通信机房中央空调系统能耗监测及最优化节能方案研究报告

1、成果上报申请书成果上报申请书 成果名称成果名称通信机房中央空调系统能耗监测及最优化节能方案研究报告 成果申报单位成果申报单位 广东省公司 成果承担部门成果承担部门 / /分公司分公司 广州分公司网络维护中心 项目负责人姓名项目负责人姓名 项目负责人联系电话项目负责人联系电话 和和 emailemail 成果专业类别成果专业类别* *通信电源所属专业部门所属专业部门* * 动力专业网络维护 中心 成果研究类别成果研究类别* * 相关网络解决方 案 省内评审结果省内评审结果* *通过 关键词索引（关键词索引（3 35 5 个）个）中央空调系统，能耗监测，节能 应用投资应用投资万元（指别的省引入应用

2、大致需要的投资金额） 产品版权归属单位产品版权归属单位中国移动通信集团广东有限公司 对企业现有标准规范的符合度：对企业现有标准规范的符合度：（按填写说明 5） 无 如果该成果来源于研发项目，请填写研发项目的年度、名称和类型（类型包括：集如果该成果来源于研发项目，请填写研发项目的年度、名称和类型（类型包括：集 团重点研发项目、集团联合研发项目、省公司重点研发项目、其他研发项目）团重点研发项目、集团联合研发项目、省公司重点研发项目、其他研发项目） ，可，可 填写多个：填写多个： 成果简介：成果简介：简要描述成果目的和意义，解决的问题，取得的社会和经济效益。 随着通信技术的高速发展、数据的高度集中，

3、通信机房的建设也就成为信息基 础领域建设不可缺少的一环。通信机房内设备散热量大且高度集中,机房内部设备 全年不间断高负荷运行，从而导致了通信机房高额的能源消耗，而其中通信机房空 调能耗约占机房总能耗的 50以上。因此，在当前大力提倡节能建设前提下，对 通信机房的能源监测以及空调节能分析，也就显得尤为重要。 本系统利用当代微机技术、数字通讯技术与仪表计量技术完美结合，集计量、 数据采集、处理以及能耗分析于一体，对通信机房能源使用状况进行有效控制的智 能管理系统。首先，系统实时监测通信机房内各主要用能设备的能耗参数，以及机 房内实时环境参数，把能源使用时间、机房环境变化和能源使用量等清晰展示在用

4、户面前，能很好的提高管理部门工作效率，同时通过对各种数据的分析能使管理者 及时发现能源使用过程中的问题，采取具有针对性的解决方案和改进措施，实现对 通信机房的可持续节能改进。其次，建立能源管理测试平台和评估体系，掌握通信 机房真实准确、有效和权威的能耗数据，检验各种节能措施的效率，客观评价通信 机房能耗水平，以指导新建机房的建设。 省内试运行效果：省内试运行效果：描述成果引入后在本省试运行方案、取得的效果、推广价值和建议等。 本项目开发的系统现已在中国移动通信集团广东有限公司广州公司投入使用， 其人机界面设计合理，整体效果良好。该系统为广东移动首次应用，适用于通信枢 纽楼中央空调能耗分析系统和

5、预警工作，可推广至全省通信枢纽楼使用及分配工作 中。 文章主体（文章主体（30003000 字以上，可附在表格后）：字以上，可附在表格后）：根据成果研究类别，主体内容的要求有差异， 具体要求见表格后的“填写说明 6” 。 通信机房中央空调系统能耗监测及最优化节能方案研究报告通信机房中央空调系统能耗监测及最优化节能方案研究报告 版本 声声 明明 拟拟制制日日期期 审审核核日日期期 批批准准日日期期 本文档所有权和解释权归广东盈嘉科技发展有限公司与中国移动通信集团广东 有限公司共有，未经书面许可，不得复制或向第三方公开。 this document is the property of cmgd

6、& wincom(合作公司英文名) and can be neither reproduced nor disclosed to a third party without a written authorization. 修订历史记录修订历史记录 版本版本日期日期 amdamd 修订者修订者说明说明 1.02010-11-11a （a-添加，m-修改，d-删除） 目目 录录 1项目背景 .3 2项目组成员 .4 3合作伙伴 .5 4项目周期 .6 5领导评价 .7 6技术方案/业务方案 .9 6.1 系统概述.9 6.2 系统架构.9 6.3 机房冷热负荷分析及空调设计状况.11 6.4 机

