空调自适应恒温恒湿控制节能监控系统课件.pptx
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- 空调 自适应 恒温 控制 节能 监控 系统 课件
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1、一、概述一、概述1 1台台3200032000大卡大卡专用空调专用空调1 1年用电数量年用电数量从从20032003年年1212月月3030日日20042004年年1212月月3030日,日,对上海电信公司某机房内的对上海电信公司某机房内的5 5台台3万万2千大卡千大卡力博特空调用电统计结果:力博特空调用电统计结果:5台空调台空调1年用电总数年用电总数281700281700度度平均平均1台空调台空调1年的用电量是年的用电量是5634056340度度。2、专用空调有智能功能,但空调用于机房温湿度范围、专用空调有智能功能,但空调用于机房温湿度范围合理控制的合理控制的“功能不足功能不足”,以及在,
2、以及在“空调群空调群”的组合使的组合使用过程中各自为政,使用效率不高。用过程中各自为政,使用效率不高。3、由于机房交换机架排列、建筑结构、线缆走向排序、由于机房交换机架排列、建筑结构、线缆走向排序等复杂客观因素,空调机组的气流组织缺乏优化处理。等复杂客观因素,空调机组的气流组织缺乏优化处理。造成机房内温差大,空调使用的合理性不足。造成机房内温差大,空调使用的合理性不足。1、只利用本机回风口传感器的温湿度值,作为数据、只利用本机回风口传感器的温湿度值,作为数据采样参考点,无法监测整个机房平面的真实环境温湿采样参考点,无法监测整个机房平面的真实环境温湿度数据,准确性不够。度数据,准确性不够。目前机
3、房专用空调在使用中目前机房专用空调在使用中存在的三个问题存在的三个问题以上三个问题的长期存在,其结果是:以上三个问题的长期存在,其结果是:1、机房内环境温度不平衡,温差大。对、机房内环境温度不平衡,温差大。对 主设备(程控交换机等)使用环境的主设备(程控交换机等)使用环境的 安全性不利。安全性不利。2、空调能源消耗量加大。、空调能源消耗量加大。3、增加空调运行时间,、增加空调运行时间, 势必影响空调势必影响空调 的使用寿命。的使用寿命。二、自适应恒温恒湿控制二、自适应恒温恒湿控制 节能监控系统技术简介节能监控系统技术简介实现自适应控制实现自适应控制 “空调群空调群” 的主体技的主体技术术1、模
4、糊控制技术、模糊控制技术自动跟踪昼夜、季节、各地区室外、室内环境温自动跟踪昼夜、季节、各地区室外、室内环境温湿度值的变化,监测到机房平面各湿度值的变化,监测到机房平面各“区域区域”真实真实的温湿度值,计算出各的温湿度值,计算出各“区域区域”之间的相互关系,之间的相互关系,实现实现“目标温湿度目标温湿度”范围,范围,提高监控精度。提高监控精度。 2、PID 技术技术动态调整空调的设定温度、湿度、修正等数值,动态调整空调的设定温度、湿度、修正等数值,根据空调设备的实时运行状况,配以智能化的控根据空调设备的实时运行状况,配以智能化的控制算法软件,优化压缩机运行周期,平衡空调设制算法软件,优化压缩机运
5、行周期,平衡空调设备运行参数与备运行参数与“目标温湿度目标温湿度”之间的关系。之间的关系。 3、计算机温度模拟技术、计算机温度模拟技术自动计算机房不同的工况条件、空调冷量分布、自动计算机房不同的工况条件、空调冷量分布、风量扩张循环等综合数据,提高优化冷量的利风量扩张循环等综合数据,提高优化冷量的利用效,达到空调效率最大化的目的。用效,达到空调效率最大化的目的。动态跟踪计算空调在外部不同季节环境温度与动态跟踪计算空调在外部不同季节环境温度与室内目标温度的关系和空调当前的富余容量,室内目标温度的关系和空调当前的富余容量,精确控制精确控制“N+1N+1”、“N+0N+0”、“N-1N-1”台等空调数
