CN211667977U - 一种通信机房空调与风机联动节能装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及通讯设备技术领域，提供一种通信机房空调与风机联动节能装置，包括多个温度传感器、多个湿度传感器、多个电量采集器、CPU、经验数据库、多个继电器、至少一台空调和至少一台风机，各个所述电量采集器分别设于通信机房内各类设备上实时采集通信机房内各类设备各个时刻的耗电量并发送至CPU，多个温度传感器和多个湿度传感器还分别与通信机房内各台空调和各台风机的入风口和出风口处采集各台空调和各台风机的入风口温湿度和出风口温湿度并发送至CPU，所述CPU输出端分别经继电器与通信机房内各台空调和各台风机的控制端相连接并控制各台空调和各台风机的启闭。本实用新型解决通信机房空调节能效果不理想的问题。

Description

一种通信机房空调与风机联动节能装置

技术领域

本实用新型涉及通讯设备技术领域，特别涉及一种通信机房空调与风机联动节能装置。

背景技术

通信机房节能方法的研究与应用已经开展多年，出现的技术和方法很多，在常规的安装空调的基础上增加风机节能增效的方法也已提出。

如中国专利文献：CN201710068172.6，公开了一种空调风量控制方法，该方法包括在检测到空调运行时，实时监测空调各风机的运行情况，并获取空调各风机的运行参数空调各个风机对应的电机频率值和各个风道的出风量，实时地监测获取空调工作空间内室内外空气压差，并比较室内外空气压差与预设风压的大小关系，判断室内外空气压差与预设风压的大小关系并结合空调各风机的运行参数，调整空调风机的电机频率，以控制空调风量。实现送风风机送风量与新风风机在保障风量动态平衡下实现联动变频控制，防止因风压失常而减少风机寿命，从而进一步减少空调能源的浪费。

又如中国专利文献：CN201810448027.5公开了一种空调智能控制节能系统及节能方法，本发明以传感器采集的室内、外的温湿度及空气质量为参考，自动选择使用空调还是风机来调整室内温湿度，在没必要使用空调时，自动使用风机代替空调工作。当室外空气不好时，风机自动关闭，并根据参考温度判断是否使用空调。

再如中国专利文献：CN201810107365.2公开了一种室内环境调节系统，控制器分别连接室外环境检测机构、室内环境检测机构以及室内的空调系统、新风系统和供暖系统，所述控制器可根据室外环境检测机构和室内环境检测机构检测到的数据进行分别对比，并对空调系统、新风系统和供暖系统进行对应控制。本实用新型可根据室内外环境温度、湿度、空气污染物等指标，将新风系统、空调系统、供暖系统结合在一起联动工作，达到在较低能耗水平下调节室内环境的目的。新风节能系统能够将室外的冷空气引入室内，一定程度上达到降低室内温度从而减少空调耗能的目的，但是在进行室内外空气交换时，粉尘以及湿度对基站内通讯设备的影响以及单一的节能手段对机房环境和通讯设备的最佳温度无法得到保障

但是现有的风机与空调联动节能均存在三个共性的问题阻碍了技术的推广应用和节能效果的进一步提升，分别是：1、采用一般过滤网，时间长后造成使用风机的机房积尘严重，使用户得不偿失，最终让节能项目无疾而终；2、无法实现空调与风机同时开启，只能独立工作，开空调制冷就关风机，开风机就不开空调制冷，节能效果提升有限；3、都是基于被动控制与适应的思路，温度达到或者超过设定值时启动空调制冷或者风机，低于每个设定温度值关闭空调制冷或者风机，但是机房、机房空间、机房设备、设备运行均存在较大热容量，被动式控制存在温度调控的高低门限过冲问题，进而使得节能效果不够理想。

实用新型内容

因此，针对上述的问题，本实用新型提出一种通信机房空调与风机联动节能的方法与装置，使得通信机房空调节能效果显著、温度调控性能好、可根据预测机房内部各个区域的温度动态变化趋势基于热能平衡的原则实施空调和风机联动的主动式控制，有效达到高效节能的目的，同时还精确保障了机房内部环境需求温度。