7、房温度、气流组织分析与 cfd 模拟.15 6.5 温度场测评模型及分析.24 6.6 能源管理体系测评和分析.25 6.7 结论.28 7关键技术/业务创新 .29 8测试报告 .30 8.1 通信机房中央空调系统能耗监测及最优化节能方案研究主界面.30 8.2 机房温度分布图测评及分析.30 9使用报告 .32 10 项目推广及发展建议 .33 11 试运行报告 .34 11.1数据采集存储模块 .34 11.2中央空调能耗及运行情况监控 .34 11.3机房温度分布图 .34 11.4数据查询及导出 .34 11.5系统数据源配置 .35 11.6系统管理模块 .35 11.7系统管理模

8、块 .35 1 1项目背景项目背景 据世界能源署能源效率与技术办公室公布的数据，中国基本能源消费已占世界 总消费量的 1/10，仅次于美国居世界第二位。在未来的 20 年内，中国的能源需求 增长将占世界基本能源需求总增长的 23%。为了缓解能源供需矛盾，保持社会经济 的持续、快速、健康发展，我国国民经济和社会发展“十一五”规划提出了在此期 间单位 gdp 能耗降低 20%的要求。 随着通信技术的高速发展、数据的高度集中，通信机房的建设也就成为信息基 础领域建设不可缺少的一环。通信机房内设备散热量大且高度集中,机房内部设备 全年不间断高负荷运行，从而导致了通信机房高额的能源消耗，而其中通信机房空

9、 调能耗约占机房总能耗的 50以上。因此，在当前大力提倡节能建设前提下，对 通信机房的能源监测以及空调节能分析，也就显得尤为重要。 本系统利用当代微机技术、数字通讯技术与仪表计量技术完美结合，集计量、 数据采集、处理以及能耗分析于一体，对通信机房能源使用状况进行有效控制的智 能管理系统。首先，系统实时监测通信机房内各主要用能设备的能耗参数，以及机 房内实时环境参数，把能源使用时间、机房环境变化和能源使用量等清晰展示在用 户面前，能很好的提高管理部门工作效率，同时通过对各种数据的分析能使管理者 及时发现能源使用过程中的问题，采取具有针对性的解决方案和改进措施，实现对 通信机房的可持续节能改进。其

10、次，建立能源管理测试平台和评估体系，掌握通信 机房真实准确、有效和权威的能耗数据，检验各种节能措施的效率，客观评价通信 机房能耗水平，以指导新建机房的建设。 2 2项目组成员项目组成员 姓名职务备注 罗学维网维中心副总经理 吴梓斌网维中心动力室经理 刘文飞网维中心动力室项目负责人 3 3合作伙伴合作伙伴 参与本项目合作的公司为广东盈嘉科技发展有限公司。 广东盈嘉科技发展有限公司成立于广州科技园，注册资金 1000 万，是一家提 供通信信息技术和工程服务，被政府认证的高新技术企业。公司与北京和广东高等 院校的国家级重点实验室建立了合作伙伴关系，专业从事动力环境监控、网络视频 及网络通信新产品的研

11、发、生产与经营，承接计算机网络、动力监控与视频监控的 系统集成工程及监控设备技术设计等业务。 公司自主研发的“动力环境集中监控系统”早在 1994 年就已通过原邮电部部 级鉴定，至今已发展到第四代。jz 系列产品自 1998 年开始应用在广东移动 12 个 地市分公司的交换机房动力环境监控，作为交换局动力设备维护、机房管理的重要 手段；用于基站动力环境集中监控的 wincom 系列系统于 2003 年开始在河南联通全 省基站应用，取得良好的社会经济效益；监控系统软件于 2002 年 2 月参加中国移 通信集团在北京组织的“机房动力环境监控系统”b 接口测试，成为在全国范围内 首批测试合格的 1

12、5 家企业之一。 广东盈嘉科技发展有限公司于 2006 年 10 月份参加广东移动基站信息化系统试 点工程和测试。基站信息化项目经过三个阶段九个月有目的、有计划的测试,，于 2007 年 7 月 5 日圆满完成。三个阶段的测试数据表明：广东盈嘉科技发展有限公 司动力环境监控系统的各项指标均满足技术规范要求，在系统整体性、先进性、兼 容性等指标上优于其他厂家。 项目组成员： 项目 负责 人 学士学位，计算机科学与技术专业毕业。高级 系统架构师 学士学位，信息与计算科学专业毕业，2003 年 10 月获得国家高级程序员（计算机水平） 证书 ，曾参与多个监控系统项目开发。 项目 实施 成员 学士学位

13、，计算机科学与技术专业毕业 项目 支持 人员 本科，学士学位。毕业于中山大学物理系半导 体传感与微电子专业；计算机系统集成高级项 目经理认证；思科 ccna、ccnp 认证；软件系 统架构设计师认证。 现任职广东盈嘉科技发展有限公司技术总监。 4 4项目周期项目周期 项目时间跨度 2010-10-12010-12-30 编号关键事件起始时间结束时间备注说明 1 向甲方提交研究开发计划 2010-10-12010-10-5 2 项目开始 2010-10-12010-11-29 3 初验 2010-11-10 4 终验 2010-11-29 5 系统投入使用 2010-11-29 5 5领导评价领