6、台等空调数量的优先开、关机顺序,使空调组群始终处于量的优先开、关机顺序,使空调组群始终处于最合理的工作状态。最合理的工作状态。 室内各室内各温度区域温度区域 环境温湿度监测器环境温湿度监测器 空调自适应恒温恒湿控制节能监控系统图空调自适应恒温恒湿控制节能监控系统图 数据采集器数据采集器电源监控中心平台电源监控中心平台空调空调1空调空调2空调空调n自适应节能监控器自适应节能监控器空调信号空调信号 转换器转换器 室外环境温湿度监测器室外环境温湿度监测器 通信协议通信协议转换器转换器可以直接将所有空调信号可以直接将所有空调信号和监控数据送往监控平台和监控数据送往监控平台程程控控交交换换机机程程控控交
7、交换换机机程程控控交交换换机机程程控控交交换换机机程程控控交交换换机机空调空调空调空调空调空调手动设定控制方式手动设定控制方式每台空调各自根据自身顶部唯一的传感器温度与湿度数据,决定空调工作状态。自适应控制方式自适应控制方式实现整个机房平面监测,提高监测精度,自动控制空调合理的工作状态。对空调温、湿度监测数据对空调温、湿度监测数据进行机房平面的合理延伸进行机房平面的合理延伸获得准确温湿度数据值改变传感器数据,控制空调工作状态 由于受条件限制,温湿度数据采集模块安放的由于受条件限制,温湿度数据采集模块安放的位置,只能在交换机架之间的过道上方,因此采集位置,只能在交换机架之间的过道上方,因此采集数
8、据与真实模型存在一定偏差,可能带来监控主机数据与真实模型存在一定偏差,可能带来监控主机控制策略的恶化。控制策略的恶化。为解决此偏差问题,可以运用模糊控制技术,其控为解决此偏差问题,可以运用模糊控制技术,其控制模块的基本结构如下图所示。制模块的基本结构如下图所示。 ede Kc模糊控制表u被控对象e e + + _ _ E ec EC U u y x1x-11x获得外部及各区域环境温湿度数值空调送风温差测定值获得空调及其他工况数据1mn算 法 模 块时 间 模 块控 制 模 块改变空调设定值,开、关状态,控制负荷的最优化环境状态。空调温度设置值最高不超过240C 。 空调空调“自适应恒温恒湿控制
9、自适应恒温恒湿控制”节能监控技术的基本控制原节能监控技术的基本控制原理理 “自适应控制自适应控制”节能技术的基本思想节能技术的基本思想与温度变化有关的与温度变化有关的4要素之间的关系要素之间的关系 1、机房目标温度值、机房目标温度值 不变不变 2、交换机恒定的发热量、交换机恒定的发热量不变不变 3、机房内部工况等条件、机房内部工况等条件不变(客观存在)不变(客观存在) 4、外部环境、外部环境温湿度温湿度随着时间随着时间变化变化 从上述从上述4个要素可见,外部环境温湿度是个要素可见,外部环境温湿度是唯一唯一在变化,并在变化,并影响到室内温湿度变化的主要因素。影响到室内温湿度变化的主要因素。 要控
10、制到室内温湿度始终处于均衡、平稳要控制到室内温湿度始终处于均衡、平稳,并充分利用并充分利用外界温度的下降能量,外界温度的下降能量,唯一唯一相应可以改变的就是空调的温相应可以改变的就是空调的温度、湿度数据度、湿度数据“设置值设置值” 。这就是。这就是“自适应控制自适应控制”技术的技术的基本思想。基本思想。 “不变因素不变因素” 与与“变化因素变化因素” 上述节能思想又与如何有效合理使用上述节能思想又与如何有效合理使用“智能空调群智能空调群”的组合,的组合,提高冷量利用效率、降低能源消耗有着密切的关系,是一个综提高冷量利用效率、降低能源消耗有着密切的关系,是一个综合性的节能研究课题。合性的节能研究
