智能环境监控技术在自动化机房中的应用研究
摘 要：针对国内部分供电公司自动化机房中存在的高耗能、高故障率和空气污染等问题，采用智能环境监控技术，对供电公司调控分中心自动化机房进行优化，使自动化机房处于稳定、良好的工作状态，具有较好的经济效益和社会价值，值得进一步推广应用。
关键词：自动化机房；智能环境监控；应用；
一、概述
在对建德市供电公司调控分中心自动化机房的实际运维中发现，机房精密空调24小时不间断运行能耗、设备故障率较高；新风系统需要人为启停，对机房内空气的净化作用滞后性严重；机房内仅具备常规的温湿度、漏水检测，对机房空气质量，特别是空调可能泄露的氟利昂等气体没有检测手段；对运行设备、系统重要进程、机房环境实时监控的短信告警功能不够完善等问题是困扰机房运维人员的普遍问题。
将智能环境监控技术引入机房环境监控平台，采集机房内外环境参数，通过一系列的逻辑运算得到合理的方案，作用于机房环境控制设备。从而在确保机房温湿度符合要求的同时，实现节约电能、延长设备寿命、节约企业运营成本以及改善机房空气质量的效果。
二、设计与实现
根据测算，在数据机房的电力消耗中，IT设备、机房制冷和电源设备分别为5：4：1的关系，即服务器、存储、交换机的电力消耗占总能源消耗的50%，而机房制冷电力消耗占40%，UPS等电源设备耗电占10%。还有更为精确的测算指出：在通信机房能耗组成中，通信设备能耗占53%，空调能耗占37%[1]。如能充分利用新风系统将室外自然冷源引入室内，可以有效利用自然冷源，减少机房空调的运行时间，从而节约电能。
1、基础数据研究
统计机房内现有环境设备功率、新风机风量等参数，计算机房得热量、冷负荷、湿负荷。整理分析多年积累的运维经验，对新风系统所引进室外空气对机房环境温湿度的影响等因素进行了综合的深入研究和数据的搜集整理。
根据YD/T1821-2008通信中心机房环境条件要求[2]，机房温度控制范围为20～25℃，湿度控制范围为30～70%RH。设定机房内外温度差为5℃，即室外温度在20℃以下时可利用外部冷源。
再由杭州地区每月的平均气温，可以估算出每年可利用外部冷源的时间约6个月。
2、工作原理和流程研究
（1）加装室外温湿度传感器和空调制冷剂泄露传感器。
（2）利用探测器、采集器和PLC技术，实现机房两台空调、新风机等环境设备与现有环境监控服务器通讯。
（3）按逻辑方案设置参数，融合到现有环境监控系统平台，实现各项控制功能。
3、控制逻辑研究
通过控制器设置系统风机启动温度的室内外温差、新风系统开启、关闭温度，空调系统开启、关闭温度，高温告警温度及其他参数。通过室内外温湿度传感器检测室内外温度、湿度，在程序的规范下控制新风系统与空调系统配合工作，达到机房温度调节的效果[3]。形成了一套温湿度智能调节的逻辑方案。内容如下：
（1）当机房内外温度、湿度在允许工作范围内时，关闭空调，开启进风单元的新风风门，开启风机，将机房外冷空气吸入机房，经过过滤装置的处理，冷空气与机房内热空气进行热交换，使机房内温度得以下降，同时维持机房内一定的正压，开启排风单元的排风风门，依靠正压或风机排出机房内的热空气。
（2）当室内温度升高至空调开启温度设定值时，系统将关闭风机，开启空调；当空调运行后将机房的温度降低到要求值时，空调自动停止。此时再次判断室外空气是否可用。如此反复的新风与空调联动协调工作，减少空调的运行时长，达到节能的效果。为了避免新风设备和空调之间频繁启动，应设置空调开启时间大于间隔时长时，方允许启动风机，间隔时长设置为半小时。
（3）在室外温湿度不满足要求情况下，关闭新风系统，轮流开启机房空调，保持机房内温湿度在要求范围。
（4）当某台空调故障的情况下，自动开启另一台空调。当新风机故障的情况下，自动开启空调。
（5）两台空调正常情况下按照设定时间交替运行，运行一个月后自动切换到待机状态，并自动切换另一台启动运行。
（6）机房新增空调制冷剂泄露传感器，用来检测机房氟利昂含量，一旦超标，即提供报警，如浓度达到设定值，则启动新风机换气。
（7）各种操作和告警信息通过实时短信平台发送至运维人员手机上。
4、调试改进
针对试运行中发现的问题和实际运行效果，对系统参数进行了一些调整和修改。运行效果达到预定目标。
三、关键技术及要点
1、机房得热量、冷负荷计算。
在室内外热扰量作用下，某一时刻进入一个空调房间的总热量和湿量称为在该时刻的得热量，如果得热量为负值时称为耗热量。根据性质不同，得热量又分为显热和潜热，而显热又包括对流热和辐射热两种成分。机房显热量来源有：（1）透过外窗进人室内的太阳辐射热量。（2）通过围护结构传入室内的热量。（3）设备散热量。（4）人体散热量。（5）照明散热量。（6）新风散热量。机房潜热量来源有：（1）工作人员人体散热量。（2）渗透空气及新风换气散热量。在某一时刻为保持房间具有稳定的温度、湿度，需要向房间空气中供应的冷量称为冷负荷。相反，为补偿房间失热量而需向房间供应的热量称为热负荷。冷负荷与得热量在数量上有时相等，有时则不等。
计算机房空调负荷，主要来自计算机设备、外部设备及机房设备的发热量，大约占总热量的80%以上，应用中可根据计算机的耗电量计算其发热量。
Q=860N￠（kcal/h）
式中：N：用电量（kW）；￠：同时使用系数（0.2～0.5）；860：功的热当量，即1kW电能全部转化为热能所产生的热量。
根据机房得热量、新风机的功率和风量、机房空调的制冷量等数据，结合实际运维过程中积累的经验数据，最终得到可行的参数设置于采集控制器。
2、控制逻辑研究。
为有效优化各设备的运行，需要一套缜密的控制逻辑方案，将运维人员的需求转化为控制设备能够理解的“语言”。
四、总结
将智能环境监控技术引入机房管理，通过研发对机房环境设备智能化控制的模块，取得了较好的经济和管理效益。该技术在电力企业机房中的研究和应用较少，应用前景广泛，具有一定的创新和示范意义。在应用过程中，同时发现在以下2处可以进行改进，（1）若机房负载变化较大，将导致机房得热量变化，从而需要对智能环境监控模块的参数进行调整。應建立完善可行的相关制度和方案。（2）功能可根据实际需要进一步扩展，如加装烟感探头、建立与消防、门禁系统的联动等等，从而更好地服务于机房运维工作。
参考文献：
[1]诸钟虎. 智能集中监控技术在电网调度自动化机房的应用研究[J]. 自动化应用， 2018（4）：126-127.
[2]张皆喜. 浅析网络协议在机房电源末端解决方案中的应用[J]. 通信电源技术， 2012， 29（6）：65-66.
[3]周立鹤， 陈武. 绿色智能控制系统在数据机房中的应用[C].云南电力技术论坛. 2015.
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