【培训课件】通信机房专用空调自适应恒温恒湿控制节能监控技术

1、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/sundae_meng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

2、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

3、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

4、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

5、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。 ede Kc模糊控制表u被控对象e + _ E ec EC U u y x1x-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

6、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

7、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。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”。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

8、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

9、小时0 6 12 18 24温度40 30 20 1024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52337 某一天的温度曲线另一天的温度曲线 跟 踪 昼 夜 温度619 73 717 731 814 828 上海市气象局资料月 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

10、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4060%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。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12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

11、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70%40%在40%60%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。获得节约能源的效果。 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，

12、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

13、 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。 13 12 11 10 09 08 07 06 05 04 03 02 01 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

14、冷 制冷 制冷 1 2 3 4 5 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 1 2 3 4 5 343230282624222018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

15、，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

16、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

17、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统，控制系统根据各个空间区域的实际温度分布，可以自动调节相对应空调的出风温度和工作状态。这样就克服了以往空调系统的不足，达到节能目的。空调自适应恒温恒湿控制节能监控系统的安全和节能优点1、 有效降低机房室内环境的温差t ，提高

18、机房整体恒温恒湿效果，确保机房内主用设备（程控交换机）的安全性，降低主用设备故障率。2、自动控制空调温湿度数据设置值，自动优化空调工作性能和状态、控制“空调群”的组合使用效率，减少空调长期不合理的耗电量部分。 3、自动优化和控制空调压缩机合理的负荷运行状态，延长了空调使用寿命。 改 善 内 容 使 用 状 况机房内环境温度机房内环境湿度交换机工作安全性压缩机工作小时数空调使用寿命能源消耗现状温差大有偏差一般多短多使用节能设备平稳柔和准 确提高减少延长降低空调自适应恒温恒湿度控制节能监控技术的优点比较四.试验机房的节能数据统计和分析试验场地和具体试验方法简 要 介 绍试验机房的选择选择上海某电信

19、局的6403系统机房和6416系统机房，在两个类似条件的机房内进行不同数据的试验。6403机房安装“变设定”节能监控试验，统计自身节 电试验效果。6416机房不安装节能监控设备，精确统计空调1年的 用电量是多少。南区平江局试验现场基本环境条件一览表 相同13295.2 6416相同14295.2 6403机房密封状况 机架数量（列） 机房面积(平米) 机 房名 称 523力博特-15型 6416523力博特-10型 6403 数 量（台） 功 率（KW） 空 调品 牌 机 房名 称 为保证试验的准确性、科学性和数据的可靠性，在近20个月的时间里，对6403、6416两个机房空调用电的电度表，分

20、别进行用电读数的累计统计和分析。 到目前为止，两个机房内，经过近2年时间的各种严格实地试验, 统计出有效准确的各类数据，计算出的节能效果是可观的，见以下各表。季节不安装节能监控设备的6416机房 用电量度 / 天. 台 冬季 春季 夏季 秋季133142190146250200150100500全年平均每台每天用电153度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度试验1-1试验开始时 间 试验结束日 期 试 验方 法 机房内有空调数量 空调实际使用数量原来空调序列编号 11月16日11月17日机房自身比 较 法 5台5台1#,2#,3# 4#,5#,外界温度天气预

21、报监控状况电度表读数（80倍率）用电累计11月16日915无 时间15:0510926.1折算1天平均用电740.57度 11月17日917时间13:5010937.8计算机温度模拟技术自动关闭2台、优化空调编号排序。现空调开机序列编号1#,2#,5#11月18日1017N+1温度变设定时间15:1010948.31天平均用电580.42度 11月21日1017时间14:5210977.2一天节电160.15度，节电率:21.63% 无节能监控与有节能控制,全部空调压缩机C1、C2累计工作时间分别为105.50和95.41小时, 节约10.09小时.试验1-2对6416机房空调 N+1、自动排

22、序、温度变设定用电度数和节电率的统计 （上海深秋季节试验数据）72032005年07月13日195天195天全部使用监控12411651342004年12月30日56004度 30042004年07月13日31.09 %如果其中的92天也不使用监控节能技术,节电率应该更高一些 195天其中103天无监控92天使用监12月30日节电率%节电度数用电天数监控节能总用电数(60倍率表)电表读数 统计时间 相同的季节和时间，对6403机房7个半月用电度数及节电率的统计 试验2-1对6403机房自身抽样一天节电的度数试验 实验时间 天气预报 节电技术 机房用电度数 节电度数/天

23、、台 04年8月11日8月12日 28-33 应用1086度节电度数48度 节电率18.10%04年8月12日8月13日 26-31 不应用1326度试验（3）数据显示，在外部环境温度略低时，不采用节能技术的用电量是1326度。而在外部环境温度略高时，由于采用了节能技术，用电量却为1086度，由此可见，如果在同等温度条件下节能效率应该更高一些。试验2-2浦东某机房自动排序节能试验试验开始时 间 试验结束日 期 试 验方 法 机房内有空调数量 空调实际使用数量开机空调序列编号 9月23日9月27日机房自身比 较 法 6台3台3#,4#,5# 外界温度天气预报监控状况电度表读数（80倍率）用电累计

24、9月23日2228无 时间08:22562.8折算1天平均用电564度 9月26日2428时间13:00585.3计算机模拟技术改变开机空调编号,使冷量使用效率最大化。 开机空调序列编号3#,4#,6#9月26日2229无 时间13:00585.31天平均用电491度 9月27日2230时间16:46592.4开启相同数量的空调，但使用不同的编号序列一天可节电73度，节电率:12.9% 试验3-1上海24个试验机房自动控制N+1后空调关闭的数量统计（05年12月） 24个机房有空调总数140台，原来手动控制状态开启数量132台，关闭8台。占空调总数5.71%。自动排序并控制N+1后，实际关闭空调41台，占空调总数的29.29