14、导评价 “通信机房中央空调系统能耗监测及最优化节能方案研究”可以提供空调 设备的实时运行信息、实时准确的通过采集数据计算容量占用等情况、进行预 警和数据查询、加电预警、容量突变短信通知等智能化功能。该系统还可向规 划部门提供准确实时的机楼基础动力支撑数据、向工程部门提供准确的电源容 量使用信息等。该系统是是针对传统动力容量预警分析方式的一次巨大革新。 广州移动网络维护中心动力系统维护室开发的通信机房中央空调系统能耗监测 及最优化节能方案研究是全国通信行业中首先研究并实施应用的，国内尚无此 先例。 评价人签名：评价人签名： 日日 期：期： “通信机房中央空调系统能耗监测及最优化节能方案研究”对动

15、力环境监 控系统的数据进行二次挖掘。通过动力监控系统接口取出电源系统/高低压配电 /空调等有关设备信息和基础数据，然后根据电源、电池组、负载三者之间在实 际应用中的逻辑关系，通过程序化的数学计算，在组态软件界面上直观显示出 动力设备的实时容量、额定容量、当前负载、当前负载占额定容量百分比、系 统可扩容富余容量等；在电源系统实时负载达到系统输出容量警戒值时发出预 警；实时显示电池组容量，计算当前负载下电池组能支撑的后备时间。在电源 系统关闭情况下，根据蓄电池组能支撑的后备时间，分阶段发出告警提示，防 止电池组深度放电和通信网络供电中断。保障通信网供电的可靠性和稳定性。 评价人签名：评价人签名：

16、日日 期：期： “通信机房中央空调系统能耗监测及最优化节能方案研究”采集和存储了 大量的数据，大量数据的背后隐藏着很多具有决策意义的有价值的信息。 “通信 机房中央空调系统能耗监测及最优化节能方案研究”通过对动力环境监控系统 的数据挖掘，从海量数据里提取出用户最需要的数据，对数据进行深层次的统 计分析，给用户的日常工作提供理论依据。特别是向规划部门提供了准确实时 的机楼基础动力支撑数据、向工程部门提供了准确的机房冷量信息等。为相关 部门提供了一个统一的支撑平台。 评价人签名：评价人签名： 日日 期：期： “通信机房中央空调系统能耗监测及最优化节能方案研究”通过机房热源 和机房风柜供冷量的平衡考

17、虑，创新性的改进了负荷系数法，通过试验和实际 试点运行考证，改进负荷系数法在计算机房冷量中准确、简单，在工程中广泛 的应用价值，广州移动分公司是目前通信行业中首先进行此类研究和应用的。 由于计算方法和建模的复杂性，加之硬件条件的限制，机房冷量的计算精度很 难准确把握，因此机房冷量预警是整个系统中最为复杂和困难的部分之一。参 照实际应用中的经验积累对算法进行改进，本系统很好的解决了这一难题。 评价人签名：评价人签名： 日日 期：期： 6 6技术方案技术方案/ /业务方案业务方案 6.16.1 系统概述系统概述 通信机房用中央空调系统的设备选型在设计时是根据最大热负荷来确定的， 在实际运行中由于机

18、房中热源分布及热负荷的变化，使得散热需要的空调冷量 与设计时的冷负荷有较大的变化，空调机组经常是在部分负荷下工作，为了降 低通信机房的空调能耗，减少空调机房的局部热岛效应，需要对通信机房中各 点的温度、湿度、风速以及气流分布进行精确的测试，通过测试分析、比较， 确定通信机房风柜输冷量是否工作是最佳工作状态，提出机房风柜日常工作的 最佳工作运行参数以及合理的送回风口的配置，机房中的温度场分布满足散热 需要，同时流动阻力最低，达到整体节能效果。 同时，系统对通信机房内供能及用能系统实施信息采集、显示、分析、处 理、维护及优化管理，实现实时性、全局性、系统性和制约性的综合能源管理 功能；系统运用能耗

19、分析工具，对机房内所采集的各用能设备实时运行的数据 分析、统计和规划处理，实现综合管理与计划用能，对机房中冷量需求进行预 警分析，建立冷量预警计算模型，实时调节空调冷负荷。 本次选取广州市清河东通信机楼 803 机房为典型机房状况进行模拟测试分 析。 6.26.2 系统架构系统架构 中央空调能耗分析系统技术构成图如图 1 所示： 以太网 金金海海大大厦厦 系统操作终端 路由器 以太网 以太网 温温度度采采集集模模块块 交交流流电电能能测测量量仪仪交 交流流电电能能测测量量仪仪 485总线 温温度度传传感感器器温温度度传传感感器器 nc604 交交流流电电能能测测量量仪仪 m7052采采集集模模

