智能環境監控技術在自動化機房中的應用研究

賴亞芳 胡洪杰 李建芝

摘 要：針對國內部分供電公司自動化機房中存在的高耗能、高故障率和空氣污染等問題，采用智能環境監控技術，對供電公司調控分中心自動化機房進行優化，使自動化機房處于穩定、良好的工作狀態，具有較好的經濟效益和社會價值，值得進一步推廣應用。

關鍵詞：自動化機房；智能環境監控；應用；

一、概述

在對建德市供電公司調控分中心自動化機房的實際運維中發現，機房精密空調24小時不間斷運行能耗、設備故障率較高；新風系統需要人為啟停，對機房內空氣的凈化作用滯后性嚴重；機房內僅具備常規的溫濕度、漏水檢測，對機房空氣質量，特別是空調可能泄露的氟利昂等氣體沒有檢測手段；對運行設備、系統重要進程、機房環境實時監控的短信告警功能不夠完善等問題是困擾機房運維人員的普遍問題。

將智能環境監控技術引入機房環境監控平臺，采集機房內外環境參數，通過一系列的邏輯運算得到合理的方案，作用于機房環境控制設備。從而在確保機房溫濕度符合要求的同時，實現節約電能、延長設備壽命、節約企業運營成本以及改善機房空氣質量的效果。

二、設計與實現

根據測算，在數據機房的電力消耗中，IT設備、機房制冷和電源設備分別為5：4：1的關系，即服務器、存儲、交換機的電力消耗占總能源消耗的50%，而機房制冷電力消耗占40%，UPS等電源設備耗電占10%。還有更為精確的測算指出：在通信機房能耗組成中，通信設備能耗占53%，空調能耗占37%[1]。如能充分利用新風系統將室外自然冷源引入室內，可以有效利用自然冷源，減少機房空調的運行時間，從而節約電能。

1、基礎數據研究

統計機房內現有環境設備功率、新風機風量等參數，計算機房得熱量、冷負荷、濕負荷。整理分析多年積累的運維經驗，對新風系統所引進室外空氣對機房環境溫濕度的影響等因素進行了綜合的深入研究和數據的搜集整理。

根據YD/T1821-2008通信中心機房環境條件要求[2]，機房溫度控制范圍為20～25℃，濕度控制范圍為30～70%RH。設定機房內外溫度差為5℃，即室外溫度在20℃以下時可利用外部冷源。

再由杭州地區每月的平均氣溫，可以估算出每年可利用外部冷源的時間約6個月。

2、工作原理和流程研究

（1）加裝室外溫濕度傳感器和空調制冷劑泄露傳感器。

（2）利用探測器、采集器和PLC技術，實現機房兩臺空調、新風機等環境設備與現有環境監控服務器通訊。

（3）按邏輯方案設置參數，融合到現有環境監控系統平臺，實現各項控制功能。

3、控制邏輯研究

通過控制器設置系統風機啟動溫度的室內外溫差、新風系統開啟、關閉溫度，空調系統開啟、關閉溫度，高溫告警溫度及其他參數。通過室內外溫濕度傳感器檢測室內外溫度、濕度，在程序的規范下控制新風系統與空調系統配合工作，達到機房溫度調節的效果[3]。形成了一套溫濕度智能調節的邏輯方案。內容如下：

（1）當機房內外溫度、濕度在允許工作范圍內時，關閉空調，開啟進風單元的新風風門，開啟風機，將機房外冷空氣吸入機房，經過過濾裝置的處理，冷空氣與機房內熱空氣進行熱交換，使機房內溫度得以下降，同時維持機房內一定的正壓，開啟排風單元的排風風門，依靠正壓或風機排出機房內的熱空氣。

