TWI634287B - 動態預測外氣與負載智慧節能控制方法 - Google Patents

動態預測外氣與負載智慧節能控制方法 Download PDF

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Abstract

本發明提供一種動態外氣與負載智慧節能控制方法，係依據機房空調負載需求，利用外部資料平台提供之資料，分析計算得知外氣氣候變化趨勢，透過負載趨勢分析分析機房負載率趨勢，最後結合評估分析外氣氣候條件是否符合需求，達成外氣冷卻效益最佳化。本發明藉由預測之外氣氣候條件，計算分析得知外氣冷卻系統應開啟或停止運行，使機房空調負載有效利用外氣冷卻降低空調主機運轉耗能，同時結合機房設備負載變化趨勢，智慧學習設備負載變化量，提高外氣冷卻效益。

Description

動態預測外氣與負載智慧節能控制方法
本發明係依據即時環境資訊智慧調控外氣設備之方法，特別為一種動態預測外氣與負載智慧節能控制方法。
隨著節能減碳意識高漲，故如何提升機房能源使用效率(PUE,Power Usage Effectiveness)則為一重要之節能措施。目前現有技術上外氣冷卻系統均是由外氣感測器來判斷外氣條件符不符合來開啟或關閉，當外氣溫度瞬速上升易使機房空調負載量增加，且空調系統啟動至穩定供冷需要一段時間(約20~30分鐘)，使得機房更為耗能且穩定度下降。
由此可見，上述習用方式仍有系統可用性差，實非一便捷而容易廣泛應用之設計，亟待加以改良。
本發明提供一種動態預測外氣與負載智慧節能控制方法，其包含：一設備與感測器通訊模組係接收所連接的一機房用電與環境監控模組之一環境資訊；將環境資訊送入一智慧負載趨勢分析模組，產生一負載預測值； 一氣候預測分析模組係接收一氣候觀測資訊，並產生一第一時間外氣氣候條件與一第二時間外氣氣候條件；一外氣冷卻效益評估模組，將負載預測值、第一時間外氣氣候條件及第二時間外氣氣候條件進行比對；當一外氣冷卻設備已於啟動狀態，若負載預測值符合第一時間外氣氣候條件時，則保持外氣冷卻設備於啟動狀態，若負載預測值不符合第一時間外氣氣候條件時，則停用外氣冷卻設備；以及當外氣冷卻設備於停用狀態時，若負載預測值同時符合第一時間外氣氣候條件及第二時間外氣氣候條件時，則啟動外氣冷卻設備，若負載預測值不符合第一時間外氣氣候條件、第二時間外氣氣候條件其中任一時，則保持外氣冷卻設備於停用狀態。
其中環境資訊係為機房溫度、機房溼度、機房需求設定溫度。
其中智慧負載趨勢分析模組係將環境資訊進行迴歸分析，產生負載預測值。
其中第二時間外氣氣候條件係大於第一時間外氣氣候條件。
其中第一時間外氣氣候條件係為30分鐘之氣候條件預測，第二時間外氣氣候條件係為60分鐘之氣候條件預測。
本發明係接收外部氣象資料平台(如氣象局)提供之氣象資料，以預測氣候為邊界值，利用演算函數分析得知30分鐘、60分鐘後之外氣氣候條件，並以智慧負載趨勢分析模組利用負載率之迴歸分析公式 預測30分鐘後負載率變化趨勢。將預測之外氣氣候條件與負載預測值提供給外氣冷卻效益評估模組，並依據當前之預測之外氣氣候條件與負載預測值，評估分析當前外氣冷卻設備應為開啟或關閉，藉此增加外氣冷卻設備之使用率來降低空調主機運轉時數，同時於外氣氣候不適合運轉前關閉外氣冷卻設備並提前開啟空調主機來因應機房空調負載，提高整體設備運行穩定度。搭配機房設備負載變化趨勢，並智慧學習設備負載變化並評估預測負載變化趨勢。
上列詳細說明係針對本發明之一可行實施例之具體說明，惟該實施例並非用以限制本發明之專利範圍，凡未脫離本發明技藝精神所為之等效實施或變更，均應包含於本案之專利範圍中。
綜上所述，本案不但在空間型態上確屬創新，並能較習用物品增進上述多項功效，應已充分符合新穎性及進步性之法定發明專利要件，爰依法提出申請，懇請 貴局核准本件發明專利申請案，以勵發明，至感德便。
101‧‧‧氣候預測分析模組
102‧‧‧智慧負載趨勢分析模組
103‧‧‧外氣冷卻效益評估模組
104‧‧‧設備與感測器通訊模組
105‧‧‧機房用電與環境監控模組
S201~S203‧‧‧步驟流程
S301~S306‧‧‧步驟流程
圖1為本發明之動態外氣與負載智慧節能控制方法之模組示意圖。
圖2為本發明之外氣氣候條件預測之流程示意圖。
圖3為本發明之動態外氣與負載智慧節能控制方法之流程示意圖。
為利 貴審查委員了解本發明之技術特徵、內容與優點及其所能達到之功效，茲將本發明配合附圖，並以實施例之表達形式詳細說明如下，而其中所使用之圖式，其主旨僅為示意及輔助說明書之用，未必為本發明實施後之真實比例與精準配置，故不應就所附之圖式的比例與配置關係解讀、侷限本發明於實際實施上的權利範圍，合先敘明。
請參閱圖1，為本發明之動態外氣與負載智慧節能控制方法之模組示意圖，係包含氣候預測分析模組101、智慧負載趨勢分析模組102、外氣冷卻效益評估模組103、設備與感測器通訊模組104、機房用電與環境監控模組105。其中利用設備與感測器通訊模組104透過機房用電與環境監控模組105收集取得機房全部設備用電與機房之環境資訊(機房溫度、機房溼度)並將環境資訊提供至智慧負載趨勢分析模組102產生負載預測值提供給外氣冷卻效益評估模組103。氣候預測分析模組101將分析計算預測之外氣氣候條件提供至外氣冷卻效益評估模組103。外氣冷卻效益評估模組103依據分析判斷結果，透過設備與感測器通訊模組104控制外氣冷卻設備啟動或停用。
請參閱圖2，為本發明之外氣氣候條件預測之流程示意 圖，其步驟如下：S201：由氣候預測分析模組向外部氣象資料平台(如氣象局)擷取氣象觀測資料XML檔與鄉鎮天氣預報資料XML檔；S202：過濾分析觀測氣候條件，將氣象觀測資料XML檔資料及鄉鎮天氣預報資料XML檔資料過濾；S203：將預報資料時間作為邊界值，並依30分鐘後、60分鐘後之時間與預報邊界值時間之比例進行內插計算預測氣候條件(如溫度與溼度)，預測30分鐘後氣候條件、60分鐘後氣候條件。
