機房用乙二醇換熱器優(yōu)化控制的研究.pdf

1、能源緊張日益嚴峻，節(jié)能減排已經(jīng)成為全世界最為關(guān)注的熱門課題之一。能源消耗總量中通信設(shè)備的耗能占有一定的份額，通信機房和通信基站內(nèi)部設(shè)備散熱量大，需要全年無間歇的制冷以控制室內(nèi)溫度，此外，通信設(shè)備的正常運行對環(huán)境中的濕度和潔凈度等參數(shù)都有嚴格的要求?？照{(diào)作為目前通信機房的主要溫控設(shè)備，其耗電量占通信機房總耗電量的45％左右，泄漏時并產(chǎn)生溫室氣體。乙二醇換熱器利用機房室外的自然冷源與室內(nèi)的溫差進行換熱，能夠屏蔽室外空氣中的灰塵、雜質(zhì)和水分的

2、影響，但是乙二醇換熱器的工作前提是室內(nèi)外存在一定的溫差，這使得乙二醇換熱器的使用具有局限性，不能夠完全的替代空調(diào)在通信機房控溫中的作用，通過乙二醇換熱器與空調(diào)系統(tǒng)的聯(lián)動控制能夠?qū)崿F(xiàn)通信機房的節(jié)能目標。
　　 本文對乙二醇換熱器重點進行了以下幾個方面的研究：
　　 1)對自然冷源在不同氣候區(qū)的利用率進行了深入研究，以實際的通信機房為樣本，建立了通信機房的模擬模型，對機房模型在不同氣候區(qū)的建筑特性和熱負荷特性進行了系統(tǒng)的分析

3、，結(jié)果表明：哈爾濱地區(qū)通信機房適合的圍護結(jié)構(gòu)為磚混37和彩鋼板50；北京、武漢、南寧、昆明地區(qū)通信機房適合的圍護結(jié)構(gòu)是磚混24和彩鋼板50；哈爾濱地區(qū)的通信機房在冬季存在空調(diào)熱負荷，北京、武漢、南寧和昆明地區(qū)的通信機房全年需要制冷；在全年的制冷需求中，哈爾濱地區(qū)自然冷源可利用時間達到9個月，北京、武漢、昆明地區(qū)自然冷源可利用時間在6個月左右，南寧地區(qū)有3個月的時間可采用自然冷源技術(shù)；自然冷源技術(shù)在通信機房制冷中的應(yīng)用可以分擔(dān)空調(diào)大部分冷

4、負荷，縮短空調(diào)的工作時間，從而節(jié)約空調(diào)能耗；通過對自然冷源利用率的分析，為乙二醇換熱器的可行性提供了理論依據(jù)。
　　 2)對乙二醇換熱器理論模型的參數(shù)進行了分析和計算，主要從兩方面進行研究，一是對換熱器內(nèi)部流體的物理特性分析，包括乙二醇溶液的密度、比熱、導(dǎo)熱系數(shù)和動力黏度；二是換熱器熱學(xué)參數(shù)的計算，包括換熱器結(jié)構(gòu)的初步規(guī)劃及幾何參數(shù)計算、換熱器載冷劑的流速、室內(nèi)和室外風(fēng)量的確定、室內(nèi)和室外換熱器傳熱平均溫差的計算、管內(nèi)膜管外膜傳

5、熱系數(shù)的計算、翅片效率計算、換熱系數(shù)及換熱器外形結(jié)構(gòu)計算、風(fēng)機與循環(huán)泵的選型。結(jié)果表明：哈爾濱地區(qū)適合選擇換熱器的工質(zhì)為50％體積濃度乙二醇溶液，北京地區(qū)適合選擇40％體積濃度乙二醇溶液為換熱器的載冷劑，武漢和昆明較為適合20％體積濃度乙二醇溶液為換熱器工質(zhì)，南寧地區(qū)常年溫度高于水的冰點，只需0％濃度的工質(zhì)即可。換熱器模型可以適用于5個代表性地區(qū)的通信機房。
　　 3)對乙二醇換熱器的控制參數(shù)進行了優(yōu)化設(shè)計，通過系統(tǒng)的理論分析和

6、計算，建立了能夠滿足約束的功率模型，并通過遺傳算法和有效集算法搜索得到了在離散溫差點的功率模型最優(yōu)解，進而利用Elman神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對連續(xù)溫差的功率和頻率特性進行預(yù)測，分別得到50％、40％、20％、0％體積濃度乙二醇溶液為工質(zhì)的功率與頻率模型。通過模型控制變頻參數(shù)并計算出泵和風(fēng)機的換熱量和消耗功率，與熱平衡實驗室模擬環(huán)境中測得的實際數(shù)據(jù)進行誤差分析，結(jié)果表明：功率模型與實測數(shù)據(jù)的絕對誤差均可以控制在5％范圍內(nèi)，能夠滿足實際變頻控制的需求，

7、因此通過功率模型確定變頻參數(shù)實現(xiàn)換熱器泵和風(fēng)機的節(jié)能是準確可靠的。
　　 4)對乙二醇換熱器在通信機房中的節(jié)能效果進行了全面的分析，通過建立乙二醇換熱器的能效比模型，得出5個代表性城市通信機房在所適合的圍護結(jié)構(gòu)中，采用乙二醇換熱器與空調(diào)聯(lián)動系統(tǒng)制冷的全年能耗，與單獨采用空調(diào)制冷的全年能耗。進而計算出乙二醇換熱器的節(jié)能率和年利用時間。結(jié)果表明：在承擔(dān)同樣的機房冷負荷條件下，采用乙二醇換熱器的耗能要顯著小于空調(diào)的耗能；哈爾濱地區(qū)通信

8、機房可利用乙二醇換熱器的時間近9個月、北京超過6個月、武漢超過5個月、南寧約3個月、昆明達到6個月；哈爾濱地區(qū)磚混37圍護結(jié)構(gòu)中采用乙二醇換熱器與空調(diào)聯(lián)動系統(tǒng)全年節(jié)能率達到31.9％，北京、武漢、南寧、昆明地區(qū)磚混24圍護結(jié)構(gòu)中采用聯(lián)動系統(tǒng)全年節(jié)能率分別為24％、20.5％、10.5％、33.5％；哈爾濱、北京、武漢、南寧、昆明地區(qū)彩鋼板50圍護結(jié)構(gòu)中，采用聯(lián)動系統(tǒng)節(jié)能率達到42.7％、35.4％、28.4％、12.9％、34.5％；乙