20、块块 温温度度传传感感器器温温度度传传感感器器 温温度度采采集集模模块块 温温度度传传感感器器温温度度传传感感器器温温度度传传感感器器温温度度传传感感器器 m7017采采集集模模块块 冷却水温度 设备运行状 态、水流状态、 液位状态等 485总线 nc604 设备运行状 态、水流状态、 液位状态等 m7052采采集集模模块块 通信机房中央空调系统能耗监测系统结构图 485总线 485总线 485总线 路由器 通信服务器数据库服务器 路由器 清清河河东东机机楼楼 e1传输线路 e1传输线路 西西得得胜胜机机楼楼 图图 1 1 中央空调能耗分析系统技术构成图中央空调能耗分析系统技术构成图 通信机房

21、中央空调系统能耗分析系统包括数据采集存储、空调能耗及运行情况 监控、机房温度分布图三大部分，其监控范围包括中央空调冷冻、冷却水系统、各 设备运行状态、水流状态、设备能耗情况及机房温度分布情况。 冷却水温度监测需要通过水管温度传感器接入到 m7017 模拟量采集器中，对温 度传感器传回的信号进行处理后，通过 485 总线接入到 nc604 智能协议转换器。设 备运行状态、水流状态分布通过状态继电器和超流波流量开关传感器接入到 m7052 数字量采集器中处理后，通过 485 总线传到 nc604 智能协议转换器。 设备能耗采用交流电量测量仪进行采集，交流回路的电压由交流电量测量仪直 接采集，交流电

22、流及相位参数由电流互感器采集，然后接入到交流电量测量仪，交 流电量测量仪根据采集到的电流、电压以及相位等参数值，由相关的算法进行电量 的计算。交流电量测量仪的输出为 rs485 输出，在现场将所有电量测量仪通过 rs485 串行总线进行连接，接入到 nc604 智能协议转换器。 机房温度分布情况，采用温度传感器接入到温度采集模块，每四路温度传感器 使用一个采集模块。温度采集模块对温度传感器的信号进行处理后，通过 485 总线 接入到 nc604 智能协议转换器。 在本分析系统中，由数据采集模块从各监控设备中得到实时数据，并通过分析 及加工后储存到数据库中，同时在数据操作工作台显示相关数据。由于

23、系统是 b/s 架构，多用户只要通过浏览器登录系统后就可同时查看。系统单独建立数据库用于 保存配置信息、实时数据、历史数据，数据库采用 slqserver 2000。界面程序负 责实时数据显示、数据查询、数据比对。 6.36.3 机房冷热负荷分析及空调设计状况机房冷热负荷分析及空调设计状况 通信机房内的热源包括数据处理设备、程控交换设备、传输设备等机器的 散热，建筑围护结构的传热，太阳辐射热，人体散热、散湿，照明装置散热， 新风负荷。其负荷特点为： 1）机房内电子设备散热是空调负荷的主要来源。设备散热负荷可能高达 数百 w/m2，使得冬季时机房内部也存在大量的热负荷，空调系统需要全年运 行。

24、2）机房内几乎没有湿负荷源，只有机房工作人员与外界空气带入的湿负 荷。 首先，在空调负荷的分析中，计算通过围护结构传入室内或由室内传至室 外的热量时，都以室外气象参数为计算依据，室外气象参数是确定通信机房建筑围 护冷负荷的基本参数。本通信机房地处广州，广州地区的空调采暖的设计室外参数 如下表所示： 广州空调设计室外气象资料 经度 113.31 夏季空调大气 透明度等级 5 纬度 23.13 最热月相对湿 度(%) 83.0 夏季大气压 (pa) 100450.00 冬季大气 压(pa) 101950.00 夏季空调室外 干球温度() 33.50 冬季采暖室外 干球温度() 7.00 夏季空调室

25、外 湿球温度() 27.70 冬季空调室外 干球温度() 5.00 夏季空调日平 均温度() 30.10 冬季室外平均 风速(m/s) 3.50 夏季计算日 较差()： 6.50 最冷月相对湿 度(%) 70.0 夏季室外平均 风速(m/s) 1.80 图 2 给出了广州典型年的逐时（1 年为 8760 小时）室外干球温度变化。 图 2 广州典型年的逐时室外干球温度变化 图 3 进一步给出了各天干、湿球温度统计曲线 各各天天干干球球温温度度统统计计 0 5 10 15 20 25 30 35 40 1-12-13-14-15-16-17-18-19-110-111-112-1 干球温度（） 日

