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一.概述二.空调自适应恒温恒湿控制节能监控系统简介三.可节约能源的四个主要途径四.试验机房的节能数据统计和分析五.经济效益分析及推广应用通信机房专用空调自适应恒温恒湿控制节能监控技术主讲人丁涛一、概述1台32000大卡专用空调1年用电数量从2003年12月30日——2004年12月30日，对上海电信公司某机房内的5台3万2千大卡力博特空调用电统计结果：5台空调1年用电总数281700度平均1台空调1年的用电量是56340度。2、专用空调有智能功能，但空调用于机房温湿度范围合理控制的“功能不足”，以及在“空调群”的组合使用过程中各自为政，使用效率不高。3、由于机房交换机架排列、建筑结构、线缆走向排序等复杂客观因素，空调机组的气流组织缺乏优化处理。造成机房内温差大，空调使用的合理性不足。1、只利用本机回风口传感器的温湿度值，作为数据采样参考点，无法监测整个机房平面的真实环境温湿度数据，准确性不够。目前机房专用空调在使用中存在的三个问题以上三个问题的长期存在，其结果是：1、机房内环境温度不平衡，温差大。对主设备（程控交换机等）使用环境的安全性不利。2、空调能源消耗量加大。3、增加空调运行时间，势必影响空调的使用寿命。二、自适应恒温恒湿控制节能监控系统技术简介实现自适应控制“空调群”的主体技术1、模糊控制技术自动跟踪昼夜、季节、各地区室外、室内环境温湿度值的变化，监测到机房平面各“区域”真实的温湿度值，计算出各“区域”之间的相互关系，实现“目标温湿度”范围，提高监控精度。2、PID技术动态调整空调的设定温度、湿度、修正等数值，根据空调设备的实时运行状况，配以智能化的控制算法软件，优化压缩机运行周期，平衡空调设备运行参数与“目标温湿度”之间的关系。3、计算机温度模拟技术自动计算机房不同的工况条件、空调冷量分布、风量扩张循环等综合数据，提高优化冷量的利用效，达到空调效率最大化的目的。动态跟踪计算空调在外部不同季节环境温度与室内目标温度的关系和空调当前的富余容量，精确控制“N+1”、“N+0”、“N-1”台等空调数量的优先开、关机顺序，使空调组群始终处于最合理的工作状态。室内各‘温度区域’环境温湿度监测器空调自适应恒温恒湿控制节能监控系统图数据采集器电源监控中心平台空调1空调2空调n自适应节能监控器空调信号转换器室外环境温湿度监测器通信协议转换器可以直接将所有空调信号和监控数据送往监控平台程控交换机程控交换机程控交换机程控交换机程控交换机空调空调空调手动设定控制方式每台空调各自根据自身顶部唯一的传感器温度与湿度数据，决定空调工作状态。自适应控制方式实现整个机房平面监测，提高监测精度，自动控制空调合理的工作状态。对空调温、湿度监测数据进行机房平面的合理延伸获得准确温湿度数据值改变传感器数据，控制空调工作状态由于受条件限制，温湿度数据采集模块安放的位置，只能在交换机架之间的过道上方，因此采集数据与真实模型存在一定偏差，可能带来监控主机控制策略的恶化。为解决此偏差问题，可以运用模糊控制技术，其控制模块的基本结构如下图所示。ＫedeKc模糊控制表Ｋu被控对象e+_EecECUuyx1x-11x获得外部及各区域环境温湿度数值空调送风温差测定值获得空调及其他工况数据1mn算法模块时间模块控制模块改变空调设定值，开、关状态，控制负荷的最优化环境状态。空调温度设置值最高不超过240C。空调“自适应恒温恒湿控制”节能监控技术的基本控制原理“自适应控制”节能技术的基本思想与温度变化有关的4要素之间的关系1、机房目标温度值————不变2、交换机恒定的发热量———不变3、机房内部工况等条件———不变（客观存在）4、外部环境温湿度随着时间——变化从上述4个要素可见，外部环境温湿度是唯一在变化，并影响到室内温湿度变化的主要因素。要控制到室内温湿度始终处于均衡、平稳，并充分利用外界温度的下降能量，唯一相应可以改变的就是空调的温度、湿度数据“设置值”。