11、课题。 首先,必须要搞清楚每个机房内客观存在的首先,必须要搞清楚每个机房内客观存在的“不变因素不变因素”和和外界温度不断外界温度不断“变化因素变化因素” 之间的关系。之间的关系。1、客观存在的、客观存在的“不变因素不变因素”机架数量、机架发热量、机架机架数量、机架发热量、机架排列位置、机房几何尺寸、机房密封程度、空调数量及空调制排列位置、机房几何尺寸、机房密封程度、空调数量及空调制冷效率、空调智能灵敏度、室内空间通风条件等诸多因素,虽冷效率、空调智能灵敏度、室内空间通风条件等诸多因素,虽然各机房不尽相同,但是一旦确定后,这些都是然各机房不尽相同,但是一旦确定后,这些都是“不变因素不变因素” 。
12、2、外界温度的不断、外界温度的不断“变化因素变化因素” 室内温度变化室内温度变化 湿度变湿度变化化 决定空调工作状态变化决定空调工作状态变化 导致能源消耗量的变化。导致能源消耗量的变化。1. 制冷与制冷与加热加热根据室外温度变化,控制室内温度始终保根据室外温度变化,控制室内温度始终保持在用户设置的持在用户设置的“目标温度目标温度”范围内,自动跟踪改变范围内,自动跟踪改变“温温度设置值度设置值”。2. 去湿与去湿与加湿加湿根据室内湿度变化,控制室内湿度始终保根据室内湿度变化,控制室内湿度始终保持在用户设置的持在用户设置的“目标湿度目标湿度”范围内,自动跟踪改变范围内,自动跟踪改变“湿湿度设置值度
13、设置值” 3. 开机与关机开机与关机计算机温度模拟技术计算机温度模拟技术,自动判断并选择自动判断并选择对对“空调群空调群”中的富余机组中的富余机组N+1等,自动执行关机或开机。等,自动执行关机或开机。4. 自动排序自动排序根据各根据各“温度区域温度区域”的目标温湿度值的平衡,的目标温湿度值的平衡,计算机温度模拟技术会定期自动判断计算机温度模拟技术会定期自动判断“优先开机、关机优先开机、关机”空调机组的编号和次序,空调富余量大的时候,自动执行空调机组的编号和次序,空调富余量大的时候,自动执行N+0、 N-1等优先排序的关机或开机等优先排序的关机或开机。“自适应控制自适应控制”技术的几项主要内容技
14、术的几项主要内容三、三、可节约能源的四个主要途径可节约能源的四个主要途径 1. 利用大自然环境温湿度的变化是利用大自然环境温湿度的变化是节约能源的途径之一节约能源的途径之一 大自然的环境温湿度,昼夜季大自然的环境温湿度,昼夜季节都在变化。充分利用大自然能量节都在变化。充分利用大自然能量的变化,自动改变空调合理运行所的变化,自动改变空调合理运行所应有的温度和湿度设置值,减少压应有的温度和湿度设置值,减少压缩机工作时间,控制空调合适的总缩机工作时间,控制空调合适的总制冷量输出,节约空调耗电量。制冷量输出,节约空调耗电量。 节约能源的四个主要途径节约能源的四个主要途径小时小时0 6 12 18 24
15、温度温度40 30 20 1024小时内的温度变化曲线小时内的温度变化曲线日期不同,天气预报温度相同日期不同,天气预报温度相同季节季节 冬季冬季 春季春季 夏季夏季 秋季秋季 温度温度各地区一年四季的温度曲线各地区一年四季的温度曲线402010-10-20南方温度南方温度江南温度江南温度北方温度北方温度跟综地区跟综地区图图4图图523233737 某一天的温度曲线某一天的温度曲线另一天的温度曲线另一天的温度曲线 跟跟 踪踪 昼昼 夜夜 温度温度619 73 717 731 814 828 上海市气象局资料月 份123456789101112温 度 (度)6.29.710.316.421.424