其中過濾分析舉例如下將氣象觀測資料XML檔資料過濾找出現在時間(9：30)量測之氣候資料(9：30時量測紀錄之溫度與溼度數值)，由鄉鎮天氣預報資料XML檔資料過濾找出未來時段(12：00)之氣候資料與時間(預測12：00時之溫度與溼度數值)，最後透過分析預測氣候計算將預報資料時間作為邊界值，並依30分鐘後、60分鐘後之時間與預報邊界值時間之比例進行內插計算預測氣候條件(如溫度與溼度)，預測30、60分鐘後氣候條件。其中分析函數關係如下：W P,30min =f P,30min (x,y,t now )
W P,60min =f P,60min (x,y,t now )
x：過濾分析後之觀測氣候條件；y：過濾分析後之預報氣候條件；t now ：現在時間(DateTime)；f P,30min ：30分鐘後氣候預測函數；f P,60min ：60分鐘後氣候預測函數；W P,30min ：預測30分鐘後氣候條件；W P,60min ：預測60分鐘後氣候條件。
為本發明之智慧負載趨勢分析模組每一定時間內(5分鐘)接取之機房用電資訊儲存於資料庫中之環境資訊，並進行迴歸分析負載率預測公式(多元一次方程式)，最後將目前的P IT ,P IT,Max ,t now 的數值代入迴歸分析出之多元一次方程式，預測30分鐘後負載預測值。其中函數關係如下：R IT,P =f P (P IT ,P IT,Max ,t now )
RIT.P：預測30分鐘後IT負載率(%)；fP：負載率預測函數；PIT：設備消耗功率(kW)；PIT,Max：最大設備消耗功率(kW)；tnow：現在時間(DateTime)。
外氣冷卻效益評估模組，依據為機房溫度、機房溼度、預測之外氣氣候條件、負載預測值、機房需求設定溫度，分析控制外氣冷卻設備啟動或停用。其中函數關係如下：T wb,OA 100%=T IT,Need -T const
T wb,OA 100%：IT負載率100%所需之外氣溼球溫度(℃)
T IT,Need ：機房需求溫度設定值(℃)
T const ：溫度常數(℃)
T wb,OA Need ：需求外氣溼球條件(℃)
R IT,P ：預測30分鐘後IT負載率(%)
T ds ：IT負載率溫度級距(℃)
T IT ：機房目前溫度(℃)
氣候符合定義：T wb,OA Need -T wb,OA Prediction >0.5℃
T wb,OA Need ：需求外氣溼球條件(℃)
T wb,OA Prediction ：預測之外氣溼球溫度(℃)。
請參閱圖3，為本發明之動態外氣與負載智慧節能控制方法之流程示意圖，其包含：S301：一設備與感測器通訊模組係接收所連接的一機房用電與環境監控模組之一環境資訊；S302：將環境資訊送入一智慧負載趨勢分析模組，產生一負載預測值；S303：一氣候預測分析模組係接收一氣候觀測資訊，並產生一第一時間外氣氣候條件與一第二時間外氣氣候條件；S304：一外氣冷卻效益評估模組，將負載預測值、第一時間外氣氣候條件及第二時間外氣氣候條件進行比對；S305：當一外氣冷卻設備已於啟動狀態，若負載預測值符合第一時間外氣氣候條件時，則保持外氣冷卻設備於啟動狀態，若負載預測值不符合第一時間外氣氣候條件時，則停用外氣冷卻設備；以及S306：當外氣冷卻設備於停用狀態時，若負載預測值同時符合第一時間外氣氣候條件及第二時間外氣氣候條件時，則啟動外氣冷卻設備，若負載預測值不符合第一時間外氣氣候條件、第二時間外氣氣候條件其中任一時，則保持外氣冷卻設備於停用狀態。
如下為依實際實施例：一場房位於桃園市中壢區，現在時間為09：30。
由氣候預測分析模組101之程式向氣象局資料平台擷取場房所屬之氣象觀測資料XML檔與擷取場房所屬之鄉鎮天氣預報資料XML檔，由過濾分析觀測氣候條件進行氣象觀測資料XML資料過濾取得案場所在地中壢區09：30目前之溫度與溼度為22.5℃、76%，由過濾分析預報氣候條件進行鄉鎮天氣預報XML資料過濾取得案場所在地中壢區12：00之預報溫度與溼度為26℃、62%，將過濾取得之氣候資訊分析預測氣候計算測中壢區30分鐘後、60分鐘後之溫度與溼度分別為23.2℃、73.2%；23.9℃、70.4%。
智慧負載趨勢分析模組102向機房取得之當前IT設備消耗功率為23.9kW、最大設備消耗功率為36kW及現在時間，並將獲取之用電資訊儲存於資料庫，程式自動以資料庫歷史用電資訊進行迴歸分析負載率預測公式，依現在時間09：30與目前機房用電資訊預測30分鐘後負載率為63.8%。
將機房需求溫度設定為27℃，並獲取氣候預測分析模組101預測資料(中壢區30分鐘後、60分鐘後之溫度與溼度分別為23.2℃、73.2%；23.9℃、70.4%)、智慧負載趨勢分析模組102預測資料(30分鐘後負載率為63.8%)與機房環境溫溼度(溫度與溼度分別為28.3℃、48.4%)，由需求外氣溼球溫度計算分析得知需求外氣溼球溫度(Twb,OA Need)為20.45℃，30分鐘後外氣溼球溫度(Twb,OA Prediction)為19.77℃、60分鐘後外氣溼球溫度(Twb,OA Prediction)為20.02℃，假使A狀態外氣冷卻系統目前運轉中，B狀態外氣冷系統目前停機中。
於A狀態時，因30分鐘後外氣氣候符合，故送出啟用外氣冷卻系統之訊號。
於B狀態時，30分鐘後外氣氣候符合但60分鐘後外氣氣候不符合，故送出停用外氣冷卻系統之訊號。
綜上所述，本案不僅於技術思想上確屬創新，並具備習用之傳統方法所不及之上述多項功效，已充分符合新穎性及進步性之法定發明專利要件，爰依法提出申請，懇請 貴局核准本件發明專利申請案，以勵發明，至感德便。