这就是“自适应控制”技术的基本思想。“不变因素”与“变化因素”上述节能思想又与如何有效合理使用“智能空调群”的组合，提高冷量利用效率、降低能源消耗有着密切的关系，是一个综合性的节能研究课题。首先，必须要搞清楚每个机房内客观存在的“不变因素”和外界温度不断“变化因素”之间的关系。1、客观存在的“不变因素”——机架数量、机架发热量、机架排列位置、机房几何尺寸、机房密封程度、空调数量及空调制冷效率、空调智能灵敏度、室内空间通风条件等诸多因素，虽然各机房不尽相同，但是一旦确定后，这些都是“不变因素”。2、外界温度的不断“变化因素”室内温度变化湿度变化决定空调工作状态变化导致能源消耗量的变化。1.制冷与加热——根据室外温度变化，控制室内温度始终保持在用户设置的“目标温度”范围内，自动跟踪改变“温度设置值”。2.去湿与加湿——根据室内湿度变化，控制室内湿度始终保持在用户设置的“目标湿度”范围内，自动跟踪改变“湿度设置值”3.开机与关机——计算机温度模拟技术,自动判断并选择对“空调群”中的富余机组N+1等，自动执行关机或开机。4.自动排序——根据各“温度区域”的目标温湿度值的平衡，计算机温度模拟技术会定期自动判断“优先开机、关机”空调机组的编号和次序，空调富余量大的时候，自动执行N+0、N-1等优先排序的关机或开机。“自适应控制”技术的几项主要内容三、可节约能源的四个主要途径1.利用大自然环境温湿度的变化是节约能源的途径之一大自然的环境温湿度，昼夜季节都在变化。充分利用大自然能量的变化，自动改变空调合理运行所应有的温度和湿度设置值，减少压缩机工作时间，控制空调合适的总制冷量输出，节约空调耗电量。节约能源的四个主要途径小时06121824温度4030201024小时内的温度变化曲线日期不同，天气预报温度相同季节冬季春季夏季秋季温度各地区一年四季的温度曲线402010-10-20南方温度江南温度北方温度跟综地区图—4图—523℃—37℃某一天的温度曲线另一天的温度曲线跟踪昼夜上海市2005年6月—8月最高温度变化曲线2426283032343638日期温度曲线温度6—197—37—177—318—148—28上海市气象局资料温度05101520253035123456789101112月份月份123456789101112温度(度)6.29.710.316.421.424.730.629.324.519.314.99.8平均值(2004年1月---2004年12月):18.1度2004年月平均温度上海市气象局资料2.使空调更“聪明”是节约能源的途径之二自动跟踪监测“各温度区域”内真实的温湿度数据值，使空调的“去湿”、“加湿”等运行，始终控制在合理的工作状态，减少空调压缩机不必要的工作时间。例如：智能跟踪湿度:自适应控制技术：智能跟踪环境湿度，自动控制室内“目标湿度”在40—60%RH范围内，避免不必要的“去湿”工作状态，以节约能源（目标湿度可设置）。当超出湿度设置范围时，控制空调自动“去湿”或“加湿”。动态控制空调始终处于合理节能的工作状态。上海市2004年全年湿度变化曲线384246505458626670747882869094日期123456789101112相对湿度%上海市气象局资料空调“去湿”状态工作原理使回风的热空气温度下降到≤8℃，产生结露方式去湿。提高冷空气的温度，≥13℃后再送回机房。制冷加热正常的空调“去湿”工作需要制冷和加热，消耗大量能源机房空调空调的去湿工作方式演示手动设置50±5%55%45%压缩机制冷去湿，直到50%停止去湿压缩机不制冷手动设置61%开始去湿自适应控制67%43%在40%—70%RH范围内，计算机自动控制，空调压缩机不会进入制冷工作状态。(考虑3%控制精度)3.“N+1”台空调富余量的自动控制是节约能源的途径之三根据“空调群”里“N+1”台空调所产生的制冷量总和，自动判断备用空调“+1”的物理位置，控制其合理的开关状态，达到节约能源的效果。