大功率短波機(jī)房通風(fēng)系統(tǒng)的改造

摘要：短波主要是指頻率介于3 MHz-30 MHz之間的一種無線電波，目前在我國的電話通信以及廣播行業(yè)大功率短波通信中得到廣泛的普及和應(yīng)用。由于大功率短波發(fā)射機(jī)耗電量大、產(chǎn)生熱量高、高溫持續(xù)時(shí)間長，因此時(shí)機(jī)房通風(fēng)系統(tǒng)的通風(fēng)散熱性能提出了更高的要求，尤其對使用年限較長的通風(fēng)系統(tǒng)來說．若不及時(shí)予以改造和更新，則不僅會(huì)縮短系統(tǒng)的使用壽命，甚至?xí)?dǎo)致系統(tǒng)癱瘓．進(jìn)而使短波發(fā)射機(jī)等設(shè)備嚴(yán)重受損?；诖耍恼乱匀菁{400臺大功率短波發(fā)射機(jī)的機(jī)房為例，時(shí)機(jī)房通風(fēng)系統(tǒng)的改造方案予以全面闡述，通過改造方案驗(yàn)證改造以后的通風(fēng)系統(tǒng)是否滿足大功率短波發(fā)射機(jī)的運(yùn)行和使用要求。

關(guān)鍵詞：大功率；短波機(jī)房；通風(fēng)系統(tǒng)；改造方案

中圖法分類號：TN838 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

該機(jī)房可以同時(shí)容納４００ 臺以上的大功率短波發(fā)射機(jī)，機(jī)房建筑面積為２ ５４７ ｍ２，設(shè)備占用區(qū)的使用面積為１ ６５２ ｍ２，辦公區(qū)的使用面積為８９５ ｍ２，機(jī)房內(nèi)現(xiàn)裝有１１ 臺１００ ｋＷ 的短波發(fā)射機(jī)，并配備了一臺１４０ ｋＷ 的電鍋爐，專門用于室內(nèi)取暖，以及一臺１５２ ｋＷ的空調(diào)，專門用于室內(nèi)降溫。該機(jī)房的建造時(shí)間為２０１５ 年，距今已有近８ 年的時(shí)間。因此，機(jī)房內(nèi)原有的通風(fēng)系統(tǒng)的降溫除塵效果明顯下降，尤其在室外溫度達(dá)到５℃以下時(shí)，該系統(tǒng)已經(jīng)無法形成水幕，這給系統(tǒng)的正常使用造成了嚴(yán)重影響。為了增強(qiáng)和改善通風(fēng)降溫效果，亟須對該系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)性改造。

１ 系統(tǒng)存在的主要問題

１．１ 耗電量大

該大功率短波機(jī)房中通風(fēng)系統(tǒng)所使用的風(fēng)機(jī)功率較大，其中，冷凝器主要使用０．７５ ｋＷ 和３ ｋＷ 的軸流風(fēng)機(jī)，其作用是輔助排風(fēng)散熱。在風(fēng)機(jī)運(yùn)行過程中，整個(gè)機(jī)體將消耗大量的電力能源。此外，該系統(tǒng)還配備了水洗風(fēng)機(jī)組，在冬季到來時(shí)，由于室外氣溫較低，使得水洗風(fēng)機(jī)組無法正常運(yùn)行，在這種情況下，機(jī)房內(nèi)部將處于負(fù)壓狀態(tài)，機(jī)房內(nèi)的熱量損耗率急劇上升，為了降低熱量損耗量，需要啟動(dòng)功率為１４０ ｋＷ的電供暖鍋爐，并且鍋爐將始終處于滿負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，無形中增加了電力能源的損耗量。

１．２ 設(shè)備穩(wěn)定性下降

由于該機(jī)房內(nèi)的大功率短波發(fā)射機(jī)運(yùn)行年限過長，且設(shè)備始終處于持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，使得冷凝系統(tǒng)的水溫遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，在水溫持續(xù)升高的情況下，發(fā)射機(jī)及相關(guān)輔助設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定性將受到嚴(yán)重影響，若長期處于這種危險(xiǎn)的運(yùn)行狀態(tài)，則設(shè)備發(fā)生故障的概率也將大幅上升。