为解决此技术问题，本实用新型采取以下方案：一种通信机房空调与风机联动节能装置，包括多个温度传感器、多个湿度传感器、多个电量采集器、CPU、经验数据库、多个继电器、至少一台空调和至少一台风机，各个所述电量采集器分别设于通信机房内各类设备上实时采集通信机房内各类设备各个时刻的耗电量并发送至CPU，各个温度传感器分别均布设于通信机房室内、室外多处区域实时采集通信机房室内、室外各处区域温度并发送至CPU，各个湿度传感器分别均布设于通信机房室内、室外多处区域实时采集通信机房室内、室外各处区域湿度并发送至CPU，多个温度传感器和多个湿度传感器还分别与通信机房内各台空调和各台风机的入风口和出风口处采集各台空调和各台风机的入风口温湿度和出风口温湿度并发送至CPU，CPU与经验数据库通讯连接，所述CPU输出端分别经继电器与通信机房内各台空调和各台风机的控制端相连接并控制各台空调和各台风机的启闭。

进一步的，还包括通信模块和服务器，所述CPU经通信模块与服务器通信连接。

更进一步的，所述服务器为云服务器。

进一步的，通信机房内安装的各台风机上均设置有空气过滤网，该空气过滤网的过滤孔孔径小于2.5微米且每台风量大于1300m/h。

通过采用前述技术方案，本实用新型的有益效果是：通过采用多个电量采集器分别设于通信机房内各类设备上实时采集通信机房内各类设备的耗能，并用温度传感器分别均布设于通信机房室内、室外多处区域实时采集通信机房室内、室外各处区域温度，同时各个湿度传感器分别均布设于通信机房室内、室外多处区域实时采集通信机房室内、室外各处区域湿度，以及采用多个温度传感器和多个湿度传感器还分别与通信机房内各台空调和各台风机的入风口和出风口处采集各台空调和各台风机的入风口温湿度和出风口温湿度，将采集得出的各项数据存储并根据经验数据库采集参数计算出的各项数据结合预测出通信机房内部各个区域的温度动态变化趋势，基于通信机房内部热能焓值平衡的原则，实施空调和风机联动的提前主动式控制，该主动式控制是通过对通信机房内外各种冷热源的量化检测与计算正确预测通信机房操控空调运行的监控点温度的发展趋势并根据空调和风机的最佳效率运行状态主动提前做出对空调和风机联动运行操控的控制命令，根据热能焓值平衡原则提前对通信机房内将要达到监控点开启空调和风机联动进行制冷或者制冷量已达到退出监控点需求提前关闭空调和风机联动制冷以保障通信机房内部环境要求，同时让空调和风机工作在最高效率状态，通过准确预测通信机房内部监控点温度实现主动控制，同时通过预先检测的历史经验的经验数据库以及对热量与温度预测算法实现准确的预测，避免现有空调节能方式存在由于通信机房、通信机房空间、通信机房内设备、设备运行等均存在较大热容量使得被动式节能控制存在温度调控的高低门限过冲问题进而使得冷热量不能很好的平衡影响节能效果的问题，通过可根据预测机房内部各个区域的温度动态变化趋势基于热能平衡的原则实施空调和风机基于焓值的联动主动式控制精确保障了机房内部环境需求温度，达到空调和风机联动连续制冷时间大于效率曲线得到的最短高效运行时间，即当需要主动控制空调和风机联动制冷时风机的实时有效冷量焓值小于零时风机不使用只开启空调制冷，当需要主动控制空调和风机联动制冷时风机的实时有效冷量焓值大于机房设备总发热量时只开启风机制冷，当需要主动控制空调和风机联动制冷时风机的实时有效冷量焓值大于零且小于机房设备总发热量时同时开启风机和空调制冷，使得通信机房空调节能效果得到大大提升、温度调控性能好，有效达到高效节能的目的，通过进一步的设置，即风机上设置高效滤网，通过研究测试清楚了直径小于2.5微米的粉尘是不落地的粉尘，不会影响机房及设备的积尘，采用高效滤网来确保大于2.5微米的粉尘不进机房，确保我们的风机系统可以长期工作，有效地保障空调与风机联动节能的主动式控制运行准确，可广泛推广应用。

