一种神经网络式机房新风控制系统及控制方法(论文)(1)

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1、一种神经网络式机房新风控制系统及控制方法 一种神经网络式机房新风控制系统及控制方法 苏州盟通利机电设备有限公司 【摘要：一种完全模仿人工思维的智能新风控制方法，仿佛一个操作人员在机房实地进行完美地操作， 却不发生人工操作的失误。 特别适用于电信机房的水加湿新风系统。通过对室外、进风口、室内温度的检测和比较，采用人工神经网络 ANN 的控制理念，将新风设备和机房空调组网运行，不错过每一个可以引入新风的时机，实现一年中新风运行时间最长、 空调停机时间最长的最大化节能效果； 通过 ANN 系统的自学习功能，自适应所有机房；以机房原来正常运行时的温湿度为蓝本，使机房的实际环境在新风投入前后无改变，确保

2、了机房运行的绝对安全】 一、技术背景 一、技术背景 1.新风系统的基本概念1.新风系统的基本概念 据有关数据显示，机房空调耗电量几乎占整个电信业耗电量的一半， 因此机房空调节能无疑是电信节能的重头戏。 机房新风系统是将室外较冷的空气直接引进室内， 通过与机房内较热的空气互相交换后再排出室外的一种机房降温方式。 它直接利用室内外空气的热量差， 通过减少机房空调的运行时间来实现机房的降温。 通常新风系统的功率要远远小于机房空调的功率，以小代大，因而节能。 由于各类机房有着严格的温(湿)度标准， 因此新风系统只合适在适当的气温条件下运行， 它不能完全取代机房空调， 只能作为机房空调的辅助。一般均需要

3、与机房空调联动运行，以保障机房运行的绝对安全。 相比于热管等其他的间接热交换方式， 由于新风方式直接引进室外较冷的空气，无中间转换环节，几乎没有能量损失，因此节能效率最高。 2.新风系统的类型2.新风系统的类型 机房新风方式基本可分为直接新风和水加湿新风两种。 直接新风即直接将室外低温的空气引进到室内进行降温。水加湿新风（也称水帘新风）则是先对新风用水进行加湿后再引入室内。由于水具有很好的蒸发性能，而蒸发过程会吸收热量， 因此加湿新风引进室内的新风温度更低， 而热量的交换是通过温差来实现的， 因而水加湿新风的效率更高， 节能效果更好。加湿过程也对新风气流中的灰尘进行了清洗， 并使空气的湿润度提

4、高， 因此特别适合于对洁净度和防静电要求较高的电信机房使用。 基于以上显著的优势， 水加湿新风系统业已成为电信机房空调节能的首选。 3.现有新风系统的控制方法及不足 （1）温差控制方式 3.现有新风系统的控制方法及不足 （1）温差控制方式 以往的新风系统多采用温差（T）控制的方式，通过设置湿度的上限来保证机房的湿度不超标。 这种方式简单可靠， 但受环境温度的影响极大，一旦气温上升，只能停机不用，因此一年当中可用的时段有限，节能空间有限。 （2）焓差控制方式 （2）焓差控制方式 近来出现的焓差(H)控制方式比温差控制方式有了长足的进步，它通过对室内外空气中焓值（也可理解为单位体积空气中所包含的热

5、量值）的比较，将低焓值（热值）的室外空气通过水帘加湿后引入室内，由于水加湿的过程近似于等焓交换的过程， 因此进入室内的空气湿度加大， 但温度降低， 由于热交换是通过温差来实现的， 因此即使是较高温度的室外空气也能够通过水帘降温后与室内的空气产生热交换 （室外空气的焓值低于室内空气的焓值时即出现室内温度下降，但湿度上升的情形） ，因此使得新风设备的运行时间显著加长，节能效果有了明显提高。 但是焓差控制方式在实际应用中也存在着明显的问题。 从焓值的计算公式：i=1.01t+(2500+1.84t)d 可以看出，焓值是一个由温度 t 和湿度 d组成的一个一元二次函数式， 它由温度和湿度共同决定， 因

6、此温度和湿度测量的准确度越高则控制的精度越高， 而实际应用中普遍采用的是一般商用的温湿度传感器，温度传感器的精度尚可（0.1） ，但湿度传感器的精度往往较差（5%RH 以上，且易受灰尘和酸碱度的影响） ，因此采用常规的湿度传感器测出的焓值误差较大 （实际使用中也确实出现了同一地点两台焓差控制的新风设备焓值显示不一样的情况） ，因此控制系统的误差也较大，这使得焓差控制的新风效果大打折扣；尤为严重的是，在气温临界的状况下， 由于室内外湿度传感器误差的偏向不一致， 有可能导致低焓值（低温）的空气不能引入（室外湿度传感器为正偏差、室内湿度传感器为负偏差时） ，而室外高焓值（高温）的空气被误引入（室外湿

7、度传感器为正偏差、室内湿度传感器为正偏差时）的可能，而要使用高精度的湿度传感器（如露点式）则价格昂贵，不利于大规模推广。 另一方面， 由于地理环境和气候条件的千差万别， 以上两种控制方式很难适应所有的地区和工况条件。 从在用的设备来看， 易出现运行模式误判（误引入热风而致使机房温度不降反升） 、调试复杂（需要根据环境和季节不断地人工调整参数的设置） 、运行时间受限（一般在气温上升到一定程度后关机不用）等问题，节能效率受到很大的限制。如与机房空调联动，则容易出现临界的气温条件下（如春夏之交、夏秋之交）机房空调频繁启动的情况，使机房空调的使用寿命缩短。同时，由于新风的加入，机房的温湿度发生了改变，

