通信機房專用空調(diào)自適應節(jié)能監(jiān)控技術

1、通信機房專用空調(diào)自適應節(jié)能監(jiān)控技術 上海市電信有限公司 丁 濤 彭 偉 林國平 黃 江摘要：分析了專用空調(diào)在使用中存在的問題，介紹了自適應節(jié)能技術的原理和核心技術，給出了節(jié)能的主要途徑以及實際應用的統(tǒng)計和節(jié)電率分折 。關健詞：專用空調(diào) 自適應節(jié)能 節(jié)能途徑 用電度數(shù) 節(jié)電率 一、概述作為通信網(wǎng)絡能源節(jié)能技術的重要內(nèi)容，通信機房專用空調(diào)自適應控制恒溫恒濕節(jié)能監(jiān)控技術（以下稱自適應節(jié)能技術）是十分有效的。凡是使用專用空調(diào)的機房，而且機房內(nèi)的顯熱量形成熱島效應，采用自適應節(jié)能技術，既可以使機房內(nèi)的溫濕度差值減小，而且可以控制在目標值范圍內(nèi)（232，40%-70%，詳見gf014-95通信機房環(huán)境條件

2、）又可以使節(jié)電率達20%左右。該技術安裝簡便，使用方便，一般平均一臺專用空調(diào)投資1。4萬元，對3萬多大卡的空調(diào)，每年可節(jié)電費約1萬元人民幣，可在一年半收回投資。在近三年多的時間內(nèi)，我們已經(jīng)在30多個機房內(nèi)對200多臺專用空調(diào)實現(xiàn)了自適應節(jié)能控制，效果良好。上海電信有1200臺專用空調(diào)機，其節(jié)能前景是十分寬廣的。二、機房專用空調(diào)在使用中存在的問題：1、只利用本空調(diào)機回風口傳感器作為數(shù)據(jù)采樣參考點，無法監(jiān)測整個機房內(nèi)的真實環(huán)境溫濕度，數(shù)據(jù)準確性不夠。2、專用空調(diào)有智能功能，但是在運行中，有時會出現(xiàn)一臺空調(diào)加濕，另一臺去濕；有一臺在制冷，另一臺在加熱的不合理現(xiàn)象。造成不必要的浪費，空調(diào)使用效率不高。

3、3、由于機房機架排列、建筑結構、線纜走向等客觀因素，空調(diào)機組的氣流組織缺乏優(yōu)化處理，造成溫差大，使用不合理，加大能耗，影響空調(diào)的使用壽命。三、自適應節(jié)能技術的特點1、改變 原來的空調(diào)設置“手動設定”，為“自動設定”，提高專用空調(diào)的控制能力。2、改變 原來每臺專用空調(diào)的一個回風口溫濕度監(jiān)測點，為整個機房平面實時監(jiān)測，提高溫濕度動態(tài)數(shù)據(jù)的監(jiān)測精度。3、改變 原來每臺專用空調(diào)“單兵作戰(zhàn)”方式，為整個機房專用空調(diào)機組群“團隊作戰(zhàn)”形式，提高機組的工作效率。四、自適應節(jié)能系統(tǒng)的核心技術：1、模糊控制技術：自動跟蹤晝夜、季節(jié)、地區(qū)、機房內(nèi)區(qū)域環(huán)境溫濕度值的變化。準確計算通信機房各“區(qū)域”與外部環(huán)境溫濕度值

4、之間的關系。2、pid技術：動態(tài)調(diào)整空調(diào)的設定溫度、濕度、修正值等參數(shù)，根據(jù)空調(diào)設備的實時運行狀況，配以智能化的控制算法軟件，優(yōu)化壓縮機運行周期，平衡空調(diào)設備供冷量與目標溫濕度值之間的關系。3、計算機溫度場模擬技術：根據(jù)機房不同的工況條件、空調(diào)冷量分布、風量擴張循環(huán)等綜合數(shù)據(jù)，提高優(yōu)化冷量利用效率，排列出空調(diào)優(yōu)先資格順序，達到冷量效率最大化。精確控制“n+1”“n+0”、“n-1”等臺空調(diào)數(shù)量的開啟與關閉，使空調(diào)始終處于最佳工作狀態(tài)，有效實現(xiàn)了機房整體環(huán)境的恒溫恒濕，提高通信設備的環(huán)境安全、節(jié)約空調(diào)能源消耗、延長空調(diào)機組的使用壽命。五、節(jié)約能源的主要途徑1、利用大自然環(huán)境溫濕度的變化是節(jié)約能源