16、.730.629.324.519.314.99.8平均值 (2004年1月-2004年12月): 18.1度2004 年年 月月 平平 均均 温温 度度上海市气象局资料 2.2.使空调更使空调更“聪明聪明”是节约能源的是节约能源的途径之二途径之二 自动跟踪监测自动跟踪监测“各温度区域各温度区域”内内真实的温湿度数据值,使空调的真实的温湿度数据值,使空调的“去去湿湿”、“加湿加湿”等运行,始终控制在等运行,始终控制在合理的工作状态,减少空调压缩机不合理的工作状态,减少空调压缩机不必要的工作时间。必要的工作时间。 例如:智能跟踪湿度例如:智能跟踪湿度:自适应控制技术:自适应控制技术:智能跟踪环境湿
17、度,自动控制室智能跟踪环境湿度,自动控制室内内“目标湿度目标湿度”在在4060%RH范围内,避免不必要范围内,避免不必要的的“去湿去湿”工作状态,以节约能源(目标湿度可设工作状态,以节约能源(目标湿度可设置)。置)。当超出湿度设置范围时,控制空调自动当超出湿度设置范围时,控制空调自动“去湿去湿”或或“加加湿湿”。动态控制空调始终处于合理节能的工作状态。动态控制空调始终处于合理节能的工作状态。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12相对湿度%上海市气象局资料空调空调“去湿去湿”状态工作原状态工作原理理使回风使回风的热空的热空气温度气温度下降到下降到 8,产生结产生结露方式露方式去湿
18、。去湿。提高冷提高冷空气的空气的温度,温度,1313 后再送回后再送回机房。机房。制冷制冷加热加热正常的空调正常的空调“去湿去湿”工作需工作需要要制冷和加热,消耗大量能源制冷和加热,消耗大量能源 机机 房房 空调空调空调的去湿工作方式演示空调的去湿工作方式演示手动设置50 5%55%45%压缩机制冷去湿,直到50%停止去湿压缩机不制冷手动设置手动设置61%开始去湿自适应控制自适应控制70%40%在在40%60%RH范围内,计算机自范围内,计算机自动控制,空调压缩动控制,空调压缩机不会进入制冷工机不会进入制冷工作状态。获得节约作状态。获得节约能源的效果。能源的效果。 3.3. “N+1N+1”
19、台空调富余量的自动控台空调富余量的自动控制是节约能源的途径之三制是节约能源的途径之三 根据根据“空调群空调群”里里“N+1N+1”台空台空调所产生的制冷量总和,自动判断调所产生的制冷量总和,自动判断备用空调备用空调“+1+1”的物理位置,控制的物理位置,控制其合理的开关状态,达到节约能源其合理的开关状态,达到节约能源的效果。的效果。智能关闭、开启智能关闭、开启N+1台富余空调台富余空调 智能控制智能控制N+1台台备份空调备份空调的能源消耗,以的能源消耗,以节约能源。节约能源。 机房的专用空调制冷标准配置是机房的专用空调制冷标准配置是N台空调,再台空调,再+1台台备份。备份。 +1台备份空调是直
20、接分布在台备份空调是直接分布在“空调群空调群”的排列里。的排列里。它是在它是在“空调组群空调组群”产生的制冷总量上体现出产生的制冷总量上体现出+1的效的效果。果。自适应控制技术:自适应控制技术:恒定控制机房室内目标温湿恒定控制机房室内目标温湿度标准,根据室外环境温湿度的下降和上升,度标准,根据室外环境温湿度的下降和上升,对空调总制冷量的实际需求,自动控制对空调总制冷量的实际需求,自动控制+1台备台备份空调的自动关闭和开启,以节约能源。份空调的自动关闭和开启,以节约能源。能源获得节约的简单演示能源获得节约的简单演示N+1台空台空调的调的制冷制冷总量总量白天白天温度温度+1台备用空调台备用空调制冷