26、平均温度()日最高温度()日最低温度() 图 3 广州典型年各天干、湿球温度统计曲线 图 4 给出了广州市标准年气象数据获得水平面上的逐月太阳能辐射总量。 0 20 40 60 80 100 120 140 160 1月2月3月4月5月6月7月8月9月 10月 11月 12月 月辐射总量（kwh） 图 4 典型年广州地区水平面逐月太阳辐射量总量（kwh/m2.月） 室内设计参数为：机房设计送风温度为 12 摄氏度，室内设计温度在 1923 摄氏度。 利用以上室外气象参数以及室内温度设计要求等，即可对机房夏季典型日 设计负荷、全年所需冷负荷变化等进行计算分析。 通过计算分析，机房热负荷计算如下表

27、： 热负荷估算热负荷估算 1 1 数据中心面积数据中心面积 * = 318m2 2 2 it 设备负荷设备负荷 * =130kw 3 3 操作人员数量操作人员数量 * =4 人人 4 内部热负荷内部热负荷热负荷类型热负荷类型热负荷值热负荷值/kw it 设备热负荷显热130kw ups/pdu 热负荷显热9.6kw 照明系统热负荷显热8.6kw 人体热负荷显热0.3kw 人体热负荷潜热0.2kw 5 外部热负荷外部热负荷热符合类型热符合类型热负荷值热负荷值/kw 新鲜空气进入: 显热9.5kw 墙体, 窗, 地板, 天 花潜热6.4kw 6 总热负荷总热负荷164.6kw 7 显热量显热量15

28、8kw 8 显热比（显热比（shr）0.96kw 依据上述计算结果，以及相关空调设计规范要求，通信机房平面与空调布置 见图 5。空调方式采用全空气系统，通信机房的配置风柜 2 用 1 备，空气处理由 两台风柜完成，经由一个静压箱混合，由两个主风管送至通信机房，一条主风管 分为 7 条支管，另一条主风管分为 3 条支管，每条支管 5 个送风口，总共 9 条支 管 45 个送风口对机房送风，为上送侧回方式。回风口位于空调机房侧面，由通 信机房两个回风口、ups 室一个小回风口构成，由此构成空气流动的循环。 图 5 803 机房现风管布置平面图 6.46.4 机房温度、气流组织分析机房温度、气流组织

29、分析与与 cfdcfd 模拟模拟 1）通信机房的几何模型 803 机房天花底高 3m。803 机房概况如下表，机房建筑平面图、设备布置图 见图上图 5。 803 机房概况 机房状况 机房面积318m2 网络服务器机柜87 个it 设备负载功率120kw 水冷空调主机3 台(原设计为 21 冗余)单机制冷功率110.9kw 送风方式风管上送风 ups2*120kva 并机冗余+2*200kva 并机冗余 机柜布局非冷热通道布局 服务器制冷方式前进风,后排风(极少部分前后进风,顶部排风) 此机房处于 8 楼，长 43.2m,宽 23.6m,高 5m,见图 6-4，除了机房的东墙是外墙其 它都与具有

30、相同环境条件的机房用隔离墙隔开，没有冷量的流通，东墙内表面进行 了特殊的隔热处理。 机房内一共有 9 排机架，每排机架数量 6 到 15 不等，机架的几何尺寸为：长* 宽*高=1m*0.8m*2m，详细见上图 5 所示。机房采用非典型的上送侧回送风方式， 送风口高度为 3m，机柜机房内一共有 9 排，每排 56 个送风口，ups 间总计 3 各 送风口，分布于两排机架中间上部的天花板，几何尺寸为：长*宽=0.25m*0.5m， 如图 6-3 中红色矩形所示；回风口有三个，设在机房的左下侧墙面，几何尺寸为： 长*宽=2m*1.2m、 2.2m*1.8m 和 2.0m*2.5m；空调系统全天候运行

31、。 2）通信机房的物理模型 通信机架均简化为长方状，由于机房内部人员停留时间较短，照明设备只有在 有人停留时才使用，人体散热和照明设备的散热相对主要设备的功率来说可以忽略 不计。 模拟过程作如下假设：室内气体低速流动,可视为不可压缩流体，忽略由流体 粘性力做功所引起的耗散热；流动为稳态紊流；满足 boussinesq 假设,认为流 体密度的变化仅对浮升力产生影响；（4）不考虑漏风的影响。 3) 控制方程 气体流速不高，视为不可压粘性流动，所依据的控制方程组如下： 连续性方程：（1）0 j ik ijk uuu xxx 动量守恒方程： （2） 222 222 1 i iiiiiii ijk ij

32、ki p xt ijk uuuuuuu f uuu xxux xxx （3） 222 222 1 j jjjjjjj ijk ijkj p xt ijk uuuuuuu f uuu xxxx xxx （4） 222 222 1 k kkkkkkk ijk ijkk p xt ijk uuuuuuu f uuu xxxx xxx k 方程： （5） j tii j t jjjjji kkk t uuu u xxxxxx 方程： （6） 2 1 2 jj ti k t kkkjji tkk uuuc uc xxxxxx 其中为空气密度，取 1.237,为空气动力粘度，取 1.919 3 kg m