智能关闭、开启N+1台富余空调智能控制N+1台备份空调的能源消耗，以节约能源。机房的专用空调制冷标准配置是N台空调，再+1台备份。+1台备份空调是直接分布在“空调群”的排列里。它是在“空调组群”产生的制冷总量上体现出+1的效果。自适应控制技术：恒定控制机房室内目标温湿度标准，根据室外环境温湿度的下降和上升，对空调总制冷量的实际需求，自动控制+1台备份空调的自动关闭和开启，以节约能源。能源获得节约的简单演示N+1台空调的制冷总量白天温度+1台备用空调制冷量春秋季环境温度较大下降晚上环境温度下降充分利用大自然温度相对下降的冷却能量有效控制空调不合理工作状态所消耗的能量有效控制+1备份空调的能源消耗有效排序开启空调的数量和编号冬季环境温度大幅下降节约部分1节约部分2节约部分2节约部分2全部交换机架发热总量机房工况损耗4.“空调群”自动排序，使冷量利用效率最大化，是节约能源的途径之四机房内发热源（交换机）的分布不均衡，“空调群”里的每台空调相对应“区域”的制冷负荷量是不同的。对“空调群”的自动排序功能，使冷量利用效率最大化是有效的节能措施。也是提高恒温恒湿环境的技术保障。13121110090807060504030201对平江6403机房64只机架的320个温度点数据测试可见其发热源是不平衡的温度最高点37.6℃温度最低点21.6℃空调空调空调空调空调EDCBA机房室内环境温度分布——不平衡曲线图制热通风制冷制冷制冷12345室内环境温度℃空调序号282624222018原温度设定空调状态使用节能技术前的机房温度分布曲线图室内环境温度℃12345343230282624222018空调序号空调状态通凤通风通风制冷制冷机房室内环境温度分布——相对平衡曲线图图自动温度设定使用节能技术后的机房温度相对平衡分布曲线图空调自动排序功能自适应控制技术：根据不同机房存在的不同工况条件，结合空调已经固有的排列顺序，计算机温度模拟技术自动排序“空调群”中优先开、关机的“编号”次序，使相同数量空调的制冷量，获得冷却效率最大化，以节约能源。考虑到机房扩容等工况条件发生变化的可能性，可建立自动定期“排序”温度模拟测试功能。上述空调自动排序功能，改变了原来每台专用空调“单兵作战”状况为整个机房专用空调组群“团队”的作战功能，提高了“机组群”的工作效率。温度与颜色的对应关系计算机模拟温度的简单实况图显示开启5台空调数量，不合理的排序效果冷量分布不均衡、效率低、浪费能源同一个机房计算机温度模拟图112345开启4台空调数量，合理的排序效果冷量分布均衡、效率高、节约能源同一个机房计算机温度模拟图21245上海交通大学热能工程研究所在《专用空调自适应温度控制节能系统研究报告》中指出：在以往的机房空调系统中，控制压缩机的启停及工作状态的依据是空调回风口的温度参考值。然而，空调机组设备通常安装在靠窗或靠墙部位，其顶部回风口的气流温度并不能准确代表每个交换机柜架的环境温度，且往往会有很大的局部偏差。实际上，由于整个机房空间的几何复杂性，以及空调出风口位置和出口气流参数的不尽合理，机房内部气流的速度场和压力场都是极其不均匀的，其中存在许多低速低压的旋涡区，从而使得交换机柜架内电子元器件与环境气流的对流换热状态呈现出严重的不一致性。………..为了弥补空调回风口测温方式的不足，可在机房空间内额外布置一些温度监测点，以获取更为真实的机柜环境温度信息。在以往的系统设计中，每个机房一般只布置了2个温度监测点。然而，在面积比较大的机房中，由于温度场分布的不均匀性，局部温差也会比较大，这不利于现场实时监测，甚至导致较大的测控误差。此外，人工设置空调温度的方法也无法时时跟踪温度的变化。这些都是导致空调系统做了许多“无用功”的重要因素，从而造成严重的能源浪费。…..……针对上述机房空调系统的种种缺陷，上海电信公司研制出了空调节能系统。这个系统放弃使用空调回风口的温度测试器，而采用多个监测探头来监测温度的变化，即用多点代替一点测量。并且多个探头测量的温度值将被反馈到一个控制系