三元智能基站（机房）换风节电监控系统

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三元智能基站（机房）换风节电监控系统

一、概述
    随着电信运营市场竞争日益激烈，电信运营业务收入增长缓慢，开源节流成为提高经营收益的有效办法。各大运营商一方面要通过挖掘网络潜力、发展新业务来增加业务收入；另一方面要想尽一切办法减少运营支出，其中降低电费支出就是一项重要工作，节流同样创造了企业效益。同时"节约能源、保护环境"已经成为政府、企业工作的重中之重，国家对各级政府及企业都提出了节能降耗考核指标。节电不仅可以给企业带来显著经济效益，还可以带来显著的社会效益。
    三元智能基站（机房）换风节电监控系统就是针对电信基站（机房）空气调节如何实现节约能源、降低成本而研究开发的新一代高科技节能产品，广泛适用于：中国移动、中国联通网络通信基站；中国电信、网通各类网点机房。该系统具有节能效率高、空气质量好、使用安全、安装方便、稳定可靠、经济实惠等优点，目前已在各运营商得到广泛应用。

二、通信基站（机房）空调运行及用电现状
    1、基站（机房）常年至少一台空调制冷：由于基站（机房）的设备工作在一个相对密闭的环境，大量设备在工作时大量散热。而无法与室外空气进行热交换，该发热量只能依靠机房空调制冷来进行温度控制。在不同季节，尽管机房室内外温差较大，比如冬季室内外温差可达30℃以上，但是由于机房是密闭的，室内温度仍然很高，因此空调仍处于制冷状态，并严重损耗了电能。
    2、通信基站（机房）设备运行不间断性要求空调能够长期可靠不间断地工作，备机切换，多机能够协调工作。但是现行基站（机房）的空调不具备这方面的功能，如：对于二台空调工作的机房，据统计，需同时运行二台空调的时间在一年当中有四个月左右，而运行一台空调的时间约为六个月。在这六个月当中完全可以让空调自动倒换，二台空调轮换工作，以延长目前基站（机房）大多使用的分体空调的使用寿命。
    3、根据有关资料统计分析，平均每个基站（机房）空调的电费支出约占整个机房电费支出的40%左右，空调成为基站（机房）中的主要用电设备。
    4、据统计：目前二台3P空调工作的基站（机房），正常使用时全年空调用电费用大约为15000元左右，目前因普遍采用了非工业用的分体空调，其工作效率较工业空调要低20%左右，因此，实际电费支出会更大。
     由此可见，目前基站（机房）普遍采用一台以上空调工作，用电量大，由于普遍未采用有效的管理手段，用电浪费大，空调维护成本高。节电并采用有效的智能空气温度调节手段非常急切并可以由此带来很大的企业效益。

三、基站（机房）温度调节的节能可行性分析
1、目前基站（机房）的温度调节均依靠空调来进行。
2、基站（机房）的温度有的常年设置在22℃-25℃，在部分地区空调常年开启。即使有少数管理较严、节能意识较强的企业采用人工方式在最冷的冬季将空调关闭，但电费仍支出巨大。
3、根据中华人民共和国信息产业部于2006年10月颁发的《电信专用机房设计规范》YD/T5003-2005中规定的机房环境温度要求，通信机房温度须保持在摄氏24度至26度之间。而采用空调制冷的方式时，根本未考虑室外冷空气的交换，即便是在寒冷的春、秋、冬季，为了保证散热，空调仍然必须打开，显然这时室外温度已经远低于电子设备所需求的温度，而大大低于室内温度。据计算，一般情况下若采用室外空气交换热量的方式，对于目前的大多数基站（机房），只要提供足够的风量，在一定室外温度及室外温差大于3℃的情况下就可以保证将室内温度降低到电子设备所需求的温度。由于三元智能基站（机房）换风节电监控系统通常所需电功率仅为空调的3%左右，因此，节能空间非常大。
     4、利用三元智能基站（机房）换风节电监控系统不仅可以节能，还可以利用其智能监控功能，还能控制空调机交替工作，大大延长空调使用年限、降低空调维护成本。
      利用三元智能基站（机房）换风节电监控系统，不仅节能及延长空调使用年限，还能自动远程监控基站（机房）的温度湿度等，将其直接融入动力环境监控系统，保证管理者对基站（机房）空调及环境的实时监控，从而提高设备运行的可靠性及安全性。

