呂宏+黃釘勁+陳海濱

摘要： 針對目前基站及計(jì)算機(jī)機(jī)房的運(yùn)行現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)了一種以Atmega128單片機(jī)為核心的機(jī)房智能節(jié)能通風(fēng)換氣控制系統(tǒng)，給出各模塊硬件電路的電路原理圖以及實(shí)現(xiàn)方法，實(shí)現(xiàn)了機(jī)房室內(nèi)環(huán)境參數(shù)監(jiān)測及設(shè)備控制。結(jié)果表明，設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)可減少機(jī)房空調(diào)的使用時(shí)間，節(jié)能效率可達(dá)到20%-50%。

Abstract: According to the operation status for base stations and computer room, a kind of energy-saving ventilation control system of room based on Atmega128 microcontroller was designed. At the same time, this paper shows the circuit diagram of each module and the hardware circuit implementation to achieve indoor environmental parameters monitoring and device control. The results show that the design of control system can reduce the useful time of the room air conditioning and energy efficiency can reach 20%-50%.

關(guān)鍵詞： 通信機(jī)房；節(jié)能；通風(fēng)換氣；控制系統(tǒng)

Key words: telecommunication base station；energy-saving；ventilation；control system

中圖分類號：TU834.3+5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1006-4311（2014）23-0040-02

0引言

基站是無線電臺站的一種形式，通常還包括銀行等金融行業(yè)以及交通運(yùn)輸、醫(yī)療衛(wèi)生等大型企業(yè)的計(jì)算機(jī)機(jī)房。實(shí)際情況表明，電氣設(shè)備的長期運(yùn)行發(fā)熱會(huì)導(dǎo)致基站、機(jī)房內(nèi)溫度的升高，如果不考慮利用室外低溫對機(jī)房進(jìn)行散熱降溫的有利條件，而僅僅使用空調(diào)來調(diào)整機(jī)房室內(nèi)溫度，這樣會(huì)導(dǎo)致電能的浪費(fèi)和成本的增加[1,2]。當(dāng)室外空氣溫度低于室內(nèi)溫度一定程度時(shí)，完全可以利用室外的自然環(huán)境冷源，將室外冷源通過相應(yīng)的技術(shù)手段引入機(jī)房內(nèi)，利用通風(fēng)換氣的方式把機(jī)房的熱量帶走，從而可有效降低機(jī)房溫度[3,4]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，空調(diào)能耗一般占通信機(jī)房能耗的20%～45%，有的甚至高達(dá)60%以上，基站空調(diào)的節(jié)能研究潛力巨大，近年來，國內(nèi)對基站節(jié)能問題做了大量相關(guān)實(shí)驗(yàn)和研究，也取得了顯著成果，基站節(jié)能空調(diào)有多種形式，近年來，利用自然冷源調(diào)節(jié)溫度也是基站節(jié)能的有效方式之一，在實(shí)際操作中也已經(jīng)有不少成功的實(shí)例[5]。

本系統(tǒng)最大限度地將室外自然低溫冷源的新風(fēng)空氣與通信機(jī)房內(nèi)的回風(fēng)空氣進(jìn)行混合，然后再將混合后的低溫空氣送回機(jī)房來對室內(nèi)余熱進(jìn)行消除，同時(shí)，根據(jù)實(shí)際測量的機(jī)房發(fā)熱負(fù)荷變化情況調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)風(fēng)量，保證室內(nèi)溫度符合要求；同時(shí)考慮到因引入新風(fēng)后機(jī)房內(nèi)空氣含濕量可能降低，系統(tǒng)安裝濕膜加濕器結(jié)合采集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并實(shí)現(xiàn)等焓加濕、降溫以及對機(jī)房內(nèi)溫度、濕度的控制。這樣一來，在室外環(huán)境溫度相對較低的情況下，就可部分或全部替代空調(diào)工作，達(dá)到了節(jié)能換氣的目的。

