考虑机房气压模型的通信机房通风节能控制系统

摘 要：设计了一套新型通信机房通风节能控制系统。系统通过控制模块检测室内外温度的变化，采用智能模糊算法对机房环境温度进行动态调节，将室外低温空气经过处理后吸入通信机房以达到节能目的。同时考虑机房气压模型，有效规避了机房空气压力过高过低的风险。实践证明该系统能大幅度降低能消耗，节约运行成本，延长空调使用寿命。

关键词：通风 节能 控制器 模糊算法

中图分类号：TP23 文献标识码：A 文章编号：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、煤炭资源的过度消耗，能源已经成为世界各国广泛关注的重点课题。在国家节能减排政策的号召下，各大通信运营商也开始考虑如何在生产中倡导节能理念。通信企业用电主要在生产环节，约占到全部用电量的90%。因此，如何降低生产性用电支出，开展机房节能减排将是工作的重要突破点。高效节能的通信机房不但可以降低企业生产成本，提高经济效益，而且还能积极响应国家节能减排的政策号召，给企业带来良好的正面宣传，具有非常显著的经济效益与社会效益。

1 通信机房用电现状

通信机房的传输与交换设备在工作时因数据吞吐量极大，芯片在高性能处理的环境下会散发出大量的热能，而此类数据传输与交换设备对环境温湿度有着非常严格的要求。动环设备中的动力设备在逆变整流过程中也会释放热能，包括UPS、电池等，而环境设备主要指代空调，机房从安全角度来考虑，一般处于一个相对密闭的环境中，机房的温度主要通过精密空调来实现，因此，机房的能耗主要体现在空调耗电上。

为了保障设备的正常运行，机房精密空调全年几乎都处在制冷工作状态，全天24 h运转，即使在寒冷的冬天，机房空调可能仍运行于制冷模式，压缩机始终处于工作模式，对电能的消耗是非常大的。根据有关资料统计分析，平均每个机房空调的电费支出约占整个机房电费支出的52%左右。因此，机房空调长时间处于制冷模式运行，不但会造成电能的极大浪费，而且会导致空调维护成本提高。

2 系统工作原理

新型的通风节能控制系统通过智能检测室内外的温湿度的变化，将室外低温空气经过过滤加湿后通过风机吸入机房给设备散热，将机房温度曲线控制在最优区间内，从而关闭空调达到节能的目的。控制系统原理图如图1所示。

系统由通风节能控制器和上层监控软件组成。通风节能控制器采集机房环境数据（包括室外温度To、室内温度Ti以及空调、风机工作状态等），将室内外数据进行对比分析，若室外温度低于室内温度，将开启进风机将室外空气经过过滤加湿处理后吸入机房内部，同时开启排风机，使室内空气压力处于一个平衡位置。如图所示，假设机房室外温度为To，室内温度为Ti，同时假定机房设置温度Ts，则系统工作原理如下所述。

当室外温度To<室内温度Ti，并且室内温度Ti>设定温度Ts时，开启通风机组（包括进风机和排风机）、关闭空调组A、B，利用室外冷空间对机房内部进行降温。

当室外温度To>室内温度Ti，若室内温度Ti<设定温度Ts时，通风机组和空调组A、B仍处于关闭状态，若室内温度Ti>设定温度Ts时，才关闭通风机组，开启空调进行制冷。

上层监控软件由前置机和服务器组成。前置机软件通过串口服务器采集通风节能控制器数据，将数据打包后送往服务器，多个监控平台安装有监控平台软件，通过访问服务器数据来实现监测和控制。

综上所述，空调仅在盛夏室外温度或者室内湿度特别高两种情况下才开启，大部分时间由通风机组工作完成降温功能，而通风机组耗电非常低（一个机房的通风机组功率约为200 W），由此带来的电能损耗则大大下降。由于机房热源的发热量基本恒定，而环境温度变化较大。可供室外空气交换的热量随季节不同而变化，因此，除开天气炎热的夏季白天之外，几乎一年四季的其它时间都有机会利用通风来降温。在中秋到春末基本上可以不使用空调而仅使用通风机组工作。

3 系统的设计

3.1 通风节能控制器设计

通风节能控制器硬件结构框图如图2所示，选用STM32F407系列单片机作为主控芯片，通过采集温湿度传感器的电压、电流信号通过A/D转换得到温度值，同时实时采集通风机组、空调机组的运行状态，经过节能逻辑运算后，利用单片机I/O口驱动执行机构，进一步实现通风机组、空调机组的开关。

（1）主控制器。

主控制器采用STM32F407单片机，是整个控制器的中心。单片机通过软件的设计完成温度数据采集、数据分析、状态判断和控制执行。按照节能原理，程序控制逻辑流图如图3所示。

（2）数据采集与控制执行。

控制器采用温度系数为10K（25℃）的电阻式3950温度探头，简单实用，运用带串行控制和11路输入端的10位模数转换芯片TLC1543完成了A/D转换，从而得到了机房多个位置的温度值，通过均值算法得到机房的最佳取样温度。为了对室内空气压力进行实时监测，控制器同时采用了压力传感器采集机房内部空气压力数据，指导进风机、排风机更加合理有序运行。

（3）人机交互与上位机通信。

控制器设计了友好的人机交换界面，通过LCD显示屏和按键单元来进行机房设定温度的输入与查询，并且能对控制器系统参数进行实时调整。针对目前通信机房动力环境监控的要求，控制器提供了串口以及2 M端口与上位机进行通信，按照邮电部通信机房动力环境监控协议提供了三遥数据。

3.2 软件设计

系统软件采用典型的C/S模式，由前置采集程序、数据服务器程序和监控平台程序块组成，其中前置采集程序通过TCP/IP或串口采集多台控制器数据，并按照数据服务器数据格式要求进行打包，然后上送给数据服务器。数据服务器主要承担数据接收、处理、存储以及服务提供功能；多个监控平台采用直观的树形结构展现了整个地区监控机房情况，满足了多个值班管理的要求。

4 结语

本文设计了一种新型通风节能控制系统。该系统采用温度控制算法实现了对通风机组和空调机组的控制，利用环境与机房室内温差达到了节能目的。控制器在原来基础上加上了压力传感与温度模糊控制算法，一方面有效排除了机房压力过高的风险，另一方面能将机房温度曲线区间控制更为精密，更为智能化。上层监控软件满足了通信行业监控、统计要求。测试表明，系统稳定性好，节能效果优良。样机测试节能效率甚至达到87%以上，实现了预期的优秀节能效果。

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