5、的途徑之一大自然的環(huán)境溫濕度，晝夜、季節(jié)、地區(qū)都在變化，而通信機房發(fā)熱量是不變的，充分利用大自然冷熱對機房熱輻射效應的變化，自動改變空調(diào)合理運行所應有的溫度和濕度設置值，減少壓縮機工作時間，控制空調(diào)的總制冷量輸出，做到“按需制冷、供冷”,節(jié)約空調(diào)的耗電量。準確統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，在上海地區(qū)夏季的空調(diào)用電量一般要比冬季高出約40%左右。采用自適應節(jié)能技術，通過精確控制把大自然溫度變化的能量轉化為空調(diào)可節(jié)約的電量部分，這是人工控制做不到的。通信機房的空調(diào)數(shù)量或者說冷量（大卡）的配置值n臺數(shù)，在機房設計時就已經(jīng)充分考慮到了。其主要的“冷量峰值”是夏季高溫季節(jié)的最高溫度時段，如午后太陽西曬時，也就是說空調(diào)的

6、制冷大卡量是滿足夏季最高溫度時對通信設備的冷卻標準。加上 1 臺備用空調(diào)機組（即n+1臺）大部分時間也會投入使用，因此隨著晝夜、季節(jié)、地區(qū)的溫度變化，空調(diào)制冷富余量幾乎永遠存在，只是大小差異而已。見如下示意圖；我們通常講的采用自適應技術平均節(jié)電率20%是指一年的平均節(jié)電率。由外部環(huán)境溫度的變化而產(chǎn)生的空調(diào)富余量直接影響節(jié)電率或者說節(jié)電度數(shù)的絕對值。不同機房的工況環(huán)境條件與節(jié)電率大小也是有密切關系的。根據(jù)上海電信機房近幾年的空調(diào)用電數(shù)據(jù)統(tǒng)計，1臺3.2萬大卡的空調(diào)，夏季耗電190度/天，冬季耗電133度/天。全年平均耗電153度/天。夏季比冬季耗電量高40%左右。下表數(shù)據(jù)可見，不同季節(jié)的節(jié)電率是

7、不同的，而且節(jié)電度數(shù)的絕對值也是不同的。事實上，白天和晚上的耗電量都是不同的。環(huán)境季節(jié)空調(diào)大卡量/臺用電度數(shù)/天節(jié)電率%節(jié)電數(shù)（度）夏季3.2萬1901120.9冬季3.2萬1333039.9秋季3.2萬1462029.2春季3.2萬1422535,5全年平均3.2萬15321.531.62、跟蹤機房區(qū)域環(huán)境溫濕度，使空調(diào)更“聰明”是節(jié)約能源的途徑之二自動跟蹤機房“各區(qū)域”內(nèi)真實的溫濕度數(shù)據(jù)值，控制空調(diào)的“去濕”、“加濕”等功能，讓空調(diào)始終處于合理的工作狀態(tài)，避免做“無用功”。具體的辦法是：首先將自適應節(jié)能監(jiān)控器通過數(shù)據(jù)三通與原空調(diào)監(jiān)控平臺并聯(lián)，不影響原監(jiān)控系統(tǒng)的正常工作。系統(tǒng)結構如圖： 數(shù)據(jù)

8、采集器 空調(diào)節(jié)能監(jiān)控器 網(wǎng)絡信號 轉換器 通信協(xié)議 轉換器 室內(nèi)各溫度區(qū)域 環(huán)境溫濕度監(jiān)測器 動力監(jiān)控中心平臺 空調(diào)3 室外環(huán)境 溫度監(jiān)測器 空調(diào)2 空調(diào)1 空調(diào)4室內(nèi)各溫度區(qū)域 環(huán)境溫濕度監(jiān)測器一、機房平面環(huán)境溫濕度監(jiān)測點分布示意圖由于建立了這些虛擬的機房“溫度區(qū)域”，空調(diào)可以有的放矢，按需供冷，不會發(fā)生由于某一點的偽信息，而讓整臺空調(diào)機組產(chǎn)生誤動作。 3、在目標溫濕度值控制范圍內(nèi)，讓空調(diào)作節(jié)能控制是節(jié)約能源的途徑之三。 過去專用空調(diào)的控制，大部分是在222,505%，其實國標控制值是232，4070%。下圖是以濕度控制為例，說明專用空調(diào)節(jié)電的方法。改變手動設置壓縮機頻繁工作的狀況，讓空調(diào)濕