33、5 10 ，为湍流速度，常数，系 2 kg s m a 2 t c k 1 1.44 c 2 1.92 c 0.09 c 数，1.0 k 1.3 4) cfd 仿真模拟模型建立 根据上述所有参数，建立计算模型如下： 图 6 计算模型 模型划分网格如下： 图 7 803 机房模型 gambit 网格划分图 5) 模拟结果及分析 根据 fluent 对室内环境模拟计算结果，截图并分析如下： 图 8 1.5 米平面温度分布 室内温度场分布均匀，主要使用区温度在 17 到 20之间。但存在温度较低区 室内存在温度较低区 域，12，区域附近 设备没有发热量。 室内主要使用区域温 度场分布均匀，室内 温度

34、适宜。 域，主要是因为该区域附近设备没有发热量。 图 9 1.5 米平面风速箭图 室内空气流场分布均匀，主要使用区风速在 0.5m/s 左右。回风口附近风速较 大，约 3m/s，可以接受。 图 10 第四列风口风速云图 室内空气流场分布均 匀，主要使用区风速 在 0.5m/s 左右。 第四列风口下流畅均 匀，风速约为 0.5 m/s。 第四列风口下流畅均匀，风速约为 0.5 m/s。 图 11 第四列风口温度分布云图 第四列风口下大部分空间温度处于 1723，但个别 it 设备之间温度过高， 最高温度达 60，建议在该区域加强散热。 图 12 第三列风口风速云图 该区域温度过高，建 议加强通风

35、散热。 大部分空间温度处于 1723。温度场分布 均匀，温度适宜。 第三列风口下流畅均 匀，风速约为 0.5 m/s。 图 13 第三列风口温度分布云图 图 14 第四排风口风速云图 第四排风口下流场均匀，室内风速适宜，有利于设备散热。 流场均匀，风速适宜。 大部分空间温度处于 1723。温度场分布 均匀，温度适宜。 图 15 第四排风口温度分布云图 图 16 第五排风口风速云图 温度场分布均匀，大 部分空间在 1720， 有利于设备散热。 流场均匀，风速适宜。 图 17 第五排风口风速云图 通过 cfd 模拟，可以看出，机房空调系统设计较为合理，可以有效降低机柜 表面温度和周边空气温度，以保

36、证设备的正常运转。 6.56.5 温度场测评模型及分析温度场测评模型及分析 本系统通过全面检测通信机房主要用能设备功耗，以及空调主机运行状态、冷 冻水的供回水温度、流量，风柜送风量及输冷量等，建立通信机房中央空调系统日 常运行参数数据库，提出采用自适应参数辨识方法，建立机房空调能耗模型，同时， 研究耗能因素与节能措施实施性价比，形成通信机房空调的最优化节能方案，据此 确定不同楼层机房的热负荷强度，配送合理的冷量，使机房内冷量配送最佳。 同时，使用温度梯度图显示机房热负荷强度，从而可以直观的显示机房冷量分 配效果，为管理者实时监控机房环境和调节空调系统运行提供依据。 在通信机房水平面部署 n 个

37、温度测量仪，在某个时间点可以采集到各个测量仪 处的温度值，其组成有限个互异的离散点的温度值 t：t=(t1,t2,t3,tn)。考虑机房 环境，环境密度均匀，基本无介质流动，所以温度值 tn 和二维温度场位置相关， 则 tn=f(pn)=f(xn,yn)。 参数说明：pn：二维温度场测量仪位置信息；xn: 二维温度场测量仪 x 坐标； yn: 二维温度场测量仪 y 坐标。 在本系统中，采用 40 个温度测量仪，形成 40 个离散点温度信息，从而得到下 表列函数： it 设备表面温度过高， 建议加强该区域散热。 温度场分布均匀，大 部分空间在 1720。 测量 点 p p1p2p3p40 坐标

38、(x,y) (x1,y1)(x2,y2)(x3,y3)(x40,y40) 温度 值 t t1=f(x1 ,y1) t2=f(x2 ,y2) t3=f(x3 ,y3) t40=f(x40, y40) 表一：测量点温度值表 利用此表列函数进行迭代运算和二维插值运算，可以得到任意一点温度值 (t=f(x,y)，生成的二维温度分布图如下： 由迭代运算和二维插值运算的性质可以知道，影响二维温度场的质量的因素有： 1、温度测量仪的个数；2、温度测量仪的位置分布（机房内测量仪均匀分布，重点 区域集中监测） 。 6.66.6 能源管理体系能源管理体系测评和分析测评和分析 能源管理体系不仅仅用于计量和计费，其功