1系統(tǒng)組成及控制原理

智能節(jié)能通風(fēng)換氣控制系統(tǒng)主要由智能通風(fēng)換氣控制系統(tǒng)、室內(nèi)/外溫度探測器、室內(nèi)進(jìn)風(fēng)機(jī)、室外排風(fēng)機(jī)以及機(jī)房空調(diào)組成。其中控制器是系統(tǒng)的工作核心，各種傳感器及數(shù)據(jù)采集卡的作用是對通信機(jī)房內(nèi)外溫度數(shù)據(jù)的采集、存貯、運(yùn)算及處理，結(jié)合得到的數(shù)據(jù)以及設(shè)定的各種參數(shù)控制室內(nèi)空調(diào)及風(fēng)機(jī)的工作，同時(shí)，采集室內(nèi)外溫度數(shù)據(jù)并進(jìn)行溫差計(jì)算，利用通信機(jī)房外部環(huán)境新風(fēng)空氣與機(jī)房內(nèi)回風(fēng)空氣的交換來達(dá)到溫度調(diào)節(jié)的目的。智能節(jié)能通風(fēng)換氣控制系統(tǒng)主要由電源控制模塊、溫度傳感器模塊、電機(jī)控制模塊與其它輔助電路模塊組成，系統(tǒng)組成如圖1所示。

[室外溫度

探測器][室內(nèi)溫度

探測器][智能通風(fēng)換氣

控制系統(tǒng)][排氣風(fēng)機(jī)][進(jìn)氣風(fēng)機(jī)][空調(diào)]

圖1 智能節(jié)能通風(fēng)換氣控制系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)示意圖

機(jī)房智能節(jié)能通風(fēng)換氣控制系統(tǒng)的核心是基于機(jī)房室外與室內(nèi)的溫差，對通信機(jī)房設(shè)定在某一溫度段運(yùn)行，通過室內(nèi)溫度探測器進(jìn)行檢測。當(dāng)室內(nèi)溫度超過溫度門限，而室外溫度尚不滿足空氣置換條件時(shí)，系統(tǒng)控制室內(nèi)空調(diào)進(jìn)行工作；當(dāng)溫度數(shù)據(jù)運(yùn)算結(jié)果低于室內(nèi)外溫度差設(shè)定值時(shí)，控制系統(tǒng)通過Atmega128單片機(jī)對溫度傳感器輸出信號進(jìn)行程序處理，轉(zhuǎn)換到調(diào)整電機(jī)工作狀態(tài)的輸出信號，控制進(jìn)氣風(fēng)機(jī)啟動(dòng)，通過風(fēng)機(jī)引入室外溫度相對較低的新風(fēng)空氣，與機(jī)房內(nèi)部的熱空氣進(jìn)行熱量置換，同時(shí)，通過排氣風(fēng)機(jī)將混合后的熱空氣排出，使機(jī)房內(nèi)空氣溫度降低，此時(shí)控制空調(diào)停止運(yùn)行，從而減少了空調(diào)的工作時(shí)間，直至傳感器檢測到機(jī)房溫度達(dá)到設(shè)定要求時(shí)，進(jìn)氣風(fēng)機(jī)與排氣風(fēng)機(jī)相繼停止運(yùn)行，從而達(dá)到節(jié)能的最佳效果。在工作過程中，室外冷空氣通過空氣濾芯進(jìn)入機(jī)房內(nèi)部，故不會(huì)影響機(jī)房內(nèi)部潔凈度。

2硬件設(shè)計(jì)

智能節(jié)能通風(fēng)換氣控制系統(tǒng)主要是由主控機(jī)箱、進(jìn)氣箱、排氣箱，室內(nèi)外溫度探測器、室內(nèi)外濕度探測器、交流互感器、交流接觸器等部件組成。通過由Atmega128單片機(jī)構(gòu)成的主控機(jī)對風(fēng)機(jī)啟動(dòng)溫度的室外低溫門限、室外高溫門限進(jìn)行設(shè)置，包括室內(nèi)室外的溫度、濕度以及其他參數(shù)與事項(xiàng)的設(shè)置。監(jiān)控系統(tǒng)對室內(nèi)外溫度、濕度以及塵度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，通過設(shè)定的算法程序自動(dòng)控制各個(gè)風(fēng)機(jī)的合理工作，達(dá)到降溫節(jié)能的效果。作為智能節(jié)能通風(fēng)換氣控制系統(tǒng)的核心部件，主控箱包括主電源、控制邏輯電路、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)參數(shù)的顯示、控制按鍵的設(shè)置、以及用于控制風(fēng)機(jī)及空調(diào)的交流接觸器的安裝配置。進(jìn)氣箱主要由具有一個(gè)離心風(fēng)機(jī)的濾塵引風(fēng)口組成，進(jìn)氣箱安裝在通信機(jī)房內(nèi)側(cè)面下部。排氣箱通常安裝在通信機(jī)房內(nèi)側(cè)面上部，將機(jī)房內(nèi)的熱氣排出。溫度傳感器和濕度傳感器固定在室外集成盒上，灰塵傳感器可選，同時(shí)采取了防雨措施。

