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摘要：降低空调能耗是通信企业机房的节能重点。本文通过对实现空调设备节能方法的研究与分析，提出了应急节能通风新技术，并结合中国网通公司吉林省通信公司的运营情况，制定了具体的应用解决方案。在近一年的节能降耗试点工作中，初步取得成效，实践证明该技术具有较好的推广价值。
关键词：空调节能，通风技术，应用解决方案，通信机房
中图法分类号：TU834

1 概述
      节能是确保我国能源安全和经济持续增长的必然选择，在我国富煤少油的现实情况下,节能也是保护环境、实施可持续发展战略的重要途径。节能还是转变经济增长方式、降低成本、增强企业竞争力的重要措施。特别对竞争日益激烈的通信企业来说，节能降耗工作重要性已经被提到了企业发展战略的高度上。
      通信电源作为通信运营商运行维护的“心脏”，在节能降耗方面具有很大的潜力，通信机房中节能重点就是降低空调能耗。本文通过对实现空调设备节能方法的研究与分析，提出了应急节能通风新技术，并结合中国网通公司吉林省通信公司的运营情况，制定了具体的应用解决方案。在近一年的节能降耗试点工作中，根据应急节能通风技术解决方案的具体部署，全省投资37万元，采购设备42套，安装于长春分公司42个模块局和接入网机房，全年节能电费13万元。预计三年左右时间可收回成本，有较好的推广价值。

2 空调节能新技术原理及分析
    目前空调节能的主要技术包括利用自然冷源[1]、乙二醇干冷器、空调添加剂、空调自适应节能系统、智能化综合节电技术，下面将对这5种技术的原理和特点进行分析比较。
(1)    利用自然冷源
      这种技术的原理是把室外的自然环境作为冷源，当室外空气温度低于室温且达到一定程度时，通过通风将机房内的热量带走，达到降低机房内部温度的目的。这样可以减少空调的使用时间，达到节约电能的目的。在技术实现上主要有引入室外新风的自然通风系统，以及运用隔绝换热方式的热交换新风系统。
其中自然通风系统直接引入室外的空气，效率高、节能明显，但新风引入可能会造成机房内洁净度等指标产生变化，室外空气中的灰尘和硫化物处理不当，将对机房内设备产生不良影响。因此，采用该技术时应密切关注机房洁净度的变化，及时更换滤网，并密切关注设备运行情况，一旦出现异常情况，应立即组织查找原因。
(2)    乙二醇干冷器
      利用室外低温冷源，通过水泵的运转，将室内的热量传到室外冷凝器，再由室外冷凝器将乙二醇液体的热量散发出去，这样制冷就将压缩机工作的高能耗转化成了水泵循环的低能耗，达到节能的目的。
由于采用了间接换热的方式，避免了室外空气中的尘埃对室内洁净环境的污染。但在实际应用中也存在一些问题[2]。乙二醇水溶液作为载冷剂，其浓度的配置需要根据室外温度进行调整，可能造成压缩机高压过高而导致空调机不能正常工作。
(3)    空调添加剂
      通过向空调内添加节能添加剂，清除空调主机及冷凝管内的附着物，并在循环系统内形成保护膜从而提高空调工作效率，降低空调磨损，延长使用寿命，达到节能目的。
      该技术一次性投资较少，方法简单，不影响现网设备的运行安全，特别对使用三年以上的空调效果明显。
(4)    空调自适应节能系统
      空调自适应节能系统是通过模糊控制技术[3]，根据室外大气温湿度和室内环境温度的变化情况，灵活调节每台空调的工况参数设定，以最优化方案控制每台空调的运行状态，满足机房环境温度控制需要，达到节电目的。
节能监控系统的安装和施工简单方便，不需要对机房结构做任何变动，不影响原有空调系统的结构，具有安全可靠性等特点，且有利于日常维护。
(5)    智能化综合节电技术
      通过对照明管理节能，空调节能、供电节能技术的智能化综合控制，达到整体节能目的。经过实际测试，节能效果较好。应用该技术时需特别注意交流供电系统的谐波等技术指标，且节能设备应尽可能采用电路并联方式，否则可能导致通信网络运行瘫痪的严重后果。
以上节能技术的分析比较如表1所示。

表1 节能新技术比较

3 应急节能通风技术原理及实现
      根据以上分析，并结合北方地区的具体气候特点，提出了应急节能通风技术的解决方案。
3.1 应急节能通风技术原理
      技术核心是通过置换通风来达到保证良好的室内空气品质而且节能的目的。墙底部送风口所送室外洁净空气经过双重过滤，在地表面上扩散开来，可形成"空气湖(air lake)"；并且在热源周围形成浮力尾流(buoyantplume)，慢慢带走热量。由于风速较低，气流组织紊动平缓，没有大的涡流，因而室内工作区空气温度在水平方向上比较一致，而在垂直方向上分层，层高越大，这种现象越明显。由热源产生向上的尾流不仅可以带走热负荷，也将污浊的空气从工作区带到室内上方，由设在顶部的排风口排出，如图1所示。余热及污染物在浮力及气流组织的驱动力作用下向上运动，所以置换通风能在室内工作区提供良好的空气品质。 

图1置换通风室内温度垂直分布

3.2 控制原理及安装
      通风器安装图见图2。 
 

图2 通风器安装示意图 


 

