考慮機房氣壓模型的通信機房通風(fēng)節(jié)能控制系統(tǒng)

摘 要：設(shè)計了一套新型通信機房通風(fēng)節(jié)能控制系統(tǒng)。系統(tǒng)通過控制模塊檢測室內(nèi)外溫度的變化，采用智能模糊算法對機房環(huán)境溫度進行動態(tài)調(diào)節(jié)，將室外低溫空氣經(jīng)過處理后吸入通信機房以達到節(jié)能目的。同時考慮機房氣壓模型，有效規(guī)避了機房空氣壓力過高過低的風(fēng)險。實踐證明該系統(tǒng)能大幅度降低能消耗，節(jié)約運行成本，延長空調(diào)使用壽命。

關(guān)鍵詞：通風(fēng) 節(jié)能 控制器 模糊算法

中圖分類號：TP23 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）08（a）-0011-02

Abstract：Designed a set of new ventilation energy saving control system for communication room. The system by changing the control module detects indoor and outdoortemperature， the intelligent fuzzy algorithm to dynamically regulate room temperature，low temperature air outdoors after inhalation of communications room to achieve the purpose of saving energy. Considering the room pressure model， effectively avoid therisk of room air pressure too low. The practice proves that the system can greatly reduce energy consumption， saving operation cost， prolong the service life of the air conditioner.

Key Words：Ventilation； Energy-saving； Controller； Fuzzy Algorithm

目前石油、煤炭資源的過度消耗，能源已經(jīng)成為世界各國廣泛關(guān)注的重點課題。在國家節(jié)能減排政策的號召下，各大通信運營商也開始考慮如何在生產(chǎn)中倡導(dǎo)節(jié)能理念。通信企業(yè)用電主要在生產(chǎn)環(huán)節(jié)，約占到全部用電量的90%。因此，如何降低生產(chǎn)性用電支出，開展機房節(jié)能減排將是工作的重要突破點。高效節(jié)能的通信機房不但可以降低企業(yè)生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟效益，而且還能積極響應(yīng)國家節(jié)能減排的政策號召，給企業(yè)帶來良好的正面宣傳，具有非常顯著的經(jīng)濟效益與社會效益。

1 通信機房用電現(xiàn)狀

通信機房的傳輸與交換設(shè)備在工作時因數(shù)據(jù)吞吐量極大，芯片在高性能處理的環(huán)境下會散發(fā)出大量的熱能，而此類數(shù)據(jù)傳輸與交換設(shè)備對環(huán)境溫濕度有著非常嚴格的要求。動環(huán)設(shè)備中的動力設(shè)備在逆變整流過程中也會釋放熱能，包括UPS、電池等，而環(huán)境設(shè)備主要指代空調(diào)，機房從安全角度來考慮，一般處于一個相對密閉的環(huán)境中，機房的溫度主要通過精密空調(diào)來實現(xiàn)，因此，機房的能耗主要體現(xiàn)在空調(diào)耗電上。

為了保障設(shè)備的正常運行，機房精密空調(diào)全年幾乎都處在制冷工作狀態(tài)，全天24 h運轉(zhuǎn)，即使在寒冷的冬天，機房空調(diào)可能仍運行于制冷模式，壓縮機始終處于工作模式，對電能的消耗是非常大的。根據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計分析，平均每個機房空調(diào)的電費支出約占整個機房電費支出的52%左右。因此，機房空調(diào)長時間處于制冷模式運行，不但會造成電能的極大浪費，而且會導(dǎo)致空調(diào)維護成本提高。

2 系統(tǒng)工作原理

新型的通風(fēng)節(jié)能控制系統(tǒng)通過智能檢測室內(nèi)外的溫濕度的變化，將室外低溫空氣經(jīng)過過濾加濕后通過風(fēng)機吸入機房給設(shè)備散熱，將機房溫度曲線控制在最優(yōu)區(qū)間內(nèi)，從而關(guān)閉空調(diào)達到節(jié)能的目的?？刂葡到y(tǒng)原理圖如圖1所示。