3設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

滿足以下條件時(shí)開啟風(fēng)機(jī)：①要求室外溫度小于室內(nèi)溫度；②保證當(dāng)前的實(shí)時(shí)室外溫度在室外溫度低限與室外溫度高限之間；③當(dāng)前實(shí)時(shí)的室內(nèi)溫度在室內(nèi)溫度低限之上；④當(dāng)前的實(shí)時(shí)室外灰塵度低于室外灰塵度高限；⑤當(dāng)前的實(shí)時(shí)室外濕度低于室外濕度高限。上述5個(gè)條件同時(shí)滿足，則根據(jù)設(shè)計(jì)需要進(jìn)行適當(dāng)延時(shí)，N分鐘后開啟風(fēng)機(jī)，延時(shí)期間系統(tǒng)不進(jìn)行新的邏輯判斷，以免閉循環(huán)或連續(xù)開關(guān)風(fēng)機(jī)。同時(shí)，關(guān)閉風(fēng)機(jī)前也要延時(shí)N分鐘，延時(shí)期間不進(jìn)行新的邏輯判斷。

當(dāng)前實(shí)時(shí)溫度大于空調(diào)啟動(dòng)溫度時(shí)才開啟空調(diào)。或者在風(fēng)機(jī)開啟條件不能滿足的情況下，當(dāng)實(shí)時(shí)溫度大于室內(nèi)溫度低限時(shí)可開啟空調(diào)。當(dāng)實(shí)時(shí)溫度大于室內(nèi)高限，風(fēng)機(jī)開啟條件滿足時(shí)可以同時(shí)開啟空調(diào)風(fēng)機(jī)，另外，為了校正系統(tǒng)測量的偏差而產(chǎn)生漂移現(xiàn)象，對一系列精度修正值進(jìn)行了設(shè)置。

4結(jié)論

充分利用基站室內(nèi)外的溫差而形成熱交換，依靠大量的空氣流通，當(dāng)外溫高于露點(diǎn)溫度并低于15°C時(shí)采用通風(fēng)的冷卻，外溫介于15°C～25°C之間時(shí)采用空調(diào)-通風(fēng)聯(lián)合冷卻，外溫高于設(shè)計(jì)控制溫度時(shí)采用只開空調(diào)冷卻。這種方式可以有效地將基站內(nèi)的熱量迅速向外遷移，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)散熱，減少了機(jī)械冷卻的時(shí)長，大幅度降低電能消耗和營運(yùn)成本、延長空調(diào)使用壽命，每年可節(jié)約空調(diào)電費(fèi)支出20%～50%。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫研.通信機(jī)房節(jié)能綜合解決方案[J].電信工程技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化,2006(6):2-7.

[2]黃成龍,楊文鵬.移動(dòng)基站節(jié)能控制的理論與實(shí)踐[J].西安工程大學(xué)學(xué)報(bào)，2008,22(2):205-209.

[3]中國電信集團(tuán)公司電源技術(shù)支撐中心.機(jī)房新風(fēng)直接引入節(jié)能技術(shù)[J].廣東通信技術(shù)，2009(5):28-33.

[4]李森.通風(fēng)節(jié)能系統(tǒng)在電信機(jī)房中的應(yīng)用[J].電信技術(shù),2008(8):48-49.

[5]管勇,陳超,許磊,張麗莉,尹龍濱.自然冷卻換熱技術(shù)應(yīng)用于通信機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究[J].建筑科學(xué)，2010,26(10):157-161.

摘要： 針對目前基站及計(jì)算機(jī)機(jī)房的運(yùn)行現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)了一種以Atmega128單片機(jī)為核心的機(jī)房智能節(jié)能通風(fēng)換氣控制系統(tǒng)，給出各模塊硬件電路的電路原理圖以及實(shí)現(xiàn)方法，實(shí)現(xiàn)了機(jī)房室內(nèi)環(huán)境參數(shù)監(jiān)測及設(shè)備控制。結(jié)果表明，設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)可減少機(jī)房空調(diào)的使用時(shí)間，節(jié)能效率可達(dá)到20%-50%。

Abstract: According to the operation status for base stations and computer room, a kind of energy-saving ventilation control system of room based on Atmega128 microcontroller was designed. At the same time, this paper shows the circuit diagram of each module and the hardware circuit implementation to achieve indoor environmental parameters monitoring and device control. The results show that the design of control system can reduce the useful time of the room air conditioning and energy efficiency can reach 20%-50%.