图3  系统控制流程图

      当房间温度超过设定上限（可调）时，设置在房间的温度传感器发出信号，送、排风机组上密闭式多叶调节阀执行器工作，待风阀完全打开后，风机开始运转。当房间温度小于设定下限（可调）时，房间的温度传感器再发出信号，风机停止工作，风阀上执行器关闭送、排风机组上的密闭式多叶调节阀。
      当室外温度达到设定上限（可调）时，启动空调机进行制冷工作，当室外温度下降到设定下限（可调）时关闭空调，这时进入节能阶段；当室内温度下降到设定下限（可调）时，开启空调进行制热工作，当室内温度上升到设定上限（可调）时，即关闭空调，又进入节能阶段；夏季室温在30℃-35℃之间以及过渡季节和冬季室内温度远高于室外温度时，可利用换风进行调节室内温度进行节能。系统控制流程图如图3所示。
3.3设备操作及明细
      操作可以分为手动/自动。正常状态放在自动，设备可以根据室内，室外温差进行自动调整。若自动系统产生故障时可以用转换为手动控制。在手动控制状态下，进排风阀可以停留在任意角度，系统设机电互锁，进排风阀未能开启时风机不能工作，避免风阀没开就引风。系统在进风口设有粗细过滤器，防止杂物或灰尘进入机房，细过滤器可拆卸、清理。进排风阀均采用保温叶片，同时系统配标准置232和485标准接口提供通信协议和监控平台，能远程遥控。并显示进风角度，排风角度，室内温度 ，室外温度，风机运行等参数。  
设备组成清单如下：（以50平方米机房计）
(1)    自动化控制箱：1个（含可编程控制器、A\D模块等）
(2)    风道阀0.8米*1米       3个
(3)    电动执行器 SM-24         3个
(4)    反馈开关   S1           2个
(5)    风机                    3个
(6)    引风道                  5米
(7)    温度控制器              2个
(8)    反馈电位器              2个
(9)    直流电源：24V、交流输入50HZ、220V
注：根据机房面积，空调功率及机房结构设备有所增减
3.4 系统特点
(1)    低能耗、换风量大，应急通风，节能效果明显。
(2)    密封性能好，保温、安全性高。
(3)    空气经双重过滤，洁净度高。
(4)    机房内空气处于微正压状态，防尘性能佳。
(5)    系统设有RS232和RS485接口，可提供继电器干接点信息接口，以实现远程监控。
(6)    各种配置齐全可供选择：交、直流可选。自动、智能型可选。监控类型RS232和RS485接口、继电器干接点信息接口可选
(7)    所有器件均选用知名品牌、保证系统运行平稳、可靠。
(8)    系统可作为机房原有空调的备份，因此，还具有应急备份功能。

4实际测试分析
      某局站用电记实，测试共分四个阶段：
      时间为9月21日至10月3日，测试期间白天平均气温25℃，夜间平均气温为18℃。节能系统在外界气温低于20℃时启动通风，测试期间每天运行6个小时，测试情况如下：
(1) 没有接用节能系统时
第一阶段：9月21日14时至9月24日14时，计三天，电表流程：66740-68150=1410度
第二阶段：9月24日14时至9月27日14时，计三天，电表流程：68150-69460=1310度
综合这两个阶段，在没有使用节能通风器情况下，该基站平均每三天耗电量为1360度。
(2) 接通节能系统时
第三阶段：9月27日14时至9月30日14时，计三天，电表流程：69460-70410=950度
第四阶段：9月30日14时至10月3日14时，计三天，电表流程：70410-71310=900度
综合三、四两个阶段，在接通节能通风器情况下，移动洮南兴发基站平均三天，耗电量为925度。 
平均三天节省电能：1360-925＝435度
由于测试时间外界环境温度较高，节能系统每天只运行6个小时，即1/4天，节能率为32％。当环境温度在20℃以下时，节能通风系统可以全天运行，部分时候节能率甚至可以达到95％（空调主机需短暂开机除湿）。

5经济效益分析
      因本方案实施地点为东北，北方的天气分春夏秋冬四季，其中春季和秋季气候大致相当，在炎热的夏季，本方案运行时间有限，节能效果不突出，但综合节能亦有25%左右，在过渡季节（春、秋季）节能率平均为35％，在冬季节能率可维持在70%以上。
图4为该单位空调能耗在全年各月份所占的比例。以6、7、8月份节能率25%计，3、4、5、9、10、11月份节能率35%计，12、1、2月份节能率70%计，综合计算全年平均节能率为33.25％。

  图4 各月空调能耗所占比例

6 展望
      由于新风引入可能会造成机房内洁净度等指标产生变化，室外空气中的灰尘和硫化物处理不当，将对机房内设备产生不良影响。因此，此项技术的推广应将试点范围限定在对温度、湿度、洁净度等要求不十分严格的机房，如即模块局、用户接入网、城域网接入层设备（小区路由器、交换机）、DSLAM设备的通信机房。
      通过对实现空调设备节能方法的研究与分析，提出了应急节能通风新技术，并结合中国网通公司吉林省通信公司的运营情况，制定了具体的应用解决方案。在近一年的节能降耗试点工作中，根据应急节能通风技术解决方案的具体部署，取得了初步成效，预计三年左右时间可收回成本，有较好的推广价值。


参考文献：
1.    侯富平，通信机房空调系统节能技术探讨[J]，电信技术，2006,(06), 第20-21页。
2.    陈育伟，寒冷地区程控机房利用自然冷源空调节能的探讨[J]，邮电设计技术, 2003,(01) , 第45-49页 。
3.    陈艳平，安世奇，孙明，变风量空调系统中的室温模糊自适应控制[J]，微计算机信息，2005,(09) , 第73-75页。