四、三元智能基站（机房）换风节电监控系统节电原理
三元智能基站（机房）换风节电监控系统节电原理是通过对全球气候变化规律进行详细分区，针对年平均气温低于摄氏25度的地区，同时对长年环境温度需保持在摄氏25度左右的通信机房（密蔽），通过低能耗（150W左右）智能化方式将室内外空气置换来降低室内温度，以减少高能耗（5KW左右）空调设备运行时间来达到节能的目的。并可大幅度降低运行成本和延长空调使用寿命。
机房空气温度调节如下图所示：


假定机房设置温度Ts，湿度为RHs，则系统工作原理如下所述：
当Te-Ti、RHe落在ACPE-A系列智能降耗装置工作的范围时，则开启ACPE-A系列智能降耗装置的通风机组，关闭空调（e表示外部，i表示内部）；否则，关闭ACPE-A系列智能降耗装置通风机组开启空调；或当室内温度低于某一设置温度Ts以下若干度时空调及智能降耗装置通风机组均关闭。
? 可以同时控制两台空调的运行 , P4 ?3 a* q7 R$ C$ o# ? 实时测量环境温度
? 提供温度，湿度的上、下限设置
? 当室内温度达到单机制冷温度（如26℃，可调）时，开启一台空调制冷
? 当室内温度继续上升，达到双机制冷温度（如30℃，可调）时，2台空调同时开启制冷 - p6 l3 ] Q. s( p
? 当室内温度低于双机制冷温度（如30℃，可调）时，关闭一台空调，仅用一台空调制冷，在此温度段内，按设置时间轮换开启空调。
? 当室内温度低于单机制冷温度（如24℃，可调），关闭所有空调，当室内湿度高于湿度上限（如90%，可调）时，开启空调抽湿。
? 当室内温度低于单机制冷温度2℃（如22℃，可调）以上时，关闭所有空调和智能降耗装置换气机。
? 当室外温度低于室内温度2℃以上，同时室内温度在22℃（可调）以上时，开启智能降耗装置换气机。达到以下四个条件中任一条均关闭智能降耗装置换气机，1、当室外温度与室内温度的温差小于2℃时，2、室内温度在22℃（可调）以下时，3、当室外温度低于4℃时（此条件为防止机房内结雾），4、当机房内湿度大于85%时，智能降耗装置换气机都要停止。 2 |6 S1 C' T! g" d& E ? 当室内温度达到单机制热温度（如16℃，可调）时，关闭智能降耗装置换气机，开启一台空调制热
? 当室内温度达到双机制热温度（如10℃，可调）时，打开两台空调加热 " M$ P& W6 \+ i) s6 f" Y9 D
K7 `#? 可以手动控制智能降耗装置换风机通风和空调运转
? 当机房内温度要求一台空调运行时，系统对空调进行轮换控制，每八个小时轮换一次（轮换时间可以任意设置）
? 向上通讯功能：RS485/RS422或RS232输出温度值、并可远端控制 - M% P. L6 I' E, L! D2 X7 ^
? 向下通讯功能：RS485控制遥控器，并给遥控器供电；RS232预留为与其它智能仪器通讯
? 空调遥控温度可通过按键设置 ! z, u" J) i' h! U2 C s
? 系统处于同一控制指令的状态下时，系统会每隔1小时自动发出同一控制指令一次
? 具有可靠的安全保障功能，当主控制器出现采集不到机房环境温湿度数据时，或传感器出了故障，不管环境温度是否需要开动空调，系统均会立即向机房内的空调发出开机指令。 # R) ]: O' }- w' H ? 具有停电后来电空调自启动功能，控制器自动每隔5分钟发送一次遥控指令；
ACPE-A系列智能降耗装置采用优先降温原理设计，采用模糊控制理论控制，保证设备运行的安全性。
ACPE-A系列智能降耗装置留有2个隔离的标准RS232/RS485接口，一方面保证与SC的联网及提供SC的全程实时联网监控。另一方面，ACPE-A系列智能降耗装置可以级联多个带有接口的智能空调，充分利用智能空调的资源实现对空调的控制、温度调整、设置等。对于已建动环系统的本地网，则可以利用接口协议及对多种连接方式的支持，很容易接入到监控系统中。
在一年四季中，由于机房热源的发热量基本恒定，而环境温度变化较大。可供室外空气交换的热量随季节不同而变化，因此，使用机房智能降耗装置后，除开天气炎热的夏季白天之外，几乎一年四季的其它时间都有机会利用通风来降温。在中秋到春末基本上可以不使用空调而只使用智能降耗装置工作。在夏季的早晚时段，很多地区仍可以使用机房智能降耗装置工作。由此可见，在使用机房智能降耗装置后，一年四季开启空调的时间会大大降低，由于机房智能降耗装置耗电非常低（一般基站为150W以下），由此带来的电能损耗则大大下降。

