智能環(huán)境監(jiān)控技術(shù)在自動(dòng)化機(jī)房中的應(yīng)用研究

賴亞芳 胡洪杰 李建芝

摘 要：針對國內(nèi)部分供電公司自動(dòng)化機(jī)房中存在的高耗能、高故障率和空氣污染等問題，采用智能環(huán)境監(jiān)控技術(shù)，對供電公司調(diào)控分中心自動(dòng)化機(jī)房進(jìn)行優(yōu)化，使自動(dòng)化機(jī)房處于穩(wěn)定、良好的工作狀態(tài)，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)價(jià)值，值得進(jìn)一步推廣應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)化機(jī)房；智能環(huán)境監(jiān)控；應(yīng)用；

一、概述

在對建德市供電公司調(diào)控分中心自動(dòng)化機(jī)房的實(shí)際運(yùn)維中發(fā)現(xiàn)，機(jī)房精密空調(diào)24小時(shí)不間斷運(yùn)行能耗、設(shè)備故障率較高；新風(fēng)系統(tǒng)需要人為啟停，對機(jī)房內(nèi)空氣的凈化作用滯后性嚴(yán)重；機(jī)房內(nèi)僅具備常規(guī)的溫濕度、漏水檢測，對機(jī)房空氣質(zhì)量，特別是空調(diào)可能泄露的氟利昂等氣體沒有檢測手段；對運(yùn)行設(shè)備、系統(tǒng)重要進(jìn)程、機(jī)房環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)控的短信告警功能不夠完善等問題是困擾機(jī)房運(yùn)維人員的普遍問題。

將智能環(huán)境監(jiān)控技術(shù)引入機(jī)房環(huán)境監(jiān)控平臺，采集機(jī)房內(nèi)外環(huán)境參數(shù)，通過一系列的邏輯運(yùn)算得到合理的方案，作用于機(jī)房環(huán)境控制設(shè)備。從而在確保機(jī)房溫濕度符合要求的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)節(jié)約電能、延長設(shè)備壽命、節(jié)約企業(yè)運(yùn)營成本以及改善機(jī)房空氣質(zhì)量的效果。

二、設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

根據(jù)測算，在數(shù)據(jù)機(jī)房的電力消耗中，IT設(shè)備、機(jī)房制冷和電源設(shè)備分別為5：4：1的關(guān)系，即服務(wù)器、存儲(chǔ)、交換機(jī)的電力消耗占總能源消耗的50%，而機(jī)房制冷電力消耗占40%，UPS等電源設(shè)備耗電占10%。還有更為精確的測算指出：在通信機(jī)房能耗組成中，通信設(shè)備能耗占53%，空調(diào)能耗占37%[1]。如能充分利用新風(fēng)系統(tǒng)將室外自然冷源引入室內(nèi)，可以有效利用自然冷源，減少機(jī)房空調(diào)的運(yùn)行時(shí)間，從而節(jié)約電能。

1、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)研究

統(tǒng)計(jì)機(jī)房內(nèi)現(xiàn)有環(huán)境設(shè)備功率、新風(fēng)機(jī)風(fēng)量等參數(shù)，計(jì)算機(jī)房得熱量、冷負(fù)荷、濕負(fù)荷。整理分析多年積累的運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)，對新風(fēng)系統(tǒng)所引進(jìn)室外空氣對機(jī)房環(huán)境溫濕度的影響等因素進(jìn)行了綜合的深入研究和數(shù)據(jù)的搜集整理。

根據(jù)YD/T1821-2008通信中心機(jī)房環(huán)境條件要求[2]，機(jī)房溫度控制范圍為20～25℃，濕度控制范圍為30～70%RH。設(shè)定機(jī)房內(nèi)外溫度差為5℃，即室外溫度在20℃以下時(shí)可利用外部冷源。