Claims (5)

  1. 一種動態預測外氣與負載智慧節能控制方法，其包含：一設備與感測器通訊模組係接收所連接的一機房用電與環境監控模組之一環境資訊；將該環境資訊送入一智慧負載趨勢分析模組，產生一負載預測值；一氣候預測分析模組係接收一氣候觀測資訊，並產生一第一時間外氣氣候條件與一第二時間外氣氣候條件；一外氣冷卻效益評估模組將該負載預測值、該第一時間外氣氣候條件及該第二時間外氣氣候條件進行比對；當一外氣冷卻設備已於啟動狀態，若該負載預測值符合該第一時間外氣氣候條件時，則保持該外氣冷卻設備於啟動狀態，若該負載預測值不符合該第一時間外氣氣候條件時，則停用該外氣冷卻設備；以及當該外氣冷卻設備於停用狀態時，若該負載預測值同時符合該第一時間外氣氣候條件及該第二時間外氣氣候條件時，則啟動該外氣冷卻設備，若該負載預測值不符合該第一時間外氣氣候條件、該第二時間外氣氣候條件其中任一時，則保持該外氣冷卻設備於停用狀態。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之動態預測外氣與負載智慧節能控制方法，其中該環境資訊係為機房溫度、機房溼度、機房需求設定溫度。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之動態預測外氣與負載智慧節能控制方法，其中該智慧負載趨勢分析模組係將該環境資訊進行迴歸分析，產生該負載預測值。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之動態預測外氣與負載智慧節能控制方法， 其中該第二時間外氣氣候條件係大於該第一時間外氣氣候條件。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之動態預測外氣與負載智慧節能控制方法，其中該第一時間外氣氣候條件係為30分鐘之氣候條件預測，該第二時間外氣氣候條件係為60分鐘之氣候條件預測。
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