系統(tǒng)由通風(fēng)節(jié)能控制器和上層監(jiān)控軟件組成。通風(fēng)節(jié)能控制器采集機房環(huán)境數(shù)據(jù)（包括室外溫度To、室內(nèi)溫度Ti以及空調(diào)、風(fēng)機工作狀態(tài)等），將室內(nèi)外數(shù)據(jù)進行對比分析，若室外溫度低于室內(nèi)溫度，將開啟進風(fēng)機將室外空氣經(jīng)過過濾加濕處理后吸入機房內(nèi)部，同時開啟排風(fēng)機，使室內(nèi)空氣壓力處于一個平衡位置。如圖所示，假設(shè)機房室外溫度為To，室內(nèi)溫度為Ti，同時假定機房設(shè)置溫度Ts，則系統(tǒng)工作原理如下所述。

當(dāng)室外溫度To<室內(nèi)溫度Ti，并且室內(nèi)溫度Ti>設(shè)定溫度Ts時，開啟通風(fēng)機組（包括進風(fēng)機和排風(fēng)機）、關(guān)閉空調(diào)組A、B，利用室外冷空間對機房內(nèi)部進行降溫。

當(dāng)室外溫度To>室內(nèi)溫度Ti，若室內(nèi)溫度Ti<設(shè)定溫度Ts時，通風(fēng)機組和空調(diào)組A、B仍處于關(guān)閉狀態(tài)，若室內(nèi)溫度Ti>設(shè)定溫度Ts時，才關(guān)閉通風(fēng)機組，開啟空調(diào)進行制冷。

上層監(jiān)控軟件由前置機和服務(wù)器組成。前置機軟件通過串口服務(wù)器采集通風(fēng)節(jié)能控制器數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)打包后送往服務(wù)器，多個監(jiān)控平臺安裝有監(jiān)控平臺軟件，通過訪問服務(wù)器數(shù)據(jù)來實現(xiàn)監(jiān)測和控制。

綜上所述，空調(diào)僅在盛夏室外溫度或者室內(nèi)濕度特別高兩種情況下才開啟，大部分時間由通風(fēng)機組工作完成降溫功能，而通風(fēng)機組耗電非常低（一個機房的通風(fēng)機組功率約為200 W），由此帶來的電能損耗則大大下降。由于機房熱源的發(fā)熱量基本恒定，而環(huán)境溫度變化較大。可供室外空氣交換的熱量隨季節(jié)不同而變化，因此，除開天氣炎熱的夏季白天之外，幾乎一年四季的其它時間都有機會利用通風(fēng)來降溫。在中秋到春末基本上可以不使用空調(diào)而僅使用通風(fēng)機組工作。

3 系統(tǒng)的設(shè)計

3.1 通風(fēng)節(jié)能控制器設(shè)計

通風(fēng)節(jié)能控制器硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示，選用STM32F407系列單片機作為主控芯片，通過采集溫濕度傳感器的電壓、電流信號通過A/D轉(zhuǎn)換得到溫度值，同時實時采集通風(fēng)機組、空調(diào)機組的運行狀態(tài)，經(jīng)過節(jié)能邏輯運算后，利用單片機I/O口驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)，進一步實現(xiàn)通風(fēng)機組、空調(diào)機組的開關(guān)。

（1）主控制器。

主控制器采用STM32F407單片機，是整個控制器的中心。單片機通過軟件的設(shè)計完成溫度數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、狀態(tài)判斷和控制執(zhí)行。按照節(jié)能原理，程序控制邏輯流圖如圖3所示。

