機(jī)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(yán)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(jī)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(yùn)行對(duì)環(huán)境中的濕度和潔凈度等參數(shù)都有嚴(yán)格的要求。空調(diào)作為目前通信機(jī)房的主要溫控設(shè)備，其耗電量占通信機(jī)房總耗電量的45％左右，泄漏時(shí)并產(chǎn)生溫室氣體。乙二醇換熱器利用機(jī)房室外的自然冷源與室內(nèi)的溫差進(jìn)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(jī)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(dòng)控制能夠?qū)崿F(xiàn)通信機(jī)房的節(jié)能目標(biāo)。
　　 本文對(duì)乙二醇換熱器重點(diǎn)進(jìn)行了以下幾個(gè)方面的研究：
　　 1)對(duì)自然冷源在不同氣候區(qū)的利用率進(jìn)行了深入研究，以實(shí)際的通信機(jī)房為樣本，建立了通信機(jī)房的模擬模型，對(duì)機(jī)房模型在不同氣候區(qū)的建筑特性和熱負(fù)荷特性進(jìn)行了系統(tǒng)的分析

3、，結(jié)果表明：哈爾濱地區(qū)通信機(jī)房適合的圍護(hù)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(jī)房適合的圍護(hù)結(jié)構(gòu)是磚混24和彩鋼板50；哈爾濱地區(qū)的通信機(jī)房在冬季存在空調(diào)熱負(fù)荷，北京、武漢、南寧和昆明地區(qū)的通信機(jī)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(shí)間達(dá)到9個(gè)月，北京、武漢、昆明地區(qū)自然冷源可利用時(shí)間在6個(gè)月左右，南寧地區(qū)有3個(gè)月的時(shí)間可采用自然冷源技術(shù)；自然冷源技術(shù)在通信機(jī)房制冷中的應(yīng)用可以分擔(dān)空調(diào)大部分冷

4、負(fù)荷，縮短空調(diào)的工作時(shí)間，從而節(jié)約空調(diào)能耗；通過對(duì)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(duì)乙二醇換熱器理論模型的參數(shù)進(jìn)行了分析和計(jì)算，主要從兩方面進(jìn)行研究，一是對(duì)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(dòng)力黏度；二是換熱器熱學(xué)參數(shù)的計(jì)算，包括換熱器結(jié)構(gòu)的初步規(guī)劃及幾何參數(shù)計(jì)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(jì)算、管內(nèi)膜管外膜傳

5、熱系數(shù)的計(jì)算、翅片效率計(jì)算、換熱系數(shù)及換熱器外形結(jié)構(gòu)計(jì)算、風(fēng)機(jī)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(diǎn)，只需0％濃度的工質(zhì)即可。換熱器模型可以適用于5個(gè)代表性地區(qū)的通信機(jī)房。
　　 3)對(duì)乙二醇換熱器的控制參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，通過系統(tǒng)的理論分析和

6、計(jì)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(diǎn)的功率模型最優(yōu)解，進(jìn)而利用Elman神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)連續(xù)溫差的功率和頻率特性進(jìn)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(jì)算出泵和風(fēng)機(jī)的換熱量和消耗功率，與熱平衡實(shí)驗(yàn)室模擬環(huán)境中測得的實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行誤差分析，結(jié)果表明：功率模型與實(shí)測數(shù)據(jù)的絕對(duì)誤差均可以控制在5％范圍內(nèi)，能夠滿足實(shí)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(shí)現(xiàn)換熱器泵和風(fēng)機(jī)的節(jié)能是準(zhǔn)確可靠的。
　　 4)對(duì)乙二醇換熱器在通信機(jī)房中的節(jié)能效果進(jìn)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(gè)代表性城市通信機(jī)房在所適合的圍護(hù)結(jié)構(gòu)中，采用乙二醇換熱器與空調(diào)聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)制冷的全年能耗，與單獨(dú)采用空調(diào)制冷的全年能耗。進(jìn)而計(jì)算出乙二醇換熱器的節(jié)能率和年利用時(shí)間。結(jié)果表明：在承擔(dān)同樣的機(jī)房冷負(fù)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(jī)房可利用乙二醇換熱器的時(shí)間近9個(gè)月、北京超過6個(gè)月、武漢超過5個(gè)月、南寧約3個(gè)月、昆明達(dá)到6個(gè)月；哈爾濱地區(qū)磚混37圍護(hù)結(jié)構(gòu)中采用乙二醇換熱器與空調(diào)聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)全年節(jié)能率達(dá)到31.9％，北京、武漢、南寧、昆明地區(qū)磚混24圍護(hù)結(jié)構(gòu)中采用聯(lián)動(dòng)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(hù)結(jié)構(gòu)中，采用聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)節(jié)能率達(dá)到42.7％、35.4％、28.4％、12.9％、34.5％；乙