另外，一旦短波發(fā)射機(jī)的機(jī)體或者內(nèi)部結(jié)構(gòu)遭到破壞，僅后期的維護(hù)成本便是一筆不小的開銷，并且不同原因所導(dǎo)致的故障，其維修難度也有所不同，這無形中便會(huì)影響短波發(fā)射機(jī)的運(yùn)行效果，也會(huì)給發(fā)射機(jī)的所屬單位造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，考慮到運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性與安全性，大功率短波機(jī)房的通風(fēng)系統(tǒng)勢必要進(jìn)行全面升級與改造，以確保短波發(fā)射機(jī)能夠始終在一個(gè)溫度適宜、空氣潔凈的環(huán)境下正常運(yùn)轉(zhuǎn)［１］ 。

１．３ 降溫制冷效果顯著下降

在夏季來臨時(shí)，我國絕大多數(shù)地區(qū)的平均溫度都在３０℃以上，而該機(jī)房中的水洗通風(fēng)系統(tǒng)的水槽溫度也會(huì)與這溫度持平，這時(shí)通風(fēng)系統(tǒng)的制冷效果也將大打折扣。其次，在水槽內(nèi)的水溫持續(xù)升高的情況下，水槽內(nèi)極易滋生各種有害細(xì)菌，當(dāng)通風(fēng)系統(tǒng)啟動(dòng)以后，這些細(xì)菌將直接被帶到空氣當(dāng)中，進(jìn)而給機(jī)房內(nèi)的空氣造成嚴(yán)重污染。此外，對于水質(zhì)較硬的地區(qū)而言，在長時(shí)間高溫熏蒸的情況下，水槽、進(jìn)水管等關(guān)鍵部位會(huì)積累大量的堿垢，若不及時(shí)予以清理，則通風(fēng)系統(tǒng)的水幕將出現(xiàn)嚴(yán)重的堵塞現(xiàn)象。因此，該機(jī)房的通風(fēng)系統(tǒng)在多重因素的制約和影響下，降溫制冷效果顯著下降，這使機(jī)房內(nèi)的大功率短波設(shè)備的使用壽命大幅縮減。

２ 系統(tǒng)改造的可行性評估

該機(jī)房內(nèi)現(xiàn)有１１ 臺功率為１００ ｋＷ 的短波發(fā)射機(jī)，若１１ 臺短波發(fā)射機(jī)同時(shí)啟動(dòng)、運(yùn)行，則機(jī)房內(nèi)的最高室溫將達(dá)到３５℃以上。在通風(fēng)系統(tǒng)未改造前，機(jī)房內(nèi)的通風(fēng)系統(tǒng)以風(fēng)機(jī)強(qiáng)制補(bǔ)風(fēng)為主，這種強(qiáng)制性的通風(fēng)降溫方式，將會(huì)影響機(jī)房內(nèi)部空氣的流動(dòng)性，造成機(jī)房兩端溫度低、中間溫度高的情況，嚴(yán)重影響其降溫制冷效果。因此，在對通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行改造前，技術(shù)人員需要計(jì)算出大功率短波發(fā)射機(jī)的發(fā)熱量，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果對補(bǔ)風(fēng)機(jī)的制冷效果進(jìn)行分析和評估，進(jìn)而制定一套針對性的系統(tǒng)改造方案。

２．１ 產(chǎn)熱量與冷卻方式分析

該機(jī)房中的１１ 臺大功率短波發(fā)射機(jī)在運(yùn)行過程中，其產(chǎn)生熱量的主要部位是調(diào)制變壓器、內(nèi)置電子管、射頻機(jī)箱內(nèi)的真空電容以及設(shè)備的其他部位。這些部位的散熱冷卻方式為：調(diào)制變壓器溫度變化區(qū)間較小，較少出現(xiàn)高溫高熱的情況，因此該部位的冷卻方式通常以自然冷卻為主，通過與室內(nèi)環(huán)境溫度的平衡來實(shí)現(xiàn)降溫的目的，這種冷卻方法可以使調(diào)制變壓器的內(nèi)部溫度快速下降到正常的溫度區(qū)域。

電子管主要采用蒸發(fā)冷卻的方式，達(dá)到降低管體溫度的目的，其中，高末調(diào)載電容采用水冷降溫方式，而其他真空電容則采用強(qiáng)制風(fēng)冷的降溫方式。設(shè)備的其余部位主要依靠送風(fēng)系統(tǒng)的強(qiáng)制冷風(fēng)來達(dá)到降溫的目的。由于短波發(fā)射機(jī)內(nèi)部組件的熱量散失在很大程度上依賴設(shè)備所處的環(huán)境溫度，因此當(dāng)環(huán)境溫度太高時(shí)，設(shè)備產(chǎn)生的總熱量也會(huì)大幅上升，而當(dāng)環(huán)境溫度過低時(shí)，設(shè)備內(nèi)部各組件的熱量散失速度就會(huì)加快，由此可以看出，機(jī)房內(nèi)部溫度的變化直接影響著發(fā)射機(jī)的總熱量值。

