機房溫度與濕度自動控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

羅健

【摘要】為了確保機房設(shè)備安全和穩(wěn)定的工作，采用綠色、環(huán)保、節(jié)能和降耗的理念，從物理層面上下功夫來降低機房溫度與濕度，通過溫度和濕度自動控制系統(tǒng)解決了溫度過高和濕度過大的歷史難題。

【關(guān)鍵詞】溫度;濕度;設(shè)備;自動控制;風(fēng)扇;節(jié)能

中圖分類號：TN929? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2021.01.028

1. 任務(wù)背景

貴州省廣播電視信息網(wǎng)絡(luò)股份有限公司是整合全省廣電網(wǎng)絡(luò)、實行資產(chǎn)重組，于2008年3月成立的國有股份制文化企業(yè)，是貴州省唯一的有線廣播電視網(wǎng)絡(luò)運營商，全國智慧廣電領(lǐng)軍企業(yè)。公司依托云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、超高清等新興技術(shù)，推進傳統(tǒng)媒體和新興媒體融合發(fā)展，加快全媒體產(chǎn)業(yè)布局，積極構(gòu)建多彩貴州“廣電云”，廣電光纖網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)省、市、縣、鄉(xiāng)、村五級全程全網(wǎng)貫通，積極推動有線無線寬帶窄帶融合協(xié)同覆蓋，在鞏固加強廣播電視黨媒政網(wǎng)主渠道、主陣地的同時，大規(guī)模實施雪亮工程、新時代學(xué)習(xí)大講堂、農(nóng)村應(yīng)急廣播、全省電子政務(wù)外網(wǎng)、燃氣智能抄表、陽光校園·智慧教育、智慧警務(wù)、智慧旅游、智慧醫(yī)養(yǎng)、智慧城市、數(shù)字鄉(xiāng)村等政用、民用、商用融合創(chuàng)新業(yè)態(tài)，持續(xù)推進“一云雙網(wǎng)、一主三用”的智慧廣電新體系建設(shè)。

隨著公司業(yè)務(wù)的不斷擴大，機房設(shè)備在成倍的不斷增加，這些設(shè)備產(chǎn)生的熱量排放于機房內(nèi)，其結(jié)果導(dǎo)致了機房內(nèi)的溫度不斷升高，過高的機房溫度不利于設(shè)備的散熱，嚴重影響了機房設(shè)備的正常工作，而機房內(nèi)的濕度過大，同樣也不利于設(shè)備的工作，溫度過高和濕度過大，非常容易造成設(shè)備的損壞。

2. 技術(shù)改造方案

為了確保機房設(shè)備安全和穩(wěn)定的工作，如何通過綠色、環(huán)保、節(jié)能和降耗的理念來降低機房溫度，是我們的設(shè)計理念和初衷，是擺在我們面前首要的工作任務(wù)。

在眾多設(shè)備的工作下，機房設(shè)備工作的總電流約為30A，總功率約為20KW，設(shè)備工作效率不高于30%，因此，總功率70%的功率約14KW的功率將轉(zhuǎn)換為熱量排放于機房內(nèi)，從而造成機房內(nèi)的溫度過高，不利于設(shè)備的正常運行，給設(shè)備工作帶來了極大的安全隱患，嚴重時將會導(dǎo)致設(shè)備損壞引起事故的發(fā)生。

在以前降低機房內(nèi)溫度的設(shè)計中，基本都是采用空調(diào)來完成這項工作，但這個過程會導(dǎo)致消耗大量的電能。如果按照這個設(shè)計理念，設(shè)備排放于機房內(nèi)的熱量，單純采用空調(diào)來降低機房的溫度，至少需3臺5匹空調(diào)才能中和機房的熱量，3臺5匹空調(diào)功耗約為11000瓦，每小時耗電約11度，每天按24小時和每度電按0.6元計算，每個月將產(chǎn)生約4700元的電費，每年將產(chǎn)生約5.7萬元的電費。因此，為了更好的完成我們的設(shè)計理念和初衷，根據(jù)工作需要，我們對機房內(nèi)的溫度過高和濕度過大的問題通過多方面的調(diào)研和考查，結(jié)合所掌握的理論知識，更多的是從物理層面上下功夫，從而解決了溫度過高和濕度過大的歷史難題，綜合這些因素，我們對該項目建立了以下整個系統(tǒng)的設(shè)計方案。

圖一是機房的剖面圖，描述了機房溫度和濕度控制系統(tǒng)原理以及整個節(jié)能和降耗的路由，實現(xiàn)了綠色、環(huán)保、節(jié)能和降耗的理念，下面對整個系統(tǒng)的原理和工作過程進行簡要的闡述。