再由杭州地區(qū)每月的平均氣溫，可以估算出每年可利用外部冷源的時(shí)間約6個(gè)月。

2、工作原理和流程研究

（1）加裝室外溫濕度傳感器和空調(diào)制冷劑泄露傳感器。

（2）利用探測器、采集器和PLC技術(shù)，實(shí)現(xiàn)機(jī)房兩臺空調(diào)、新風(fēng)機(jī)等環(huán)境設(shè)備與現(xiàn)有環(huán)境監(jiān)控服務(wù)器通訊。

（3）按邏輯方案設(shè)置參數(shù)，融合到現(xiàn)有環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)平臺，實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)控制功能。

3、控制邏輯研究

通過控制器設(shè)置系統(tǒng)風(fēng)機(jī)啟動(dòng)溫度的室內(nèi)外溫差、新風(fēng)系統(tǒng)開啟、關(guān)閉溫度，空調(diào)系統(tǒng)開啟、關(guān)閉溫度，高溫告警溫度及其他參數(shù)。通過室內(nèi)外溫濕度傳感器檢測室內(nèi)外溫度、濕度，在程序的規(guī)范下控制新風(fēng)系統(tǒng)與空調(diào)系統(tǒng)配合工作，達(dá)到機(jī)房溫度調(diào)節(jié)的效果[3]。形成了一套溫濕度智能調(diào)節(jié)的邏輯方案。內(nèi)容如下：

（1）當(dāng)機(jī)房內(nèi)外溫度、濕度在允許工作范圍內(nèi)時(shí)，關(guān)閉空調(diào)，開啟進(jìn)風(fēng)單元的新風(fēng)風(fēng)門，開啟風(fēng)機(jī)，將機(jī)房外冷空氣吸入機(jī)房，經(jīng)過過濾裝置的處理，冷空氣與機(jī)房內(nèi)熱空氣進(jìn)行熱交換，使機(jī)房內(nèi)溫度得以下降，同時(shí)維持機(jī)房內(nèi)一定的正壓，開啟排風(fēng)單元的排風(fēng)風(fēng)門，依靠正壓或風(fēng)機(jī)排出機(jī)房內(nèi)的熱空氣。

（2）當(dāng)室內(nèi)溫度升高至空調(diào)開啟溫度設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)將關(guān)閉風(fēng)機(jī)，開啟空調(diào)；當(dāng)空調(diào)運(yùn)行后將機(jī)房的溫度降低到要求值時(shí)，空調(diào)自動(dòng)停止。此時(shí)再次判斷室外空氣是否可用。如此反復(fù)的新風(fēng)與空調(diào)聯(lián)動(dòng)協(xié)調(diào)工作，減少空調(diào)的運(yùn)行時(shí)長，達(dá)到節(jié)能的效果。為了避免新風(fēng)設(shè)備和空調(diào)之間頻繁啟動(dòng)，應(yīng)設(shè)置空調(diào)開啟時(shí)間大于間隔時(shí)長時(shí)，方允許啟動(dòng)風(fēng)機(jī)，間隔時(shí)長設(shè)置為半小時(shí)。

（3）在室外溫濕度不滿足要求情況下，關(guān)閉新風(fēng)系統(tǒng)，輪流開啟機(jī)房空調(diào)，保持機(jī)房內(nèi)溫濕度在要求范圍。

（4）當(dāng)某臺空調(diào)故障的情況下，自動(dòng)開啟另一臺空調(diào)。當(dāng)新風(fēng)機(jī)故障的情況下，自動(dòng)開啟空調(diào)。

（5）兩臺空調(diào)正常情況下按照設(shè)定時(shí)間交替運(yùn)行，運(yùn)行一個(gè)月后自動(dòng)切換到待機(jī)狀態(tài)，并自動(dòng)切換另一臺啟動(dòng)運(yùn)行。

（6）機(jī)房新增空調(diào)制冷劑泄露傳感器，用來檢測機(jī)房氟利昂含量，一旦超標(biāo)，即提供報(bào)警，如濃度達(dá)到設(shè)定值，則啟動(dòng)新風(fēng)機(jī)換氣。