以水洗風(fēng)房為例，當(dāng)夏季來臨時(shí)，水洗風(fēng)房內(nèi)的溫度多在１５℃ ～２０℃之間，這時(shí)，若通過送風(fēng)的方式，向發(fā)射機(jī)所處的機(jī)房內(nèi)輸送冷風(fēng)，則機(jī)房的環(huán)境溫度也將快速下降，這使得發(fā)射機(jī)各部位產(chǎn)生的熱量大幅度減少［２］ 。

２．２ 熱量估算

大功率短波發(fā)射機(jī)的輸出功率為１００ ｋＷ，輸入功率為１４２．８５ ｋＷ，這說明發(fā)射機(jī)的整機(jī)功率只占據(jù)總輸入功率的７０％，因此，每一臺短波發(fā)射機(jī)有４２．８５ ｋＷ的功率屬于附屬功率，若將冷凝區(qū)風(fēng)機(jī)、主風(fēng)機(jī)以及２ 個(gè)調(diào)制器風(fēng)機(jī)的１０ ｋＷ 功率去掉，則只有３２．８５ ｋＷ 的功率轉(zhuǎn)化為熱量。若發(fā)射機(jī)設(shè)備的屏極效率為８６％，則屏極耗散功率可以直接通過１００÷８６％×１４％的算式計(jì)算出來，計(jì)算結(jié)果為１６．２８ ｋＷ，屏極耗散功率產(chǎn)生的熱量可以通過水冷的方式進(jìn)行冷卻。

此時(shí)，技術(shù)人員可以直接計(jì)算出每臺發(fā)射機(jī)每小時(shí)產(chǎn)生的熱量值，即３２．８５ ｋＷ×３ ６００ ｓ＝ １１８ ２６０ ｋＪ，若去掉水冷方式吸收的熱量７２ ０００ ｋＪ，剩余的４３ ２００ ｋＪ的熱量則通過風(fēng)冷與自然冷卻的方法進(jìn)行冷卻。從這一估算值可以看出，對大功率短波機(jī)房通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行改造的關(guān)鍵是如何處理４３ ２００ ｋＪ 的熱量，從而使短波發(fā)射機(jī)達(dá)到快速冷卻的目的。

２．３ 補(bǔ)風(fēng)機(jī)冷卻效果的可行性分析

相較于熱空氣，冷空氣的自重較大，以至于在機(jī)房內(nèi)部，冷空氣始終集中在短波發(fā)射機(jī)周圍，從而導(dǎo)致機(jī)房環(huán)境溫度無法降低。因此，在對大功率短波機(jī)房通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行改造之前，需要對加裝補(bǔ)風(fēng)風(fēng)機(jī)的冷卻效果的可行性進(jìn)行系統(tǒng)分析。若在機(jī)房內(nèi)加裝２個(gè)補(bǔ)風(fēng)風(fēng)機(jī)，經(jīng)過計(jì)算，每小時(shí)的補(bǔ)風(fēng)量在２９ ７１０ ｍ３左右，這些風(fēng)量能否滿足機(jī)房內(nèi)部的制冷需求，則需要根據(jù)Ｑ ＝ １．２１２ Ｌ（ｔ１ －ｔ２）的計(jì)算式來求出機(jī)房內(nèi)部的顯熱負(fù)荷。式中，Ｑ 代表機(jī)房內(nèi)的顯熱負(fù)荷，單位為ｋＷ；Ｌ 代表補(bǔ)風(fēng)機(jī)的送風(fēng)量，單位為ｍ３ ／ ｓ；ｔ１ 代表機(jī)房內(nèi)的空氣溫度；ｔ２ 則代表送風(fēng)溫度。若已知機(jī)房內(nèi)顯熱負(fù)荷為７２ ｋＷ，送風(fēng)溫度為室溫２０℃，補(bǔ)風(fēng)機(jī)的送風(fēng)量為２９ ７１０／３ ６００ ＝ ８．２５ ｍ３ ／ ｓ，則可以快速求出機(jī)房內(nèi)能夠始終維持的最低溫度為２７．２℃。而在夏季來臨時(shí)，室內(nèi)溫度能夠一直保持在３０℃以下，則說明機(jī)房內(nèi)的環(huán)境溫度能夠滿足１１ 臺大功率短波發(fā)射機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)需求，這對延長發(fā)射機(jī)的使用壽命將起到積極的輔助作用。