附图说明

图1是本实用新型实施例的原理框图；

图2是本实用新型实施例中通讯机房设备布局示意图。

具体实施方式

现结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步说明。

参考图1和图2，优选的本实用新型的通信机房空调节能装置，包括多个温度传感器1、多个湿度传感器2、多个电量采集器3、CPU4、经验数据库5、多个继电器6、通信模块7、服务器8、至少一台空调9和至少一台风机10，各个所述电量采集器3分别设于通信机房内各类设备上实时采集通信机房内各类设备各个时刻的耗电量并发送至CPU4，各个温度传感器1分别均布设于通信机房室内、室外多处区域实时采集通信机房室内、室外各处区域温度并发送至CPU4，各个湿度传感器2分别均布设于通信机房室内、室外多处区域实时采集通信机房室内、室外各处区域湿度并发送至CPU，通信机房内安装的各台风机10上均设置有空气过滤网，该空气过滤网的过滤孔孔径小于2.5微米且风量大于1300m/h，多个温度传感器1和多个湿度传感器2还分别与通信机房内各台空调9和各台风机10的入风口和出风口处采集各台空调和各台风机的入风口温湿度和出风口温湿度并发送至CPU4，CPU4与经验数据库5通讯连接，所述CPU4输出端分别经继电器6与通信机房内各台空调9和各台风机的控制端相连接并控制各台空调9和各台风机的启闭，所述CPU4经通信模块7与服务器8通信连接，所述服务器8为云服务器，CPU4通过温度传感器1、湿度传感器2、电量采集器3对通信机房内外各种冷热源的量化检测以及经验数据库5存储的通信机房本身所在位置和建筑结构得出的热传导系数计算出正确预测通信机房操控空调9运行的监控点温度的发展趋势，并根据空调9和风机10联动的最佳效率运行状态结合预测通信机房操控空调9和风机10运行的监控点温度的发展趋势主动提前做出对空调9和风机10运行操控的控制命令，CPU4根据热能焓值平衡原则通过继电器6提前对通信机房内将要达到监控点温度开启空调9和风机10联动进行制冷或者制冷量已达到退出监控点温度需求提前关闭空调9和风机10联动制冷以保障通信机房内部环境要求，空调9和风机10联动制冷根据预测温度动态变化需求结合通信机房内部热能焓值平衡的原则由CPU4主动提前操控，并且空调9和风机10联动控制分别根据以下三种方式控制：当需要主动控制空调9和风机10联动制冷时风机10的实时有效冷量焓值小于零时风机10不使用只开启空调9制冷，当需要主动控制空调9和风机10联动制冷时风机10的实时有效冷量焓值大于机房设备总发热量时只开启风机10制冷，当需要主动控制空调9和风机10联动制冷时风机10的实时有效冷量焓值大于零且小于机房设备总发热量时同时开启风机10和空调9制冷。

优选的本实用新型的通信机房空调节能方法，包括以下步骤：

S1、在通信机房内设置至少一台空调和至少一台风机，风机上设置有空气过滤网，该空气过滤网的过滤孔孔径小于2.5微米且单台风量大于1300m/h，在通信机房内各类设备上分别安装电量采集器实时检测通信机房内各类设备各个时刻的耗电量并计算出通信机房内各类设备在各个时刻的总发热量，得出热源Q1，热源Q1的计算公式为：