8、 如果设置不当， 还会造成机房原来的运行工况发生较大的改变。 有些新风甚至以牺牲机房的温湿度为代价， 片面强调节能，强行关掉机房空调， 给机房的安全运行带来了隐患。 加之一些新风设备结构上维护困难， 因此客户对现有的新风系统满意度不高， 在等级较高的机房（IDC 等）不愿或不敢采用新风系统，影响了这一迄今为止效率最高的机房节能方式的推广和使用。 二、神经网络式机房新风控制系统 神经网络式机房新风控制系统 1.概述 1.概述 神经网络 （人工神经网络） 系统 （Artificial Neural Network, ANN） ,是一种模仿动物神经网络行为特征的控制系统。 它综合各种可能出现的情形，

9、设置大量的系统变量和参数，建立分布式并行信息处理的数学模型，依靠复杂的运算， 通过调节内部各个节点间相互连接的关系， 实现最佳的系统输出。神经网络系统具有自我记忆、自我学习和自我适应的能力。通过预先输入的一批相对应的输入 - 输出数据，分析、判断并掌握两者之间潜在的规律， 最终根据这些规律再推算出新的结果并输出 （这一过程被称为“学习” ） 。简言之，就是输入和输出呈非线性关系，不依靠一个确定的运算公式推算结果，而是采集由单个的神经元细胞（如传感器等）所感知的数据，通过学习的过程，始终实现输出结果的最优化。它具有很强的容错性和鲁棒性，善于联想、综合和推广。 2. 神经网络在机房加湿新风系统的应

10、用2. 神经网络在机房加湿新风系统的应用 电信机房遍布各地，处于全天候、不间断地连续运转状态，存在着地域、季节、环境时刻改变的实际，因而新风系统也必须要适应这些千差万别的具体工况， 因此具有自适应功能的神经网络系统无疑是最适合的一种新风控制方式。 下面对一种基于神经网络控制理论的神经网络控制器的控制方法和控制流程作详细的介绍： （1）组网 （1）组网 首先，将机房空调和新风风机同等地看作具有降温功能的执行单元，联合组成一个网络， 接受中央处理器的集中控制。 新风网络 （或新风设备）中装设有室外温度 T1、进风口温度 T2、室内温度 T3、室内湿度 D 的传感器。 感知神经元：温度、湿度传感器、

11、液位开关等 执行单元：水泵（加湿） 、风机（引入新风） 、机房空调等 处理单元：中央处理器 新风引入准则：T2T3 时 新风停机准则：T2T3 时 机房空调停机准则：新风引入后机房温度保持下降 机房空调投入准则：机房温度开始上升 加湿停止准则：机房湿度超标或气温结冰 加湿开始准则：机房湿度不超标且气温不结冰 其他准则：水位处理、滤网堵塞处理、消防报警处理等 （2）控制方法 （2）控制方法 - 第一次启动时，先试运行一台新风风机（很短的时间） ，如出现 T2T3，则停机待命，向下调整 T1 的设定值，待 T1 下降到某一值后，再运行风机，如仍不满足，继续停止风机待命，直至 T1 满足，此时所有新

12、风风机开始运行。系统自动记忆该 T1 值，作为下次运行的依据。 - 机房温度开始下降并保持一定时间后，试停第 1 台机房空调。如机房温度不能维持（上升） ，则机房空调重新开启，所有新风风机停机待命，同时继续向下调整 T1 的设定值，直至新风可以取代一台机房空调。系统自动记忆相关温度点值，作为下次运行的依据。 - 以此类推，直至新风取代所有的机房空调（适合的工况时，如夜间时段） 。 - 相反地，当工况条件不满足时（如午间时段） ，机房空调按序投入，新风风机按序退出。系统自动记忆相关温度点，作为下次运行的依据 - 并行地，如室内湿度 D 超过设定值，则停止水泵向水帘加湿，同时向下调整 D 的设定值

13、（如停止加湿导致 T2 上升，则新风风机自动停止，新风设备退出，机房空调投入） 。 - 同时设有空气滤网堵塞、低温季节（冬季）停水、消防报警时停新风风机并关闭进出风口、溢水、漫水进机房等报警或停机等功能。 此控制过程中，将机房湿度是否超标只作为是否进行加湿的准则，不作为新风是否引入的准则， 杜绝了因湿度传感器精度低而导致的新风模式误判的可能。 （3）控制流程 （3）控制流程 控制系统的主要控制流程图如下： 读 T1 T2 T3 D 写设定值 T1t T1t =1-n 检测 T1 T1T1t T1T1t 新风风机 1 运转（短时） T2T3 T2T3 全部风机运行 全部风机停 T3 上升 T3 下降 停空调 1 T3 下降 T3 上升 开空调 1 写设定值 T2t T2t = T1-n 读 T1 T1T2t T1T2t 停空调 2 T3 下降 T3 上升 开空调 2 （4）实施方案 （4）实施方案 见下图。图 1 是一种水加湿新风结构，图 2 是一种控制方案 （图 1） 1- 机壳 2- 水帘 3- 空气过滤网 4- 新风风机 （图 2）