關(guān)鍵詞： 通信機(jī)房；節(jié)能；通風(fēng)換氣；控制系統(tǒng)

Key words: telecommunication base station；energy-saving；ventilation；control system

中圖分類號：TU834.3+5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1006-4311（2014）23-0040-02

0引言

基站是無線電臺站的一種形式，通常還包括銀行等金融行業(yè)以及交通運(yùn)輸、醫(yī)療衛(wèi)生等大型企業(yè)的計(jì)算機(jī)機(jī)房。實(shí)際情況表明，電氣設(shè)備的長期運(yùn)行發(fā)熱會(huì)導(dǎo)致基站、機(jī)房內(nèi)溫度的升高，如果不考慮利用室外低溫對機(jī)房進(jìn)行散熱降溫的有利條件，而僅僅使用空調(diào)來調(diào)整機(jī)房室內(nèi)溫度，這樣會(huì)導(dǎo)致電能的浪費(fèi)和成本的增加[1,2]。當(dāng)室外空氣溫度低于室內(nèi)溫度一定程度時(shí)，完全可以利用室外的自然環(huán)境冷源，將室外冷源通過相應(yīng)的技術(shù)手段引入機(jī)房內(nèi)，利用通風(fēng)換氣的方式把機(jī)房的熱量帶走，從而可有效降低機(jī)房溫度[3,4]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，空調(diào)能耗一般占通信機(jī)房能耗的20%～45%，有的甚至高達(dá)60%以上，基站空調(diào)的節(jié)能研究潛力巨大，近年來，國內(nèi)對基站節(jié)能問題做了大量相關(guān)實(shí)驗(yàn)和研究，也取得了顯著成果，基站節(jié)能空調(diào)有多種形式，近年來，利用自然冷源調(diào)節(jié)溫度也是基站節(jié)能的有效方式之一，在實(shí)際操作中也已經(jīng)有不少成功的實(shí)例[5]。

本系統(tǒng)最大限度地將室外自然低溫冷源的新風(fēng)空氣與通信機(jī)房內(nèi)的回風(fēng)空氣進(jìn)行混合，然后再將混合后的低溫空氣送回機(jī)房來對室內(nèi)余熱進(jìn)行消除，同時(shí)，根據(jù)實(shí)際測量的機(jī)房發(fā)熱負(fù)荷變化情況調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)風(fēng)量，保證室內(nèi)溫度符合要求；同時(shí)考慮到因引入新風(fēng)后機(jī)房內(nèi)空氣含濕量可能降低，系統(tǒng)安裝濕膜加濕器結(jié)合采集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并實(shí)現(xiàn)等焓加濕、降溫以及對機(jī)房內(nèi)溫度、濕度的控制。這樣一來，在室外環(huán)境溫度相對較低的情況下，就可部分或全部替代空調(diào)工作，達(dá)到了節(jié)能換氣的目的。

1系統(tǒng)組成及控制原理

智能節(jié)能通風(fēng)換氣控制系統(tǒng)主要由智能通風(fēng)換氣控制系統(tǒng)、室內(nèi)/外溫度探測器、室內(nèi)進(jìn)風(fēng)機(jī)、室外排風(fēng)機(jī)以及機(jī)房空調(diào)組成。其中控制器是系統(tǒng)的工作核心，各種傳感器及數(shù)據(jù)采集卡的作用是對通信機(jī)房內(nèi)外溫度數(shù)據(jù)的采集、存貯、運(yùn)算及處理，結(jié)合得到的數(shù)據(jù)以及設(shè)定的各種參數(shù)控制室內(nèi)空調(diào)及風(fēng)機(jī)的工作，同時(shí)，采集室內(nèi)外溫度數(shù)據(jù)并進(jìn)行溫差計(jì)算，利用通信機(jī)房外部環(huán)境新風(fēng)空氣與機(jī)房內(nèi)回風(fēng)空氣的交換來達(dá)到溫度調(diào)節(jié)的目的。智能節(jié)能通風(fēng)換氣控制系統(tǒng)主要由電源控制模塊、溫度傳感器模塊、電機(jī)控制模塊與其它輔助電路模塊組成，系統(tǒng)組成如圖1所示。

[室外溫度

探測器][室內(nèi)溫度

探測器][智能通風(fēng)換氣

控制系統(tǒng)][排氣風(fēng)機(jī)][進(jìn)氣風(fēng)機(jī)][空調(diào)]