39、能的重要拓展就是能源使用参数 的检测、处理、分析、评估以及决策功能。 能源管理体系包含硬件结构、软件结构和能源管理数据流程。以及结合建筑 围护结构数据、外部内部环境数据、外部导入影响能耗指标的其它数据生成实时 能耗预测数据，用于指导空调及其控制系统设备的运行，以达到最优控制和自适 应控制的目标。 能源管理系统的目的有 5 个，即节能降耗、降低运营成本，提高运行效率， 保护资源和环境、能源可持续发展。实现节约能源的指标，必须在节能降耗上下 功夫，首先从强化能源基础工作入手，建立一套有效的检测、分析、评估管理系 统。第二，强化能源指标考核，从设备能源消耗指标到能源消耗等级分解都经过 仔细测算，并制

40、定出各主要用能设备节能降耗的具体办法。第三，强化能源现场 管理，及时发现能耗漏洞。 根据系统总体性原则，将机房整体系统划分成几个子系统（照明、空调、通 信设备等） ，从系统整体效益为出发点，在结合决策分析基础上建立系统目标保 证体系。根据设定目标实现对整个系统进行因果分析，从中找出影响系统节能效 益影响降低成本的主要因素，针对找出的主要问题制定对策，从而科学地进行机 房能源管理。 本系统本系统结合现有动力环境监控系统，搭建通信机房冷量监测及预警平台，不但 可以用于指导通信机房供冷系统建设和通信设备扩容冷量需求分析，还可以形成通 信机房空调的最优化节能方案，达到通讯大楼中央空调系统节能的效果。

41、测评范围：系统现有的所有已作能耗监控的设备。 测评内容：能耗分析系统中能耗数据是否与实际设备能耗一致。 能耗监控有效性测评：以主机能耗为例，现场采集其输入端的电压、电流，计 算得出其能耗，与系统监控值作对比。其它设备测评方法相同。 空调主机能耗监测数据如下： 机房高低压预警界面显示信息机房高低压预警界面显示信息 能耗测试前初始值 3104 能耗测试后数值 14979 输入端电压平均值 220v 输入端电流平均值 54a 测试时间1 小时 能耗监测表差值 11875 理论能耗值 11880 误差 0.04% 测评结论：测评过程中未发现严重偏差，实际测量值与理论值相当接近，对结 果无影响。同时，本

42、系统在技术可行性研究的基础之上，实现了中央空调能耗的预 警及分析；温度、风速等的分析；中央空调主机及风柜（机房冷量）的预警及分析。 开发出可以实时的查询设备容量占用以及其它相关信息，对设备容量占用过大越限 发出告警信号，加电预警、容量突变短信通知等智能化功能。如下图所示： 6.76.7 结论结论 基于通信机房空调及围护结构基本参数、机房主要设备的配置和机房内部典型 测点的实测数据，对通信机房的热源结构、通信机架热负荷强度、机房内的气流速 度场、温度场分布、送风管道布置、送风口与回风口设置、风柜风机功耗等多个方 面展开研究，据此对通信机房的气流速度场、温度场分布进行建模分析。首先，基 于传热平衡

43、方程和传热过程分析，建立了机房内的热平衡方程组和机房空气热平衡 方程及相应的数学模型；然后，基于连续性方程、动量守恒方程、k 方程、方程， 建立了通信机房中气流的仿真模拟控制方程。 在对机房进行建模的基础上，本项目采用成熟的商用软件鸿业软件，包括冷负 荷动态模拟软件 dest、美国大型流体与传热计算软件 fluent 作为仿真计算平 台，进行 cfd 仿真分析。通过精确的分析与计算，给出通信机房设备的发热量、 机房的气流速度场、温度场分布，基于所提出的模型与计算结果，检测了本机房现 有空调设计中送风口、回风口的布置方案基本合理，局部区域还需加强散热设计， 以满足通信设备的散热需要，同时使空调负

44、荷降低，达到最优冷量配置、节能降耗、 减排的效果。 同时，应用“通信机房中央空调系统能耗监测及最优化节能方案研究”,不仅可 以提供空调设备的实时运行信息，对空调冷冻水系统、冷却水系统、冷却塔风机等 各个环节进行全面控制，同时可以实时准确的通过采集数据计算容量占用情况，以 此实现能耗预警和数据查询、加电预警、容量突变等短信通知功能，本平台采用系 统集成技术将各个控制系统在物理上、逻辑上和功能上互连在一起，实现它们之间 的信息综合、资源共享，在一个智能控制平台进行集中控制和统一管理，实现机房 空调系统的整体协调运行和系统能源消耗最小，综合效率最优化以及各种预警等智 能化功能。在以上成果的基础上，可

