控制。環(huán)境條件對機(jī)房的影響因素有：溫度、濕度、灰塵、有害氣體等[1]。電子設(shè)備機(jī)房有嚴(yán)格的溫控和濕度控制要求，一般要求如下[1]。

工作時溫度 22～24℃（A 級）、18～28℃（B級）；非工作時，5～35℃。工作時濕度為40%～55%（A級）35%～75%（B級），非工作時，40%～70%（A級），20%～80%（B級）。

對于海用機(jī)房而言，溫度及濕度控制是機(jī)房設(shè)計(jì)、建設(shè)及維護(hù)工作中最有挑戰(zhàn)的工作。

沿海和島礁環(huán)境下日照強(qiáng)烈、氣溫高。機(jī)房熱負(fù)荷大。過高的機(jī)房溫度不僅影響操作人員工作的舒適度和工作效率，還會影響電子設(shè)備的可靠性和使用壽命。

機(jī)房空氣濕度也是影響電子設(shè)備可靠性的重要因素。當(dāng)濕度達(dá)到65%以上時，水膜厚度可達(dá)0.01 μm，這種水膜會造成“導(dǎo)電通路”，影響集成電路的電氣性能。

濕度主要是通過控溫來實(shí)現(xiàn)的，同時，可以采用除濕機(jī)等設(shè)備作為專用的控濕設(shè)備。在島礁電子設(shè)備機(jī)房中常常采用控溫和除濕相結(jié)合的辦法進(jìn)行濕度控制。

電子機(jī)房環(huán)境設(shè)計(jì)中另一個工作為控制灰塵設(shè)計(jì)?；覊m包括：漂浮狀塵埃、昆蟲及排泄物、纖維、細(xì)菌、化學(xué)粉塵等?；覊m對顯示器、集成電路、板卡間的接觸面等元器件有著較大的影響。灰塵主要來源于工作人員進(jìn)出機(jī)房、機(jī)房門窗密封不嚴(yán)、機(jī)房墻體脫落物、空調(diào)系統(tǒng)及換氣系統(tǒng)。

有害氣體主要是對設(shè)備有腐蝕性的海風(fēng)、二氧化硫、硫化氫、臭氧、氯氣等氣體。有害氣體在與空氣中的水作用后生成酸、堿、鹽等腐蝕性物質(zhì)，對電路元件產(chǎn)生較大的影響。海風(fēng)中存在大量的鹽粒，危害尤其嚴(yán)重。海風(fēng)會對電子元器件、電路、金屬件等造成嚴(yán)重腐蝕，使之失效，嚴(yán)重時甚至?xí)?dǎo)致安全事故。

相對于溫度、濕度而言，灰塵、海風(fēng)等并未引起重視，但破壞作用更大。常用的控制灰塵主要手段有：對進(jìn)入機(jī)房的人員服裝管理，保持機(jī)房與外界的正壓差，機(jī)房門窗采用雙層密封式，空調(diào)及換氣設(shè)備安裝空氣過濾器，及時做好清潔除塵工作。

對有害氣體的防護(hù)應(yīng)與控溫、控濕、控塵等措施綜合考慮。目前采取的措施為：在空調(diào)口加設(shè)活性炭過濾器，實(shí)現(xiàn)對機(jī)房內(nèi)部空氣進(jìn)行重復(fù)循環(huán)過濾等。

綜上所述，空調(diào)是海用電子設(shè)備機(jī)房最核心的環(huán)控設(shè)備。根據(jù)工程統(tǒng)計(jì)，在海環(huán)境下，空調(diào)的用電量占機(jī)房用電量的50%以上，有時甚至達(dá)到80%以上。因此，空調(diào)已成為電子設(shè)備機(jī)房一個極為重要的設(shè)備[3]。

大量使用空調(diào)會帶來空調(diào)負(fù)荷的急劇增加，這將造成如下影響：空調(diào)功率加大，用電量增加；空調(diào)使用維護(hù)工作增加；空調(diào)使用壽命降低。從另一方面，一味地增加空調(diào)使用也不能徹底解決問題，特別是進(jìn)入房間的海風(fēng)和灰塵，在電場的作用下，相當(dāng)一部分會在電子設(shè)備中集聚下來。隨著使用時間的增加，將嚴(yán)重影響電子設(shè)備的壽命。因此，從“密封”角度出發(fā)，增加電子設(shè)備機(jī)房的密封性，減少熱氣、水氣、灰塵等的進(jìn)入，阻止海風(fēng)及昆蟲等的進(jìn)入，實(shí)現(xiàn)電子機(jī)房的空氣完整性，可以大大降低空調(diào)的使用負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)清潔、節(jié)能、安全的電子設(shè)備機(jī)房工作環(huán)境，提升電子設(shè)備使用和運(yùn)維的費(fèi)效比。大門空氣幕可以實(shí)現(xiàn)人員進(jìn)出與空氣隔離的有機(jī)統(tǒng)一，是配合空調(diào)工作，減少用電量，保證室內(nèi)空氣質(zhì)量的一種重要設(shè)備。