圖1 智能節(jié)能通風(fēng)換氣控制系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)示意圖

機(jī)房智能節(jié)能通風(fēng)換氣控制系統(tǒng)的核心是基于機(jī)房室外與室內(nèi)的溫差，對通信機(jī)房設(shè)定在某一溫度段運(yùn)行，通過室內(nèi)溫度探測器進(jìn)行檢測。當(dāng)室內(nèi)溫度超過溫度門限，而室外溫度尚不滿足空氣置換條件時(shí)，系統(tǒng)控制室內(nèi)空調(diào)進(jìn)行工作；當(dāng)溫度數(shù)據(jù)運(yùn)算結(jié)果低于室內(nèi)外溫度差設(shè)定值時(shí)，控制系統(tǒng)通過Atmega128單片機(jī)對溫度傳感器輸出信號進(jìn)行程序處理，轉(zhuǎn)換到調(diào)整電機(jī)工作狀態(tài)的輸出信號，控制進(jìn)氣風(fēng)機(jī)啟動(dòng)，通過風(fēng)機(jī)引入室外溫度相對較低的新風(fēng)空氣，與機(jī)房內(nèi)部的熱空氣進(jìn)行熱量置換，同時(shí)，通過排氣風(fēng)機(jī)將混合后的熱空氣排出，使機(jī)房內(nèi)空氣溫度降低，此時(shí)控制空調(diào)停止運(yùn)行，從而減少了空調(diào)的工作時(shí)間，直至傳感器檢測到機(jī)房溫度達(dá)到設(shè)定要求時(shí)，進(jìn)氣風(fēng)機(jī)與排氣風(fēng)機(jī)相繼停止運(yùn)行，從而達(dá)到節(jié)能的最佳效果。在工作過程中，室外冷空氣通過空氣濾芯進(jìn)入機(jī)房內(nèi)部，故不會(huì)影響機(jī)房內(nèi)部潔凈度。

2硬件設(shè)計(jì)

智能節(jié)能通風(fēng)換氣控制系統(tǒng)主要是由主控機(jī)箱、進(jìn)氣箱、排氣箱，室內(nèi)外溫度探測器、室內(nèi)外濕度探測器、交流互感器、交流接觸器等部件組成。通過由Atmega128單片機(jī)構(gòu)成的主控機(jī)對風(fēng)機(jī)啟動(dòng)溫度的室外低溫門限、室外高溫門限進(jìn)行設(shè)置，包括室內(nèi)室外的溫度、濕度以及其他參數(shù)與事項(xiàng)的設(shè)置。監(jiān)控系統(tǒng)對室內(nèi)外溫度、濕度以及塵度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，通過設(shè)定的算法程序自動(dòng)控制各個(gè)風(fēng)機(jī)的合理工作，達(dá)到降溫節(jié)能的效果。作為智能節(jié)能通風(fēng)換氣控制系統(tǒng)的核心部件，主控箱包括主電源、控制邏輯電路、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)參數(shù)的顯示、控制按鍵的設(shè)置、以及用于控制風(fēng)機(jī)及空調(diào)的交流接觸器的安裝配置。進(jìn)氣箱主要由具有一個(gè)離心風(fēng)機(jī)的濾塵引風(fēng)口組成，進(jìn)氣箱安裝在通信機(jī)房內(nèi)側(cè)面下部。排氣箱通常安裝在通信機(jī)房內(nèi)側(cè)面上部，將機(jī)房內(nèi)的熱氣排出。溫度傳感器和濕度傳感器固定在室外集成盒上，灰塵傳感器可選，同時(shí)采取了防雨措施。

3設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

滿足以下條件時(shí)開啟風(fēng)機(jī)：①要求室外溫度小于室內(nèi)溫度；②保證當(dāng)前的實(shí)時(shí)室外溫度在室外溫度低限與室外溫度高限之間；③當(dāng)前實(shí)時(shí)的室內(nèi)溫度在室內(nèi)溫度低限之上；④當(dāng)前的實(shí)時(shí)室外灰塵度低于室外灰塵度高限；⑤當(dāng)前的實(shí)時(shí)室外濕度低于室外濕度高限。上述5個(gè)條件同時(shí)滿足，則根據(jù)設(shè)計(jì)需要進(jìn)行適當(dāng)延時(shí)，N分鐘后開啟風(fēng)機(jī)，延時(shí)期間系統(tǒng)不進(jìn)行新的邏輯判斷，以免閉循環(huán)或連續(xù)開關(guān)風(fēng)機(jī)。同時(shí)，關(guān)閉風(fēng)機(jī)前也要延時(shí)N分鐘，延時(shí)期間不進(jìn)行新的邏輯判斷。