9、度設置點，在目標值內(nèi)盡可能與環(huán)境濕度接近，從而大大節(jié)約了空調(diào)用電度數(shù)。4、“n+1”臺空調(diào)富余量的自動控制，而且自動優(yōu)先排序是節(jié)約能源的途徑之四。根據(jù)“空調(diào)組群”里“n+1”臺空調(diào)所產(chǎn)生的制冷量總和，自動判斷空調(diào)需要“n+1”或者“n-1”的物理位置，控制其合理的開啟或關閉狀態(tài)，達到節(jié)約能源的效果。機房內(nèi)發(fā)熱源（交換機、計算機）的分布是不均衡的，所以“空調(diào)組群”里的每臺空調(diào)所對應區(qū)域的制冷負荷量必然是不同的。對“空調(diào)組群”實現(xiàn)自動控制，而且自動優(yōu)先排序，使冷量利用效率最大化是有效的節(jié)能措施，也是確保機房恒溫恒濕工作環(huán)境的技術保障。六、專用空調(diào)自適應恒溫恒濕節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)的安全和節(jié)能優(yōu)點 通過上述

10、技術措施，可以達到以下效果： 1、有效降低機房內(nèi)環(huán)境的溫差t，提高機房整體恒溫恒濕效果，確保機房內(nèi)通信設備的安全性，降低主設備故障率。 2、自動控制空調(diào)溫濕度數(shù)據(jù)設置值，自動優(yōu)化空調(diào)工作性能和狀態(tài)，控制“空調(diào)群”的組合使用效率，減少空調(diào)不合理的耗電量部分。3、自動優(yōu)化和控制空調(diào)壓縮機合理的負荷運行狀態(tài)，延長了空調(diào)使用壽命。七、試驗數(shù)據(jù)： 上海電信公司南區(qū)電信局某機房對機房自身2年內(nèi)的7個半月同季節(jié)用電度數(shù)和節(jié)電率的統(tǒng)計（使用空調(diào)數(shù)量5臺3.2萬大卡力博特空調(diào)）統(tǒng)計時間電表讀數(shù)（60倍率）總用電數(shù)用電天數(shù)和節(jié)能監(jiān)控使用節(jié)電度數(shù)節(jié)電率%2003年12月30日2180120度195天無節(jié)能監(jiān)控560

11、04度31.09%2004年07月13日30042004年12月30日5134124116度195天使用節(jié)能監(jiān)控2005年07月13日7203 上海電信公司浦東電信局某機房空調(diào)數(shù)量臨界、“自動排序”、“濕度”控制等試驗數(shù)據(jù)2005年9月試驗開始時 間試驗結束日 期試 驗方 法機房內(nèi)有空調(diào)數(shù)量空調(diào)實際使用數(shù)量開機空調(diào)序列編號9月23日9月27日機房自身比 較 法6臺3臺3#,4#,5#外界溫度天氣預報監(jiān)控狀況電度表讀數(shù)（80倍率）用電累計9月23日2228無時間08:22562.8折算1天平均用電564度9月26日2428時間13:00585.3計算機溫度模擬技術，“自動排序”判斷出空調(diào)使用數(shù)量

12、不變，改變開機空調(diào)編號,冷量利用最大化效率試驗數(shù)據(jù)。開機空調(diào)序列編號3#,4#,6#9月26日2229無時間13:00585.31天平均用電458度9月27日2230時間16:46592.4平均一天節(jié)電106度，節(jié)電率:18.75% 節(jié)電率分析:1.空調(diào)制出的冷量，其溫度場的建立、風量擴張方向等對交換機的冷卻作用，得到最好的有效應用。2.以上試驗數(shù)據(jù)是在不使用溫度變設定技術的條件下，根據(jù)計算機溫度模擬排序技術，觀察改變使用空調(diào)機編號后的節(jié)能效果。試驗開始時 間試驗結束日 期試 驗方 法機房內(nèi)有空調(diào)數(shù)量空調(diào)實際使用數(shù)量開機空調(diào)序列編號9月28日9月30日機房自身比 較 法6臺3臺3#,4#,6#

13、外界溫度天氣預報監(jiān)控狀況電度表讀數(shù)（80倍率）用電累計9月28日2428有時間13:30597.4折算1天平均用電488度9月29日2330時間13:30603.5在同樣使用空調(diào)編號3#,4#,6#的情況下，觀察控制“濕度”后的節(jié)電效果試驗。折算1天平均用電523度9月29日2330無時間13:30603.59月30日2432時間13:45610.1“去濕”控制，平均一天節(jié)電35度，節(jié)電率%:6.61%節(jié)電率分析:1. 控制“去濕”的節(jié)電效果6.61%應該大部分是晚上的體現(xiàn)。因為白天高溫時，空調(diào)壓縮機本身必須制冷，可見“去濕”效果是明顯的。2. 上述“自動排序”和“去濕”變設定的節(jié)電率之和是25.36%。八、結論：1、根據(jù)前面介紹的節(jié)能途徑和原理，自適應節(jié)能技術節(jié)電率大小主要