（2）數(shù)據(jù)采集與控制執(zhí)行。

控制器采用溫度系數(shù)為10K（25℃）的電阻式3950溫度探頭，簡單實用，運用帶串行控制和11路輸入端的10位模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片TLC1543完成了A/D轉(zhuǎn)換，從而得到了機房多個位置的溫度值，通過均值算法得到機房的最佳取樣溫度。為了對室內(nèi)空氣壓力進行實時監(jiān)測，控制器同時采用了壓力傳感器采集機房內(nèi)部空氣壓力數(shù)據(jù)，指導(dǎo)進風(fēng)機、排風(fēng)機更加合理有序運行。

（3）人機交互與上位機通信。

控制器設(shè)計了友好的人機交換界面，通過LCD顯示屏和按鍵單元來進行機房設(shè)定溫度的輸入與查詢，并且能對控制器系統(tǒng)參數(shù)進行實時調(diào)整。針對目前通信機房動力環(huán)境監(jiān)控的要求，控制器提供了串口以及2 M端口與上位機進行通信，按照郵電部通信機房動力環(huán)境監(jiān)控協(xié)議提供了三遙數(shù)據(jù)。

3.2 軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件采用典型的C/S模式，由前置采集程序、數(shù)據(jù)服務(wù)器程序和監(jiān)控平臺程序塊組成，其中前置采集程序通過TCP/IP或串口采集多臺控制器數(shù)據(jù)，并按照數(shù)據(jù)服務(wù)器數(shù)據(jù)格式要求進行打包，然后上送給數(shù)據(jù)服務(wù)器。數(shù)據(jù)服務(wù)器主要承擔(dān)數(shù)據(jù)接收、處理、存儲以及服務(wù)提供功能；多個監(jiān)控平臺采用直觀的樹形結(jié)構(gòu)展現(xiàn)了整個地區(qū)監(jiān)控機房情況，滿足了多個值班管理的要求。

4 結(jié)語

本文設(shè)計了一種新型通風(fēng)節(jié)能控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用溫度控制算法實現(xiàn)了對通風(fēng)機組和空調(diào)機組的控制，利用環(huán)境與機房室內(nèi)溫差達到了節(jié)能目的。控制器在原來基礎(chǔ)上加上了壓力傳感與溫度模糊控制算法，一方面有效排除了機房壓力過高的風(fēng)險，另一方面能將機房溫度曲線區(qū)間控制更為精密，更為智能化。上層監(jiān)控軟件滿足了通信行業(yè)監(jiān)控、統(tǒng)計要求。測試表明，系統(tǒng)穩(wěn)定性好，節(jié)能效果優(yōu)良。樣機測試節(jié)能效率甚至達到87%以上，實現(xiàn)了預(yù)期的優(yōu)秀節(jié)能效果。

參考文獻

[1] Chaoqing Yuan，Sifeng Liu，Zhigeng Fang，Junlong Wu. Research on the energy-saving effect of energy policies in China： 1982-2006[J].Energy Policy？，2009，37（7）：23-45.

[2] C.B.Chiou，C.H.Chiou，C.M.Chu，S.L.Lin. The application of fuzzy control on energy saving for multi-unit room air-conditioners[J].Applied Thermal Engineering. 2009vol.29（no.2-3）.

[3] 章若冰.基于C/S模式的通信機房通風(fēng)節(jié)能控制系統(tǒng)[J].測控技術(shù)，2010（29）：207-272.

[4] 章若冰.一種新型的通信機房通風(fēng)節(jié)能控制器[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2010（12）：200-202.

[5] 梅春燕，王寶英.基于單個神經(jīng)元的模糊控制器在空調(diào)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].中國科技信息，2009（7）：125-126.

[6] 李森.通風(fēng)節(jié)能系統(tǒng)在電信機房中的應(yīng)用[J].運行維護，2008（8）：48-49.

[7] 鹿劍，郭亮，郭棟，等.面向?qū)ο蟮牡V井通風(fēng)節(jié)能系統(tǒng)研究[J].節(jié)能，2009（9）：42-45.