當(dāng)前實(shí)時(shí)溫度大于空調(diào)啟動(dòng)溫度時(shí)才開啟空調(diào)?；蛘咴陲L(fēng)機(jī)開啟條件不能滿足的情況下，當(dāng)實(shí)時(shí)溫度大于室內(nèi)溫度低限時(shí)可開啟空調(diào)。當(dāng)實(shí)時(shí)溫度大于室內(nèi)高限，風(fēng)機(jī)開啟條件滿足時(shí)可以同時(shí)開啟空調(diào)風(fēng)機(jī)，另外，為了校正系統(tǒng)測量的偏差而產(chǎn)生漂移現(xiàn)象，對一系列精度修正值進(jìn)行了設(shè)置。

4結(jié)論

充分利用基站室內(nèi)外的溫差而形成熱交換，依靠大量的空氣流通，當(dāng)外溫高于露點(diǎn)溫度并低于15°C時(shí)采用通風(fēng)的冷卻，外溫介于15°C～25°C之間時(shí)采用空調(diào)-通風(fēng)聯(lián)合冷卻，外溫高于設(shè)計(jì)控制溫度時(shí)采用只開空調(diào)冷卻。這種方式可以有效地將基站內(nèi)的熱量迅速向外遷移，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)散熱，減少了機(jī)械冷卻的時(shí)長，大幅度降低電能消耗和營運(yùn)成本、延長空調(diào)使用壽命，每年可節(jié)約空調(diào)電費(fèi)支出20%～50%。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫研.通信機(jī)房節(jié)能綜合解決方案[J].電信工程技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化,2006(6):2-7.

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摘要： 針對目前基站及計(jì)算機(jī)機(jī)房的運(yùn)行現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)了一種以Atmega128單片機(jī)為核心的機(jī)房智能節(jié)能通風(fēng)換氣控制系統(tǒng)，給出各模塊硬件電路的電路原理圖以及實(shí)現(xiàn)方法，實(shí)現(xiàn)了機(jī)房室內(nèi)環(huán)境參數(shù)監(jiān)測及設(shè)備控制。結(jié)果表明，設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)可減少機(jī)房空調(diào)的使用時(shí)間，節(jié)能效率可達(dá)到20%-50%。

Abstract: According to the operation status for base stations and computer room, a kind of energy-saving ventilation control system of room based on Atmega128 microcontroller was designed. At the same time, this paper shows the circuit diagram of each module and the hardware circuit implementation to achieve indoor environmental parameters monitoring and device control. The results show that the design of control system can reduce the useful time of the room air conditioning and energy efficiency can reach 20%-50%.

關(guān)鍵詞： 通信機(jī)房；節(jié)能；通風(fēng)換氣；控制系統(tǒng)

Key words: telecommunication base station；energy-saving；ventilation；control system

中圖分類號：TU834.3+5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1006-4311（2014）23-0040-02

0引言

基站是無線電臺站的一種形式，通常還包括銀行等金融行業(yè)以及交通運(yùn)輸、醫(yī)療衛(wèi)生等大型企業(yè)的計(jì)算機(jī)機(jī)房。實(shí)際情況表明，電氣設(shè)備的長期運(yùn)行發(fā)熱會(huì)導(dǎo)致基站、機(jī)房內(nèi)溫度的升高，如果不考慮利用室外低溫對機(jī)房進(jìn)行散熱降溫的有利條件，而僅僅使用空調(diào)來調(diào)整機(jī)房室內(nèi)溫度，這樣會(huì)導(dǎo)致電能的浪費(fèi)和成本的增加[1,2]。當(dāng)室外空氣溫度低于室內(nèi)溫度一定程度時(shí)，完全可以利用室外的自然環(huán)境冷源，將室外冷源通過相應(yīng)的技術(shù)手段引入機(jī)房內(nèi)，利用通風(fēng)換氣的方式把機(jī)房的熱量帶走，從而可有效降低機(jī)房溫度[3,4]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，空調(diào)能耗一般占通信機(jī)房能耗的20%～45%，有的甚至高達(dá)60%以上，基站空調(diào)的節(jié)能研究潛力巨大，近年來，國內(nèi)對基站節(jié)能問題做了大量相關(guān)實(shí)驗(yàn)和研究，也取得了顯著成果，基站節(jié)能空調(diào)有多種形式，近年來，利用自然冷源調(diào)節(jié)溫度也是基站節(jié)能的有效方式之一，在實(shí)際操作中也已經(jīng)有不少成功的實(shí)例[5]。

