bob官方下载链接自适应恒温恒湿控制节能监控技术主讲人上海市电信有限公司网络运行部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。实现自适应控制“空调群”的主体技1、模糊控制技术自动跟踪昼夜、bob官方下载链接季节、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。ＫedeKcＫu被控对象ecECx1x-11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24“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”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。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、bob官方下载链接关机”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121824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南方温度江南温度北方温度跟综地区23—37某一天的温度曲线上海市气象局资料112月份101112629710316421424730629324519314998平均值2004年1月---2004年12月:181度2004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，避免不必要上海市2004年全年湿度变化曲线相对湿度%上海市气象局资料气温度下降到产生结露方式提高冷空气的温度，13后再送回机房。制冷加热正常的空调“去湿”工作需空调的去湿工作方式演示手动设置505%55%45%压缩机制冷去到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。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 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 “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 1312 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 376 温度最低点216 空调空调 空调 空调 空调 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 空调序号28 26 24 22 20 18 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 空调序号 空调状态 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。 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1 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2 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 ，提高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。 现状使用 节能 设备 机房内 环境温度 温差大 平稳柔和 机房内 环境湿度 有偏差 交换机工作 安全性 一般 提高 压缩机 工作 小时数 减少空调使 用寿命 延长能源 消耗 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 选择上海某电信局的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 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 13 2952 6416 相同 14 2952 6403 机房密封 状况 机架数量 机房面积平米 23力博特-15型 6416 23力博特-10型 6403 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 冬季春季 夏季 秋季 133 142 190 146 250 200 150 100 50 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 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 外界温度天气预报监控状况 电度表读数（80倍率） 用电累计 11月16日 9—15 时间15:05109261 折算1天 平均用电 74057度 11月17日 9—17 时间13:50 109378 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 11月18日10—17 N+1 温度变设定 时间15:10 109483 平均用电58042度 11月21日 10—17 时间14:52 109772 一天节电16015度，节电率:2163% 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10550和9541小时, 节约1009小时 试验1-2 对6416机房空调 N+1、自动排序、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 124116 5134 2004年 12月30日 56004度 3004 2004年 07月13日 3109 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天使用监控 180120 2003年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 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 1810% 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。bob官方下载链接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 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 外界温度天气预报监控状况 电度表读数（80倍率） 用电累计 9月23日 22—28 时间08:225628 折算1天 平均用电 564度 9月26日 24—28 时间13:00 5853 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 9月26日22—29 时间13:005853 平均用电491度 9月27日 22—30 时间16:46 5924 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:129% 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571%。 自动排序并控制N+1后，实际关闭空调41 台，占空调总数的2929%。 机房内环境温度均衡保持在23 —24 机房名称空调数量台 节电率% 5159北区局平顺东机房 4291浦东局高桥机房 2027浦东局临沂5875系统 1265浦东局杨思机房 1046宝山局友谊机房 1839中区局云南分局 二楼东机房 1847平均节电率 2496 试验减少空调台数的节电率统计 2005年12月冬季气候统计数据 机房名称空调数量台 节电率% 中区局云南分局 二楼西机房 1887中区局云南分局 三楼机房 10 463 中区局保屯机房 4292东区局逸仙东机房 1711南区局平江西机房 1974南区局平江东机房 2238平均节电率 2094 试验减少空调台数的节电率统计 2005年12月冬季气候统计数据 节电效果分析从以上试验机房的统计数据可以清楚看出两点: 1、定性分析——有节电效果是一定的。 2、定量分析——节电率的大小取决于以下因素。 节电率不同的原因分析： 根据前面介绍的节能途径和原理，其节电率大小取决 于以下因素：空调富余量（相对于机架发热总量）、空调 机自身的制冷效率、机房密封性能、机房工况条件等诸多 客观存在的不同因素。不同季节的节电率是不同的。 经济效益分析及推广应用从6416机房一年的精确统计数据， 1年1台空调平均用电是：56340度。 上海平均电价以09元计,约为5万元。 平均节电率约20%，节约电费1万元人民币。 上海电信专用空调约有1500台， 每年可节约电费1500万元。 约一年半收回投资。 机房专用空调自适应恒温恒湿控制节能监控系统的安装和施工简单、维护方便， 对机房结构没有任何变动，不影响原有网 络系统，具有安全可靠性。以后的日常维 护工作也同样简单方便。 从该节能技术的4个节约途径可见，中国 南北方气候的程控交换机房都能适用，具 有提高企业经济效益和社会效益的积极推 广意义。