丁涛-专用空调自适应控制节能技术2008.11

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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,主讲人 丁涛 ,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

2、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

3、踪昼夜、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”、“

4、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,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,

5、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。,x1,x-11,x,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,1,m,n,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 与温度变化有关的4要素之间的关系 1、机房目

6、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”

7、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. 开机与关机计算机温度模拟技术,自动判断并

8、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,上海市气象局资料,2004

9、 年 月 平 均 温 度,上海市气象局资料,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。,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。,提高冷空气

10、的温度，13 后再送回机房。,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,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，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

11、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,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

12、 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 ,E D C B A,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。,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

13、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1,1,2,3,4,5,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2,1,2,4,5,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

14、，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

15、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。,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