（2）當室內溫度升高至空調開啟溫度設定值時，系統將關閉風機，開啟空調；當空調運行后將機房的溫度降低到要求值時，空調自動停止。此時再次判斷室外空氣是否可用。如此反復的新風與空調聯動協調工作，減少空調的運行時長，達到節能的效果。為了避免新風設備和空調之間頻繁啟動，應設置空調開啟時間大于間隔時長時，方允許啟動風機，間隔時長設置為半小時。

（3）在室外溫濕度不滿足要求情況下，關閉新風系統，輪流開啟機房空調，保持機房內溫濕度在要求范圍。

（4）當某臺空調故障的情況下，自動開啟另一臺空調。當新風機故障的情況下，自動開啟空調。

（5）兩臺空調正常情況下按照設定時間交替運行，運行一個月后自動切換到待機狀態，并自動切換另一臺啟動運行。

（6）機房新增空調制冷劑泄露傳感器，用來檢測機房氟利昂含量，一旦超標，即提供報警，如濃度達到設定值，則啟動新風機換氣。

（7）各種操作和告警信息通過實時短信平臺發送至運維人員手機上。

4、調試改進

針對試運行中發現的問題和實際運行效果，對系統參數進行了一些調整和修改。運行效果達到預定目標。

三、關鍵技術及要點

1、機房得熱量、冷負荷計算。

在室內外熱擾量作用下，某一時刻進入一個空調房間的總熱量和濕量稱為在該時刻的得熱量，如果得熱量為負值時稱為耗熱量。根據性質不同，得熱量又分為顯熱和潛熱，而顯熱又包括對流熱和輻射熱兩種成分。機房顯熱量來源有：（1）透過外窗進人室內的太陽輻射熱量。（2）通過圍護結構傳入室內的熱量。（3）設備散熱量。（4）人體散熱量。（5）照明散熱量。（6）新風散熱量。機房潛熱量來源有：（1）工作人員人體散熱量。（2）滲透空氣及新風換氣散熱量。在某一時刻為保持房間具有穩定的溫度、濕度，需要向房間空氣中供應的冷量稱為冷負荷。相反，為補償房間失熱量而需向房間供應的熱量稱為熱負荷。冷負荷與得熱量在數量上有時相等，有時則不等。

計算機房空調負荷，主要來自計算機設備、外部設備及機房設備的發熱量，大約占總熱量的80%以上，應用中可根據計算機的耗電量計算其發熱量。

Q=860N￠（kcal/h）

式中：N：用電量（kW）；￠：同時使用系數（0.2～0.5）；860：功的熱當量，即1kW電能全部轉化為熱能所產生的熱量。

根據機房得熱量、新風機的功率和風量、機房空調的制冷量等數據，結合實際運維過程中積累的經驗數據，最終得到可行的參數設置于采集控制器。

2、控制邏輯研究。

為有效優化各設備的運行，需要一套縝密的控制邏輯方案，將運維人員的需求轉化為控制設備能夠理解的“語言”。

四、總結

將智能環境監控技術引入機房管理，通過研發對機房環境設備智能化控制的模塊，取得了較好的經濟和管理效益。該技術在電力企業機房中的研究和應用較少，應用前景廣泛，具有一定的創新和示范意義。在應用過程中，同時發現在以下2處可以進行改進，（1）若機房負載變化較大，將導致機房得熱量變化，從而需要對智能環境監控模塊的參數進行調整。應建立完善可行的相關制度和方案。（2）功能可根據實際需要進一步擴展，如加裝煙感探頭、建立與消防、門禁系統的聯動等等，從而更好地服務于機房運維工作。

參考文獻：

[1]諸鐘虎. 智能集中監控技術在電網調度自動化機房的應用研究[J]. 自動化應用， 2018（4）：126-127.

[2]張皆喜. 淺析網絡協議在機房電源末端解決方案中的應用[J]. 通信電源技術， 2012， 29（6）：65-66.

[3]周立鶴， 陳武. 綠色智能控制系統在數據機房中的應用[C].云南電力技術論壇. 2015.