本系統(tǒng)最大限度地將室外自然低溫冷源的新風(fēng)空氣與通信機(jī)房內(nèi)的回風(fēng)空氣進(jìn)行混合，然后再將混合后的低溫空氣送回機(jī)房來對室內(nèi)余熱進(jìn)行消除，同時(shí)，根據(jù)實(shí)際測量的機(jī)房發(fā)熱負(fù)荷變化情況調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)風(fēng)量，保證室內(nèi)溫度符合要求；同時(shí)考慮到因引入新風(fēng)后機(jī)房內(nèi)空氣含濕量可能降低，系統(tǒng)安裝濕膜加濕器結(jié)合采集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并實(shí)現(xiàn)等焓加濕、降溫以及對機(jī)房內(nèi)溫度、濕度的控制。這樣一來，在室外環(huán)境溫度相對較低的情況下，就可部分或全部替代空調(diào)工作，達(dá)到了節(jié)能換氣的目的。

1系統(tǒng)組成及控制原理

智能節(jié)能通風(fēng)換氣控制系統(tǒng)主要由智能通風(fēng)換氣控制系統(tǒng)、室內(nèi)/外溫度探測器、室內(nèi)進(jìn)風(fēng)機(jī)、室外排風(fēng)機(jī)以及機(jī)房空調(diào)組成。其中控制器是系統(tǒng)的工作核心，各種傳感器及數(shù)據(jù)采集卡的作用是對通信機(jī)房內(nèi)外溫度數(shù)據(jù)的采集、存貯、運(yùn)算及處理，結(jié)合得到的數(shù)據(jù)以及設(shè)定的各種參數(shù)控制室內(nèi)空調(diào)及風(fēng)機(jī)的工作，同時(shí)，采集室內(nèi)外溫度數(shù)據(jù)并進(jìn)行溫差計(jì)算，利用通信機(jī)房外部環(huán)境新風(fēng)空氣與機(jī)房內(nèi)回風(fēng)空氣的交換來達(dá)到溫度調(diào)節(jié)的目的。智能節(jié)能通風(fēng)換氣控制系統(tǒng)主要由電源控制模塊、溫度傳感器模塊、電機(jī)控制模塊與其它輔助電路模塊組成，系統(tǒng)組成如圖1所示。

[室外溫度

探測器][室內(nèi)溫度

探測器][智能通風(fēng)換氣

控制系統(tǒng)][排氣風(fēng)機(jī)][進(jìn)氣風(fēng)機(jī)][空調(diào)]

圖1 智能節(jié)能通風(fēng)換氣控制系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)示意圖

機(jī)房智能節(jié)能通風(fēng)換氣控制系統(tǒng)的核心是基于機(jī)房室外與室內(nèi)的溫差，對通信機(jī)房設(shè)定在某一溫度段運(yùn)行，通過室內(nèi)溫度探測器進(jìn)行檢測。當(dāng)室內(nèi)溫度超過溫度門限，而室外溫度尚不滿足空氣置換條件時(shí)，系統(tǒng)控制室內(nèi)空調(diào)進(jìn)行工作；當(dāng)溫度數(shù)據(jù)運(yùn)算結(jié)果低于室內(nèi)外溫度差設(shè)定值時(shí)，控制系統(tǒng)通過Atmega128單片機(jī)對溫度傳感器輸出信號進(jìn)行程序處理，轉(zhuǎn)換到調(diào)整電機(jī)工作狀態(tài)的輸出信號，控制進(jìn)氣風(fēng)機(jī)啟動(dòng)，通過風(fēng)機(jī)引入室外溫度相對較低的新風(fēng)空氣，與機(jī)房內(nèi)部的熱空氣進(jìn)行熱量置換，同時(shí)，通過排氣風(fēng)機(jī)將混合后的熱空氣排出，使機(jī)房內(nèi)空氣溫度降低，此時(shí)控制空調(diào)停止運(yùn)行，從而減少了空調(diào)的工作時(shí)間，直至傳感器檢測到機(jī)房溫度達(dá)到設(shè)定要求時(shí)，進(jìn)氣風(fēng)機(jī)與排氣風(fēng)機(jī)相繼停止運(yùn)行，從而達(dá)到節(jié)能的最佳效果。在工作過程中，室外冷空氣通過空氣濾芯進(jìn)入機(jī)房內(nèi)部，故不會(huì)影響機(jī)房內(nèi)部潔凈度。