21、量制冷量春秋季环境温春秋季环境温度较大下降度较大下降 晚上环境晚上环境 温度下降温度下降充分利用充分利用大自然温度相对大自然温度相对下降的冷却能量下降的冷却能量有效控制有效控制空调不合理工作空调不合理工作状态所消耗的能量状态所消耗的能量有效控制有效控制+1备份空调备份空调的能的能源消耗源消耗有效排序有效排序开启空调的数量开启空调的数量和编号和编号冬季环境温度冬季环境温度大幅下降大幅下降节约部分1 节约部分2 节约部分2 节约部分2全部全部交换交换机架机架发热发热总量总量机房机房工况工况损耗损耗 4. 4. “空调群空调群”自动排序,使冷量利用自动排序,使冷量利用效率最大化,是节约能源的途径之四
22、效率最大化,是节约能源的途径之四机房内发热源(交换机)的分布不均衡,机房内发热源(交换机)的分布不均衡,“空调群空调群”里的每台空调相对应里的每台空调相对应“区域区域”的制冷负荷量是不同的。的制冷负荷量是不同的。对对“空调群空调群”的自动排序功能,使冷量的自动排序功能,使冷量利用效率最大化是有效的节能措施。也利用效率最大化是有效的节能措施。也是提高恒温恒湿环境的技术保障是提高恒温恒湿环境的技术保障。 13 12 11 10 09 08 07 06 05 04 03 02 01 对平江对平江6403机房机房64只机架只机架的的320个温度点数据测试个温度点数据测试可见其发热源是不平衡的可见其发热
23、源是不平衡的温度最高点温度最高点37.6 温度最低点温度最低点21.6 空调空调空调空调空调空调空调空调空调空调EDCBA机房室内环境温度分布机房室内环境温度分布不平衡不平衡曲线图曲线图制热制热 通风通风 制冷制冷 制冷制冷 制冷制冷 1 2 3 4 5 室内环境温度室内环境温度 空调序号空调序号282826262424222220201818原温度设定原温度设定空调状态空调状态使用节能技术前的机房温度分布曲线图使用节能技术前的机房温度分布曲线图 室内环境温度室内环境温度 1 2 3 4 5 343230282624222018空调序号空调序号空调状态空调状态 通凤通凤 通风通风 通风通风 制
24、冷制冷 制冷制冷机房室内环境温度分布机房室内环境温度分布相对相对平衡平衡曲线图图曲线图图自动温度设定自动温度设定使用节能技术后的机房温度相对平衡分布曲线图使用节能技术后的机房温度相对平衡分布曲线图 空调自动排序功能空调自动排序功能 自适应控制技术:自适应控制技术:根据不同机房存在的根据不同机房存在的不同工况条件,结合空调已经固有的排不同工况条件,结合空调已经固有的排列顺序,计算机温度模拟技术自动排序列顺序,计算机温度模拟技术自动排序“空调群空调群”中优先开、关机的中优先开、关机的“编号编号”次序,使相同数量空调的制冷量,获得次序,使相同数量空调的制冷量,获得冷却效率最大化,以节约能源。冷却效率
25、最大化,以节约能源。考虑到机房扩容等工况条件发生变化的考虑到机房扩容等工况条件发生变化的可能性,可建立自动定期可能性,可建立自动定期“排序排序”温度温度模拟测试功能。模拟测试功能。 上述空调自动排序功能,上述空调自动排序功能,改变了原来每台专用空调改变了原来每台专用空调“单兵作战单兵作战”状况为整个机状况为整个机房专用空调组群房专用空调组群“团队团队”的的作战功能,提高了作战功能,提高了“机组群机组群”的工作效率。的工作效率。温度与颜色的对应关系温度与颜色的对应关系计算机模拟温度的简单实况图显示计算机模拟温度的简单实况图显示开启开启5台台空调数量,空调数量,不合理不合理的排序效果的排序效果冷量
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