2 大門空氣幕工作原理

空氣幕工作原理是讓高速噴出的空氣流形成一道無形的門簾，既方便人員出入，又能防止室內(nèi)外冷熱空氣的交換?？諝饽粦?yīng)用特制的高轉(zhuǎn)速電機(jī)，帶動貫流式、離心式或軸流式風(fēng)輪運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生高速的氣流，形成一道強(qiáng)大的氣流屏障，將室內(nèi)外空氣分成兩個獨(dú)立的溫度區(qū)域，保持室內(nèi)空調(diào)及凈化空氣的效果。持續(xù)形成的空氣門能有效防止冷（暖）空氣外泄，在節(jié)省了用電量的同時，輔助循環(huán)調(diào)節(jié)溫度、防止室外的灰塵、蚊蟲、海風(fēng)、有害氣體等進(jìn)入室內(nèi)，同時，可以產(chǎn)生大量的負(fù)離子，改善肺功能，產(chǎn)生新鮮空氣，防止靜電的產(chǎn)生?？諝饽灰言诖笮蛨鲳^等廣泛使用，改善因空調(diào)能量分配的均勻性，達(dá)到室內(nèi)溫度的均衡。

按送風(fēng)的方向[2]，空氣幕可分為上送式、下送式和側(cè)送式。上送式是指空氣幕安裝在需要隔絕氣流交換的門洞的上部，向下送風(fēng)。側(cè)送式是指空氣幕安裝在需要隔絕氣流的側(cè)面的門洞，采用單側(cè)或雙側(cè)送風(fēng)的方式。下送式是指空氣幕安裝在需要隔絕氣流交換的門洞的下部，向上送風(fēng)。

空氣幕按配用的風(fēng)機(jī)型式可分為：貫流式、離心式和軸流式。貫流式氣流垂直于軸線進(jìn)入，以相反的方向穿過排出，其進(jìn)出口氣流在較大的送回平面內(nèi)很均勻，適用于隔離空間小的場合。離心式氣流從風(fēng)輪的一端沿軸線進(jìn)入，從垂直于軸線的方向排出，離心式風(fēng)幕機(jī)出風(fēng)集中、壓力較大適用于隔離空間大的場合。軸流式風(fēng)幕機(jī)出風(fēng)集中，風(fēng)量大，適用于安裝高度較低、空間較大的場合。

空氣幕可以產(chǎn)生熱空氣和非制熱空氣，具有很多功能。隔熱功能：在頻繁出入的餐廳、商店等可以以60%～80%的效率保持室內(nèi)的冷暖空氣溫度。防蟲功能：可以防止大部分有害的昆蟲進(jìn)入房間。防塵功能：常用來隔離室外的灰塵進(jìn)入室內(nèi)，主要用于商店、精密制造廠等地方。負(fù)離子產(chǎn)生功能，可以產(chǎn)生負(fù)離子，改善室內(nèi)工作環(huán)境。

3 海用電子設(shè)備機(jī)房加裝大門空氣幕建議

當(dāng)前海用設(shè)備電子機(jī)房主要存在如下問題：室內(nèi)未能做到完全密封；耗電量大；值班室內(nèi)部空氣質(zhì)量差。

電子設(shè)備機(jī)房設(shè)計(jì)最主要的問題是室內(nèi)未能做到完全密封，表現(xiàn)為室內(nèi)存在明顯的海水腥味。原因主要是：機(jī)房大門未能做到密封；人員出入較多。受施工條件、施工水平限制，機(jī)房的大門的密封度不能達(dá)到完全密封的要求，主要是門與框之間的密封很難嚴(yán)格對準(zhǔn)，造成室內(nèi)外空氣存在一定的擴(kuò)散，難以形成室內(nèi)空氣的正壓。另一個原因是人員出入：作為機(jī)房免不了有人員出入，如正常的值班人員輪換、維護(hù)人員的操作、其它人員的出入等。實(shí)測表明，對于未采取措施的機(jī)房，在機(jī)房門開關(guān)時，空調(diào)濕度表的讀數(shù)會從50%短暫驟升到80%以上，溫度表計(jì)數(shù)會從25度升到28度以上，隨著開門的時間和頻次的增加，讀數(shù)還會增加。試驗(yàn)表明：在進(jìn)出機(jī)房時會導(dǎo)致室內(nèi)外空氣的交換，導(dǎo)致室內(nèi)溫度、濕度控制的效果變差，這將導(dǎo)致空調(diào)工作負(fù)荷增加，同時還會導(dǎo)致灰塵、昆蟲、海風(fēng)的進(jìn)入。