2硬件設(shè)計(jì)

智能節(jié)能通風(fēng)換氣控制系統(tǒng)主要是由主控機(jī)箱、進(jìn)氣箱、排氣箱，室內(nèi)外溫度探測器、室內(nèi)外濕度探測器、交流互感器、交流接觸器等部件組成。通過由Atmega128單片機(jī)構(gòu)成的主控機(jī)對風(fēng)機(jī)啟動(dòng)溫度的室外低溫門限、室外高溫門限進(jìn)行設(shè)置，包括室內(nèi)室外的溫度、濕度以及其他參數(shù)與事項(xiàng)的設(shè)置。監(jiān)控系統(tǒng)對室內(nèi)外溫度、濕度以及塵度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，通過設(shè)定的算法程序自動(dòng)控制各個(gè)風(fēng)機(jī)的合理工作，達(dá)到降溫節(jié)能的效果。作為智能節(jié)能通風(fēng)換氣控制系統(tǒng)的核心部件，主控箱包括主電源、控制邏輯電路、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)參數(shù)的顯示、控制按鍵的設(shè)置、以及用于控制風(fēng)機(jī)及空調(diào)的交流接觸器的安裝配置。進(jìn)氣箱主要由具有一個(gè)離心風(fēng)機(jī)的濾塵引風(fēng)口組成，進(jìn)氣箱安裝在通信機(jī)房內(nèi)側(cè)面下部。排氣箱通常安裝在通信機(jī)房內(nèi)側(cè)面上部，將機(jī)房內(nèi)的熱氣排出。溫度傳感器和濕度傳感器固定在室外集成盒上，灰塵傳感器可選，同時(shí)采取了防雨措施。

3設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

滿足以下條件時(shí)開啟風(fēng)機(jī)：①要求室外溫度小于室內(nèi)溫度；②保證當(dāng)前的實(shí)時(shí)室外溫度在室外溫度低限與室外溫度高限之間；③當(dāng)前實(shí)時(shí)的室內(nèi)溫度在室內(nèi)溫度低限之上；④當(dāng)前的實(shí)時(shí)室外灰塵度低于室外灰塵度高限；⑤當(dāng)前的實(shí)時(shí)室外濕度低于室外濕度高限。上述5個(gè)條件同時(shí)滿足，則根據(jù)設(shè)計(jì)需要進(jìn)行適當(dāng)延時(shí)，N分鐘后開啟風(fēng)機(jī)，延時(shí)期間系統(tǒng)不進(jìn)行新的邏輯判斷，以免閉循環(huán)或連續(xù)開關(guān)風(fēng)機(jī)。同時(shí)，關(guān)閉風(fēng)機(jī)前也要延時(shí)N分鐘，延時(shí)期間不進(jìn)行新的邏輯判斷。

當(dāng)前實(shí)時(shí)溫度大于空調(diào)啟動(dòng)溫度時(shí)才開啟空調(diào)?；蛘咴陲L(fēng)機(jī)開啟條件不能滿足的情況下，當(dāng)實(shí)時(shí)溫度大于室內(nèi)溫度低限時(shí)可開啟空調(diào)。當(dāng)實(shí)時(shí)溫度大于室內(nèi)高限，風(fēng)機(jī)開啟條件滿足時(shí)可以同時(shí)開啟空調(diào)風(fēng)機(jī)，另外，為了校正系統(tǒng)測量的偏差而產(chǎn)生漂移現(xiàn)象，對一系列精度修正值進(jìn)行了設(shè)置。

4結(jié)論

充分利用基站室內(nèi)外的溫差而形成熱交換，依靠大量的空氣流通，當(dāng)外溫高于露點(diǎn)溫度并低于15°C時(shí)采用通風(fēng)的冷卻，外溫介于15°C～25°C之間時(shí)采用空調(diào)-通風(fēng)聯(lián)合冷卻，外溫高于設(shè)計(jì)控制溫度時(shí)采用只開空調(diào)冷卻。這種方式可以有效地將基站內(nèi)的熱量迅速向外遷移，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)散熱，減少了機(jī)械冷卻的時(shí)長，大幅度降低電能消耗和營運(yùn)成本、延長空調(diào)使用壽命，每年可節(jié)約空調(diào)電費(fèi)支出20%～50%。

參考文獻(xiàn)：

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