其中β是通信设备的热量转化系数，P内是进机房内部设备的总电能；P外是通向机房外部以48V直流供电的拉远单元的电能；Va、Vb、Vc是三相电的三个瞬间相电压值，Ia、Ib、Ic是三相电的三个瞬间相电流值；T是分析比较的积分区间，V直是机房48V直流供电的瞬间电压值；I直是机房48V直流供电的瞬间电流值；

S2、在通信机房外分别设置多个温度传感器和多个湿度传感器实时动态检测通信机房室外的温度和湿度，并结合通信机房所在位置和建筑结构得出的热传导系数计算出通信机房外部环境对通信机房室内影响的各个时刻的热量动态值，得出热源Q2，热源Q2的计算公式：

Q2＝S1*[K*(t1-t2)+K*q]+S2*K*(t1-t3)kcal/h，

其中K是围护结构的热导系数kcal/m²h℃，1kca1＝4.184kj，S1是直接与外界空气接触围护结构面积，S2是与障碍物有遮挡接触的围护结构面积单位，k是太阳辐射热的透入系数，透入系数k值取决于机房的楼层位置以及围护结构的种类；q是透过围护结构进入的太阳辐射热强度，q单位为kcal/m²h，太阳辐射热强度q以通信机房所处现场当地气象资料来计算，t1是机房内温度，t2是与外界空气直接接触的室外温度，t3是与障碍物有遮挡接触的室外温度；常用材料导热系数如下表：

材料	材料导热系数(kcal/m<sup>2</sup>h℃)
		普通混凝土	1.4～1.5
轻型混凝土	0.5～0.7
		砂浆	1.3
砖	1.1
		镀锌钢板	38
铝板	180

S3、在通信机房内分别设置多个温度传感器和多个湿度传感器实时检测机房内部各方位和核心设备区的温度及湿度，计算并分析温湿度相对时间的变化结合机房体积以及同时刻步骤S1的热源Q1和S2的热源Q2计算出各个时段机房热容量及温度变化梯度，得出机房热容量C*M，机房热容量C*M的计算公式C*M＝Q/ΔT；其中：Q是对机房施加的热量，M是机房综合等效质量，ΔT是机房在施加Q1和Q2热量之后两个时刻t1、t2的绝对温度值变化差，绝对温度值是根据机房室内多个温度传感器检测值加权平均计算出的机房室内等效温度值；即

C*M＝[(Q1(t2)+Q2(t2))-(Q1(t1)+Q2(t1))]/(T(t2)-T(t1))，

其中：Q1(t1)、Q1(t2)分别表示在时刻t1和t2热源Q1的值；Q2(t1)、Q2(t2)分别表示在时刻t1和t2热源Q2的值；

S4、对通信机房内的各台空调和风机实时检测其运行工况、入风口温湿度、出风口温湿度的运行参数，将检测的空调运行参数结合本通信机房内空调的能效参数EER和制冷运行时长计算出空调实际产生的冷量焓值Q_k，将检测的风机运行参数结合本通信机房内风机风量、室内外温湿度和风机工作时长计算出风机实际产生的冷量焓值Q_f；

S5、将步骤S1-S4采集得出的各项数据存储并根据采集参数计算出的各项数据预测出通信机房内部各个区域的温度动态变化趋势，基于通信机房内部热能焓值平衡的原则，实施空调和风机联动的提前主动式控制，通过对通信机房内外各种冷热源的量化检测与计算正确预测通信机房操控空调运行的监控点温度的发展趋势，并根据空调和风机的最佳效率运行状态主动提前做出对空调和风机联动运行操控的控制命令，根据热能焓值平衡原则提前对通信机房内将要达到监控点开启空调和风机联动进行制冷或者制冷量已达到退出监控点需求提前关闭空调和风机联动制冷以保障通信机房内部环境要求，其中当需要主动控制空调和风机联动制冷时风机的实时有效冷量焓值小于零时风机不使用只开启空调制冷，当需要主动控制空调和风机联动制冷时风机的实时有效冷量焓值大于机房设备总发热量时只开启风机制冷，当需要主动控制空调和风机联动制冷时风机的实时有效冷量焓值大于零且小于机房设备总发热量时采用开启风机和空调同时制冷，该通信机房的监控点温度是指在确保通信机房温度在要求的控制范围内，当预测到要超出通信机房的监控点温度设定空调和风机联动提前开启制冷，达到空调和风机联动连续制冷时间大于效率曲线得到的最短高效运行时间，并在预测制冷量满足通信机房内部热能焓值平衡达到退出通信机房的监控点温度时关闭空调和风机联动制冷，而空调和风机联动所需的实际实时总制冷量P是根据连续采集几次通信机房室内外温度进行计算：