由于機(jī)房的熱負(fù)荷大，只要設(shè)備開機(jī)，空調(diào)就必須工作，有時甚至設(shè)備不開機(jī)，為了保持溫濕度，空調(diào)也不得不24h開機(jī)。海環(huán)境下，特別是島礁之上，能源供應(yīng)壓力大，用電緊張，因此，減少用電量具有重要的意義。減小用電量在于設(shè)計(jì)具有更好隔熱效果的土建墻體和保持室內(nèi)空氣的密閉與穩(wěn)定。

由于電子設(shè)備機(jī)房為密封空間，考慮電磁兼容、防靜電等因素，室內(nèi)裝修采用了很多特種裝修材料；由于值班人員多、空氣不流通，加之電子設(shè)備會產(chǎn)生臭氧等原因，機(jī)房空氣質(zhì)量一般較差。為改善室內(nèi)空氣質(zhì)量，保障值班人中的健康，機(jī)房有時需要開門窗換氣，這就進(jìn)一步加大了空調(diào)的工作負(fù)荷。

綜上所述，密封設(shè)計(jì)是電子設(shè)備機(jī)房的一個重要因素，既要保證密封，又要保持室內(nèi)空氣質(zhì)量良好。在大型場館、超市等地，空氣幕墻使用頻繁，可以較好的解決這個問題。因此，建議在電子設(shè)備機(jī)房中增加空氣幕。

空氣幕設(shè)備主要包括[2]：空氣處理設(shè)備，通風(fēng)機(jī)，風(fēng)管系統(tǒng)及空氣分布器等。機(jī)房空氣幕最主要的是設(shè)計(jì)考慮是空氣分布器和通風(fēng)機(jī)?？諝夥植计魃婕暗剿惋L(fēng)的方式、通風(fēng)機(jī)涉及到環(huán)境合適性。

海用電子設(shè)備工作環(huán)境一般為熱負(fù)荷為主，主要功能是保證室內(nèi)的冷空氣溫度，保證室內(nèi)的密封性和正壓條件。在熱負(fù)荷為主時，入戶門打開時空氣斷面如圖1所示。

圖1 空氣幕熱壓力示意圖

圖2 空氣幕安裝示意圖

根據(jù)文獻(xiàn)[2]，可以采用上送風(fēng)的方式，風(fēng)由上面向斜外側(cè)吹，回收風(fēng)口放在前下方。如圖2所示。

基于圖2，現(xiàn)有機(jī)房加裝空氣幕方案規(guī)劃如下：機(jī)房內(nèi)設(shè)計(jì)一個小型的緩沖室，類似一個門廊，開門后首先進(jìn)入門廊，門廊內(nèi)為空氣幕通道，氣體自上向前下吹，形成一個無形的氣流層，當(dāng)人員進(jìn)出時，可以通過，但室外的空氣、灰塵、昆蟲和海風(fēng)絕大部分會被隔離。

通過上述設(shè)計(jì)，可以將空調(diào)的功耗減少50%以上，可以阻斷空氣中的大型顆粒，如海風(fēng)中的鹽粒、空氣中的灰塵、有害氣體等，基本隔斷昆蟲的進(jìn)入。通過增加負(fù)粒子產(chǎn)生模塊，可以大大改善機(jī)房內(nèi)的空氣質(zhì)量。

4 結(jié)語

空氣幕可以有效的保證室內(nèi)空氣溫度、濕度和潔凈度，大幅度降低空調(diào)的工作負(fù)荷，同時，可以有效提高機(jī)房防塵、防潮、防蟲等效果。通過增加負(fù)離子模塊，可以有效改善室內(nèi)空氣質(zhì)量?？諝饽粌r格低、效率高，可以大量安裝于海用電子設(shè)備機(jī)房。本文所述方案同樣適合于改善電子方艙的工作環(huán)境。