機房眾多的設(shè)備都安裝在不同的機柜中，機柜的頂部加工有熱量的排風(fēng)口，這個排風(fēng)口是設(shè)備產(chǎn)生熱量最大的部位，因此，運用熱氣流的原理，首先，在每臺機柜的頂部，通過管道將設(shè)備產(chǎn)生的熱量自動排放于機房內(nèi)屋頂?shù)膴A層中，然后在機房的頂部，開挖三個60cm×60cm的方孔，用3m高的排風(fēng)管道連接排風(fēng)孔，將機房夾層中的熱量自動排放于機房外。排風(fēng)道安裝完畢后，再在排風(fēng)道的的四周用磚建造一個4m高的房屋，在四周安裝百葉窗，解決防水和防雨的問題，然后進行外觀的整體裝修，實現(xiàn)了機房內(nèi)物理降溫的節(jié)能和環(huán)保舉措。

在機房后墻的低部，開挖5個風(fēng)扇孔并安裝相應(yīng)的風(fēng)扇，采用風(fēng)扇進行強迫送入新風(fēng)至機房內(nèi)，完成了送入新風(fēng)過程;在機房后墻的頂部，同樣開挖5個風(fēng)扇孔并安裝相應(yīng)的風(fēng)扇，采用風(fēng)扇進行強迫抽取機房內(nèi)的熱量，完成了抽取機房內(nèi)的熱量過程。整個過程不斷給機房內(nèi)送入新風(fēng)，抽取機房內(nèi)的熱量，這個過程不斷循環(huán)，最終使機房內(nèi)的溫度和濕度接近于室外的值。

以上環(huán)節(jié)為手動控制的過程，手動控制的缺點較多，特別是在溫度低、濕度大以及溫差和濕差大的惡劣環(huán)境條件下，采用人工很難精準控制機房內(nèi)的溫度和濕度。因而，采用溫濕度自動控制系統(tǒng)，對強迫送入新風(fēng)的風(fēng)扇和強迫抽取熱量的風(fēng)扇進行控制，從而達到了對機房內(nèi)部的溫濕度進行自動控制的目的，使機房內(nèi)的溫度和濕度基本保持在控制的范圍內(nèi)。下圖為溫濕度自動控制器的外觀圖和連線圖：

圖四為系統(tǒng)控制原理圖，當(dāng)機房內(nèi)部的溫度高于溫濕度自動控制器設(shè)置的門限值時，溫濕度自動控制系統(tǒng)溫度控制繼電器接點接通，使交流接觸器（KM1）工作，從而使進風(fēng)風(fēng)扇和排風(fēng)風(fēng)扇工作，反之進風(fēng)風(fēng)扇和排風(fēng)風(fēng)扇則關(guān)閉;當(dāng)機房內(nèi)部的濕度高于門限值時，溫濕度自動控制系統(tǒng)濕度控制繼電器接點斷開，使進風(fēng)風(fēng)扇和排風(fēng)風(fēng)扇不工作。當(dāng)溫濕度自動控制系統(tǒng)發(fā)生異常不能工作時，可通過人工對旁路開關(guān)接通進行應(yīng)急工作。

采用空調(diào)來調(diào)節(jié)機房內(nèi)的溫濕度，這是一個耗能較大的過程。一般情況下，空調(diào)溫度門限值的設(shè)置高于溫濕度自動控制系統(tǒng)，這種情況依靠溫濕度自動控制系統(tǒng)通過進風(fēng)風(fēng)扇和排風(fēng)風(fēng)扇來調(diào)節(jié)機房內(nèi)的溫度;當(dāng)室外溫度較高，依靠溫濕度自動控制系統(tǒng)已不能調(diào)節(jié)機房內(nèi)的溫度時，再啟用空調(diào)來調(diào)節(jié)機房內(nèi)的溫度。

3. 小結(jié)

機房溫度與濕度自動控制系統(tǒng)項目完成后，基本達到了機房恒溫的目的。首先是運用熱氣流的原理，將機房設(shè)備產(chǎn)生的主要熱量自動排放于機房外，達到了降低機房溫度的目的;其二是采用進風(fēng)風(fēng)扇進行強迫送入新風(fēng)至機房內(nèi)，再采用排風(fēng)風(fēng)扇進行強迫抽取機房內(nèi)的熱量，不斷給機房內(nèi)送入新風(fēng)，抽取機房內(nèi)的熱量，這個過程不斷循環(huán)，最終使機房內(nèi)的溫度和濕度接近于室外的值，當(dāng)機房溫度到達溫濕度自動控制系統(tǒng)設(shè)定溫度時，風(fēng)扇停止工作;其三是在室外溫度較高的極端條件下，強迫送入的新風(fēng)已不能有效降低機房內(nèi)的溫度時，再采用空調(diào)來送入冷風(fēng)，達到調(diào)節(jié)機房內(nèi)溫度的目的。

通過綠色、環(huán)保和節(jié)能理念的技術(shù)改造，有效解決了機房溫度過高和濕度過大的問題給安全生產(chǎn)工作帶來的安全隱患，具有較高的經(jīng)濟價值和使用價值。