P＝C*M*(T(t1)-T(t2))+[(Q1(t2)-Q1(t1))+(Q2(t2)-Q2(t1))]；

其中T(t)：表示在时刻t机房内部的绝对温度值；Q1(t1)、Q1(t2)分别表示在时刻t1和t2热源Q1的值；Q2(t1)、Q2(t2)分别表示在时刻t1和t2热源Q2的值，并且实际实时总制冷量P为空调实时冷量Q_k和风机实时冷量Q_f之和，空调实时冷量Q_k和风机实时冷量Q_f的计算公式为：

Q_k＝M_k*(i_in-i_out)以及Q_f＝M_f*(i_room-i_atm)

其中M_k是空调内机出风量，i_in为空调入风口气流比焓值，i_out为空调出风口气流比焓值，M_f是风机的进风量，i_room为机房内部空气比焓值，i_atm为机房外部新风系统入口气流比焓值，而通信机房比焓值i的计算公式：

i＝1.01t+(2500+1.84t)d或i＝(1.01+1.84d)t+2500*d(kj/kg干空气)

式中：t为空气温度℃，d为空气的含湿量g/kg干空气，1.01为干空气的平均定压比热kj/(kg.K)，1.84为水蒸气的平均定压比热kj/(kg.K)，2500-0℃时水的汽化潜热kj/kg，公式中的(1.01+1.84d)t部分是随温度变化的热量，是“显热”；2500d是0℃时dkg水的汽化潜热，d是空气含湿量g/kg，通过以下公式算出

d＝622φPs/(P-φPs)

式中P为大气压力；Ps为水蒸气的饱和蒸汽压，φ为湿度传感器测得空气相对湿度φ。

以下是通过对实际通信机房安装本实用新型装置后进行采用同机房隔天交替运行以不同节能措施的方法验证本实用新型装置在实际应用中实现的效果，该实际安装站点为福建省泉州子燕通信机房，为了确保测试结果的有效性，测试采用同机房隔天交替运行不同节能措施的方法，让测试保持类似的、互补的环境，让测试结果不受环境影响。

由以上三种不同节能措施对比可明显得出本实用新型采用通过根据预测机房内部各个区域的温度动态变化趋势基于热能焓值平衡的原则实施空调的主动式控制精确保障了机房内部环境需求温度，实现主动式控制比现有被动式控制有效节能提高近45％-55％，根据预测机房内部各个区域的温度动态变化趋势基于热能焓值平衡的原则实施空调和风机联动的主动式控制精确保障了机房内部环境需求温度，实现主动式控制比被动式控制有效节能提高近70％-80％，有效达到高效节能的目的。