（7）各種操作和告警信息通過實(shí)時(shí)短信平臺發(fā)送至運(yùn)維人員手機(jī)上。

4、調(diào)試改進(jìn)

針對試運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)的問題和實(shí)際運(yùn)行效果，對系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行了一些調(diào)整和修改。運(yùn)行效果達(dá)到預(yù)定目標(biāo)。

三、關(guān)鍵技術(shù)及要點(diǎn)

1、機(jī)房得熱量、冷負(fù)荷計(jì)算。

在室內(nèi)外熱擾量作用下，某一時(shí)刻進(jìn)入一個(gè)空調(diào)房間的總熱量和濕量稱為在該時(shí)刻的得熱量，如果得熱量為負(fù)值時(shí)稱為耗熱量。根據(jù)性質(zhì)不同，得熱量又分為顯熱和潛熱，而顯熱又包括對流熱和輻射熱兩種成分。機(jī)房顯熱量來源有：（1）透過外窗進(jìn)人室內(nèi)的太陽輻射熱量。（2）通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳入室內(nèi)的熱量。（3）設(shè)備散熱量。（4）人體散熱量。（5）照明散熱量。（6）新風(fēng)散熱量。機(jī)房潛熱量來源有：（1）工作人員人體散熱量。（2）滲透空氣及新風(fēng)換氣散熱量。在某一時(shí)刻為保持房間具有穩(wěn)定的溫度、濕度，需要向房間空氣中供應(yīng)的冷量稱為冷負(fù)荷。相反，為補(bǔ)償房間失熱量而需向房間供應(yīng)的熱量稱為熱負(fù)荷。冷負(fù)荷與得熱量在數(shù)量上有時(shí)相等，有時(shí)則不等。

計(jì)算機(jī)房空調(diào)負(fù)荷，主要來自計(jì)算機(jī)設(shè)備、外部設(shè)備及機(jī)房設(shè)備的發(fā)熱量，大約占總熱量的80%以上，應(yīng)用中可根據(jù)計(jì)算機(jī)的耗電量計(jì)算其發(fā)熱量。

Q=860N￠（kcal/h）

式中：N：用電量（kW）；￠：同時(shí)使用系數(shù)（0.2～0.5）；860：功的熱當(dāng)量，即1kW電能全部轉(zhuǎn)化為熱能所產(chǎn)生的熱量。

根據(jù)機(jī)房得熱量、新風(fēng)機(jī)的功率和風(fēng)量、機(jī)房空調(diào)的制冷量等數(shù)據(jù)，結(jié)合實(shí)際運(yùn)維過程中積累的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，最終得到可行的參數(shù)設(shè)置于采集控制器。

2、控制邏輯研究。

為有效優(yōu)化各設(shè)備的運(yùn)行，需要一套縝密的控制邏輯方案，將運(yùn)維人員的需求轉(zhuǎn)化為控制設(shè)備能夠理解的“語言”。

四、總結(jié)

將智能環(huán)境監(jiān)控技術(shù)引入機(jī)房管理，通過研發(fā)對機(jī)房環(huán)境設(shè)備智能化控制的模塊，取得了較好的經(jīng)濟(jì)和管理效益。該技術(shù)在電力企業(yè)機(jī)房中的研究和應(yīng)用較少，應(yīng)用前景廣泛，具有一定的創(chuàng)新和示范意義。在應(yīng)用過程中，同時(shí)發(fā)現(xiàn)在以下2處可以進(jìn)行改進(jìn)，（1）若機(jī)房負(fù)載變化較大，將導(dǎo)致機(jī)房得熱量變化，從而需要對智能環(huán)境監(jiān)控模塊的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。應(yīng)建立完善可行的相關(guān)制度和方案。（2）功能可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)一步擴(kuò)展，如加裝煙感探頭、建立與消防、門禁系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)等等，從而更好地服務(wù)于機(jī)房運(yùn)維工作。

參考文獻(xiàn)：

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