３ 系統(tǒng)的改造方案

３．１ 通風(fēng)系統(tǒng)改造遵循的基本原則

空調(diào)是大功率短波機(jī)房中重要的熱量交換裝置，在該機(jī)房中，功率為１５２ ｋＷ 的空調(diào)主要扮演著換氣、通風(fēng)、制冷的角色，但是僅僅依靠空調(diào)的熱量交換性能，無法實(shí)現(xiàn)良好的通風(fēng)、降溫效果。尤其是對大功率短波發(fā)射機(jī)而言，運(yùn)行過程中的產(chǎn)熱部位較多，一旦出現(xiàn)熱量堆積的情況，機(jī)房的環(huán)境溫度則無法滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。當(dāng)然其中也包括一些外界因素的影響，如機(jī)房外的氣溫偏高或者偏低等。

一旦到了夏天，隨著外界氣溫的升高，機(jī)房內(nèi)的環(huán)境溫度無法達(dá)到室溫標(biāo)準(zhǔn)，空調(diào)的制冷效果也將大打折扣。在冬季來臨后，由于空調(diào)使用頻率升高，以至于進(jìn)風(fēng)口的潔凈度會(huì)受到嚴(yán)重影響，若出現(xiàn)進(jìn)風(fēng)口堵塞的情況，空調(diào)的溫度調(diào)控將無法達(dá)到預(yù)期效果。

因此，在對通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行改造時(shí)，技術(shù)人員首先需要遵循合理換氣的原則，即確保空調(diào)進(jìn)風(fēng)口潔凈度的同時(shí)，加強(qiáng)機(jī)房內(nèi)的冷卻和散熱效果。

目前，絕大部分大功率短波機(jī)房都采取水洗通風(fēng)的冷卻散熱方式，該方式不受環(huán)境因素的影響，且冷卻效果也顯著提高。其制冷的基本原理為：當(dāng)機(jī)房外的自然空氣經(jīng)過粗濾后，在風(fēng)機(jī)的作用下，自然空氣被強(qiáng)制性通過水幕，經(jīng)過水幕處理之后的空氣，其潔凈度明顯改善，這時(shí)機(jī)房內(nèi)獲得了較為新鮮的空氣，從而實(shí)現(xiàn)了通風(fēng)降溫的目的。

此外，水洗通風(fēng)系統(tǒng)還能進(jìn)一步提高人體的舒適度，并且在后續(xù)維修保養(yǎng)的過程中，能夠節(jié)省大量的時(shí)間與成本，因此這種既經(jīng)濟(jì)又高效兼?zhèn)涞闹评浞绞?，在大功率短波機(jī)房中得到了廣泛應(yīng)用。

３．２ 進(jìn)風(fēng)系統(tǒng)改造要點(diǎn)分析

基于對該機(jī)房通風(fēng)系統(tǒng)使用性能的考慮，在對進(jìn)風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行改造時(shí)，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)考慮季節(jié)性的系統(tǒng)使用問題，尤其是當(dāng)冬季來臨時(shí)，如何處理好設(shè)備區(qū)與辦公區(qū)的供暖問題顯得尤為重要。首先，應(yīng)當(dāng)在主機(jī)房內(nèi)增設(shè)一個(gè)散熱器熱風(fēng)的回送通道，設(shè)置這一通道的目的是將后置的變頻風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)換為前置的變頻風(fēng)機(jī)，同時(shí)，為了保證空氣的潔凈度，還應(yīng)在變頻風(fēng)機(jī)上安裝紫外線殺菌燈，當(dāng)風(fēng)機(jī)啟動(dòng)后，紫外線殺菌燈能夠快速殺滅機(jī)房內(nèi)細(xì)菌的微生物，從而大幅降低了空調(diào)進(jìn)風(fēng)口的堵塞概率。

其次，當(dāng)通風(fēng)系統(tǒng)開始運(yùn)轉(zhuǎn)后，室外風(fēng)與短波發(fā)射機(jī)的散熱風(fēng)混合在一起，二者經(jīng)過一次升溫，再通過地下水形成的溫度為１５℃的水幕進(jìn)行加濕處理，然后室外風(fēng)與短波發(fā)射機(jī)的散熱風(fēng)經(jīng)過二次升溫，使混合風(fēng)的溫度保持在１０℃左右。通過該種改造方法，一部分冷風(fēng)可以在風(fēng)機(jī)的作用下進(jìn)入機(jī)房的設(shè)備區(qū)，使設(shè)備區(qū)的環(huán)境溫度快速下降，而另一部分冷風(fēng)則通過二次升溫被直接輸送到辦公區(qū)，經(jīng)過升溫處理的混合風(fēng)能夠快速達(dá)到室溫的標(biāo)準(zhǔn)，從而可以作為辦公區(qū)的供暖源［３］ 。