本实用新型通过采用多个电量采集器分别设于通信机房内各类设备上实时采集通信机房内各类设备的耗能，并用温度传感器分别均布设于通信机房室内、室外多处区域实时采集通信机房室内、室外各处区域温度，同时各个湿度传感器分别均布设于通信机房室内、室外多处区域实时采集通信机房室内、室外各处区域湿度，以及采用多个温度传感器和多个湿度传感器还分别与通信机房内各台空调和各台风机的入风口和出风口处采集各台空调和各台风机的入风口温湿度和出风口温湿度，将采集得出的各项数据存储并根据经验数据库采集参数计算出的各项数据结合预测出通信机房内部各个区域的温度动态变化趋势，基于通信机房内部热能焓值平衡的原则，实施空调和风机联动的提前主动式控制，该主动式控制是通过对通信机房内外各种冷热源的量化检测与计算正确预测通信机房操控空调运行的监控点温度的发展趋势并根据空调和风机的最佳效率运行状态主动提前做出对空调和风机联动运行操控的控制命令，根据热能焓值平衡原则提前对通信机房内将要达到监控点开启空调和风机联动进行制冷或者制冷量已达到退出监控点需求提前关闭空调和风机联动制冷以保障通信机房内部环境要求，同时让空调和风机工作在最高效率状态，通过准确预测通信机房内部监控点温度实现主动控制，同时通过预先检测的历史经验的经验数据库以及对热量与温度预测算法实现准确的预测，避免现有空调节能方式存在由于通信机房、通信机房空间、通信机房内设备、设备运行等均存在较大热容量使得被动式节能控制存在温度调控的高低门限过冲问题进而使得冷热量不能很好的平衡影响节能效果的问题，通过可根据预测机房内部各个区域的温度动态变化趋势基于热能平衡的原则实施空调和风机基于焓值的联动主动式控制精确保障了机房内部环境需求温度，达到空调和风机联动连续制冷时间大于效率曲线得到的最短高效运行时间，即当需要主动控制空调和风机联动制冷时风机的实时有效冷量焓值小于零时风机不使用只开启空调制冷，当需要主动控制空调和风机联动制冷时风机的实时有效冷量焓值大于机房设备总发热量时只开启风机制冷，当需要主动控制空调和风机联动制冷时风机的实时有效冷量焓值大于零且小于机房设备总发热量时同时开启风机和空调制冷，使得通信机房空调节能效果得到大大提升、温度调控性能好，有效达到高效节能的目的，通过进一步的设置，即风机上设置高效滤网，通过研究测试清楚了直径小于2.5微米的粉尘是不落地的粉尘，不会影响机房及设备的积尘，采用高效滤网来确保大于2.5微米的粉尘不进机房，确保我们的风机系统可以长期工作，有效地保障空调与风机联动节能的主动式控制运行准确，可广泛推广应用。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本实用新型，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本实用新型的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本实用新型做出各种变化，均为本实用新型的保护范围。

Claims (4)

1.一种通信机房空调与风机联动节能装置，包括多个温度传感器、多个湿度传感器、多个电量采集器、CPU、经验数据库、多个继电器、至少一台空调和至少一台风机，其特征在于：各个所述电量采集器分别设于通信机房内各类设备上实时采集通信机房内各类设备各个时刻的耗电量并发送至CPU，各个温度传感器分别均布设于通信机房室内、室外多处区域实时采集通信机房室内、室外各处区域温度并发送至CPU，各个湿度传感器分别均布设于通信机房室内、室外多处区域实时采集通信机房室内、室外各处区域湿度并发送至CPU，多个温度传感器和多个湿度传感器还分别与通信机房内各台空调和各台风机的入风口和出风口处采集各台空调和各台风机的入风口温湿度和出风口温湿度并发送至CPU，CPU与经验数据库通讯连接，所述CPU输出端分别经继电器与通信机房内各台空调和各台风机的控制端相连接并控制各台空调和各台风机的启闭。

2.根据权利要求1所述的通信机房空调与风机联动节能装置，其特征在于：还包括通信模块和服务器，所述CPU经通信模块与服务器通信连接。

3.根据权利要求2所述的通信机房空调与风机联动节能装置，其特征在于：所述服务器为云服务器。

4.根据权利要求1所述的通信机房空调与风机联动节能装置，其特征在于：通信机房内安装的各台风机上均设置有空气过滤网，该空气过滤网的过滤孔孔径小于2.5微米且每台风量大于1300m/h。

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