45、以考虑建设机房能源中心，将单个机房的能源 监测向移动公司下属各单位推广，所有机房数据上传至能源中心，进行统一的设备 运行监测以及能耗监测，以此获取全局能耗状况及节能运行分析。 7 7关键技术关键技术/ /业务创新业务创新 本项目通过全面监测机房冷冻水的温度、流量，风柜送风量等参数，以及空调 主机、水系统、风柜及末端等各设备功耗，在机房通讯设备的发热量和冷量配送的 基础上，建立通信机房中央空调系统日常运行参数数据库，提出了采用自适应参数 辨识的方法，建立空调的能耗模型，同时，研究耗能因素与节能措施实施的性价比， 形成通信机房空调的最优化节能方案，据此确定不同楼层机房的热负荷强度，配送 合理的冷量

46、，使机房内冷量配送最佳，即机房中的温度场分布满足散热需要，同时 流动阻力最低，形成适合广州气候环境的典型机房中央空调节能运行及管理方案。 并结合现有动力环境监控系统，搭建通信机房冷量监测及预警平台，不但可以用于 指导通信机房供冷系统建设和通信设备扩容冷量需求分析，还可以形成通信机房空 调的最优化节能方案，达到通讯大楼中央空调系统节能的效果。特别是其中使用温 度梯度图显示机房的热负荷强度从而直观的看出机房冷量配送效果更是首创。 8 8测试报告测试报告 8.18.1 通信机房中央空调系统能耗监测及最优化节能方案研究主界面通信机房中央空调系统能耗监测及最优化节能方案研究主界面 1）测评内容 测评范围

47、为系统现有的所有已作能耗监控的设备。 测评内容为：能耗分析系统中与机楼实际设备是否一致，系统中能耗数据是否 与实际设备能耗一致。 2）测评方法 对于通信机房中央空调系统能耗监测及最优化节能方案研究主界面的测评，对 应测评内容，采取与实际中央空调结构图纸，运行报表进行核对的方法来确定是否 与实际一致。 能耗监控有效性测评：以主机能耗为例，现场采集其输入端的电压、电流，计 算得出其能耗，与系统监控值作对比。其它设备测评方法相同。 空调主机能耗监测数据如下： 机房高低压预警界面显示信息机房高低压预警界面显示信息 能耗测试前初始值 3104 能耗测试后数值 14979 输入端电压平均值 220v 输入

48、端电流平均值 54a 测试时间1 小时 能耗监测表差值 11875 理论能耗值 11880 误差 0.04% 3）测评结论 测评过程中未发现严重偏差，实际测量值与理论值相当接近，对结果无影响。 8.28.2 机房温度分布图测评及分析机房温度分布图测评及分析 1）测评内容 下面采用多点实测方法，在实际运行工况下，对温度场云图准确性进行检测分 析。对于机房温度分布图的测评内容，采取与现场实地测量值与系统测量值的比对 方式进行。 2）测评方法 在本项目中，机房温度分布测评考虑 40 个温度采样点。 机房温度采集测试方法：人员到对应温度采集点处于温度采集器附近测量该点 温度，并与系统内读数进行比较，应

49、在合理误差范围内。 机房温度分布图测试方法：人为操作系统生成当前机房温度分布图，并且在指 定地点安排人员进行温度测量，测量得到的实际值与机房温度分布图内数值进行比 较，应在合理误差范围内。 3）测评结论 系统中安放的温度采样点数据正常上传，与实际温度相符，在生成的温度分布 图上与实际机房温度分布相近，能明显的看到机房中过热区及过冷区。机房温度分 布图功能完善，能正确、实时的反应出当前机房内的温度分布情况，对于规划机房 冷量有很好的参考作用。 9 9使用报告使用报告 本项目在技术可行性研究的基础之上，实现了中央空调能耗的预警及分析；温 度、风速等的分析；中央空调主机及风柜（机房冷量）的预警及分析

50、。开发出可以 实时的查询设备容量占用以及其它相关信息，对设备容量占用过大越限发出告警信 号，加电预警、容量突变短信通知等智能化功能。同时，该系统还可以提供各机楼 电温度展示，基本进行预警和历史数据查询。 1010 项目推广及发展建议项目推广及发展建议 本项目开发的系统现已在中国移动通信集团广东有限公司广州公司投入使用， 其人机界面设计合理，整体效果良好。该系统为广东移动首次应用，适用于通信枢 纽楼中央空调能耗分析系统和预警工作，可推广至全省通信枢纽楼使用及分配工作 中。 1111 试运行报告试运行报告 系统软件及硬件运行均正常，各项指标均达到了预期要求。 11.111.1 数据采集存储模块数据采集存储模块 分类要求运行情况 数据采集 能实时从监控设备中