五、三元智能基站（机房）换风节电监控系统组成及功能
控制器是系统的指挥中心。它具有数据采集、分析及发出控制命令等功能。只有在满足一定的条件前题下它才会打开机房智能降耗装置通风机组，否则就会让空调机工作，在空调机工作时可以实施系统倒换，保证机房智能降耗装置通风机组与空调机组不会同时开启。
下图是控制器的原理框图：

控制器是由中心控制器、显示器、键盘、数据输入/输出、电源、电源转换、数据接口等模块组成。
机房智能降耗装置中设置有电源输入倒换模块，它可以保证系统执行机构在交流模式下、在交流市电存在时由交流供电，交流无时由电池供电，实现交直流二用。
主控制器提供隔离的RS232/RS485接口，通过串口可以方便地将系统融入其它系统（如动力环境集中监控管理系统）中。
本控制器支持有一台空调、二台空调的通风节能，加入扩展模块后可以支持级联方式，可以支持多风机组、多空调机组的节能控制。空调机组为非智能机组时，采用采样方式接入；空调机组为智能机组时，采用接口方式接入。
进风机组可由防止空气短路的风向导向器，风机、过滤网、防盗网、风门执行器、防虫网、遮雨罩组成。
装置提供多种排风量选择，用户可以据房间大小选取不同的排风量机组。选择足够的风量原则为Te-Ti在-2℃时，通风机组可以工作。
装置中采用专业过滤材料，风压损耗小，过滤效率高，容尘量可达300g/m?。
风机采用强力风机，承受压力大，保证房间在正压状态下工作。
为保证空调器与机房智能降耗装置的可靠连接，且相互之间互不影响，对非智能空调在空调一侧加入了隔离的空调数据采集控制器。

六、ACPE-A系列智能降耗装置的主要技术指标
    a) 输入
           开关量：输入：16路
           输入信号：AC/DC 5-220V
           隔离：1000VAC
           模拟量：输入：6路
           输入信号：4-20mA/0-5V
           隔离：传感器、变送器
     b) 输出
           继电器输出：4路
           容量：5A/250VAC 5A/60VDC
           扩展输出：12路
      c) 接口特性
           采用隔离的RS485/RS232通信接口。
           通信速率：2400/4800/9600/19200bps可选。
           防护标准：IEC61000-4-5
            ITU-TK20/K21
      d) 工作环境
           环境温度：-40℃~60℃
      e) 电源
           工作电源：24VDC/48VDC/220VAC（可任选一种，也可选用交直流二用）
           控制器供电：12VDC/-48VDC 功耗<20W
       f) 平均无故障时间：50000小时
       g) 最大使用时间：75000小时
       h) 通风量：约1200立方米/小时（可根据需要灵活配置）。
       i) 测温范围：-40℃~60℃ ±0.5℃
       j) 测湿范围：0-99% ±5%RH
       k) 噪音：<65dB/73dB
       l) 非智能空调测试：在线、制冷、故障、制热、隔离：1000VAC
          空调控制：开/关
       m) 智能空调：测试、控制按协议进行。

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