３．３ 水洗系統(tǒng)的改造要點(diǎn)分析

大功率短波機(jī)房通風(fēng)系統(tǒng)的水洗裝置在長期的高溫熏蒸下，水槽、進(jìn)水管等關(guān)鍵部位便會(huì)出現(xiàn)大量的堿垢，隨著堿垢的不斷累積，水洗系統(tǒng)的水幕很容易被堵塞，從而影響制冷效果。為了切實(shí)解決這一問題，技術(shù)人員在對水洗系統(tǒng)進(jìn)行改造時(shí)，可以在機(jī)房內(nèi)增設(shè)一個(gè)水窖，水窖容積以２５０ ｍ３ 為宜，水窖水面距離地面的高度在２．５ ｍ 左右。其次，在地下１ ｍ 的位置，通過直埋的方式，將上水與回水管道埋入地下，使管道與消防水窖形成一個(gè)封閉和循環(huán)水路，這種改造方式可以利用變頻水泵的驅(qū)動(dòng)作用，將水窖中的水直接傳送給風(fēng)機(jī)。這種經(jīng)過循環(huán)處理的冷水的水溫一般在１５℃左右，并且水溫會(huì)始終維持在１５℃上下，變化幅度較小，最為關(guān)鍵的是，地下水長年背光，不會(huì)與地表以上的空氣環(huán)境接觸，這就避免了水體污染現(xiàn)象的發(fā)生，進(jìn)水管路發(fā)生堵塞的概率也將大幅下降。

３．４ 管道電控系統(tǒng)的改造要點(diǎn)分析

管道電控系統(tǒng)是為大功率短波機(jī)房通風(fēng)系統(tǒng)提供驅(qū)動(dòng)力的重要裝置，以往通風(fēng)系統(tǒng)的管道控制裝置通常需要人工操作的方法，來實(shí)現(xiàn)對溫度的調(diào)節(jié)與控制，從而達(dá)到改變進(jìn)風(fēng)量的目的，這種控制方法不僅容易出現(xiàn)誤操作，并且進(jìn)風(fēng)量的控制效果也不太理想。

因此，為了便于控制、維護(hù)以及管理，在對管道電控系統(tǒng)進(jìn)行改造時(shí)，技術(shù)人員可以在水洗系統(tǒng)的進(jìn)風(fēng)風(fēng)道口的位置加裝溫度傳感器以及ＰＬＣ 輔助控制器，由于溫度傳感器能夠精準(zhǔn)地識別環(huán)境溫度，而且ＰＬＣ輔助控制器可以根據(jù)系統(tǒng)識別的數(shù)據(jù)對溫度進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整與智能化控制， 這種改造方法既節(jié)省了大量的人力資源成本，又大幅降低了誤操作的概率。

４ 結(jié)束語

從大功率短波機(jī)房通風(fēng)系統(tǒng)的改造方案可以看出，通風(fēng)系統(tǒng)的降溫冷卻方式與機(jī)房設(shè)備、辦公區(qū)的環(huán)境溫度存在必然聯(lián)系，尤其對水洗通風(fēng)系統(tǒng)來說，若系統(tǒng)的各方面性能得到有效改善，則其制冷、通風(fēng)與供暖效果也將更加明顯。因此，在技術(shù)人員對通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行改造之前，技術(shù)人員必須做好充分的前期準(zhǔn)備工作，并針對通風(fēng)系統(tǒng)的進(jìn)風(fēng)裝置、排風(fēng)裝置、水洗裝置以及電控系統(tǒng)，制定一套針對性強(qiáng)、可行性高、實(shí)效性好的改造方案，一方面可以通過對系統(tǒng)的升級與改造，來提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，以達(dá)到預(yù)期的通風(fēng)、制冷效果。另一方面，可以通過技術(shù)性改造，節(jié)省大量的后期維護(hù)成本，而且短波發(fā)射機(jī)的使用壽命也將大幅延長。

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作者簡介：張志明（ １９７３—）， 本科， 工程師， 研究方向： 電子信息工程。