吕宏+黄钉劲+陈海滨

摘要： 针对目前基站及计算机机房的运行现状，设计了一种以Atmega128单片机为核心的机房智能节能通风换气控制系统，给出各模块硬件电路的电路原理图以及实现方法，实现了机房室内环境参数监测及设备控制。结果表明，设计的控制系统可减少机房空调的使用时间，节能效率可达到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%.

关键词： 通信机房；节能；通风换气；控制系统

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

中图分类号：TU834.3+5 文献标识码：A文章编号：1006-4311（2014）23-0040-02

0引言

基站是无线电台站的一种形式，通常还包括银行等金融行业以及交通运输、医疗卫生等大型企业的计算机机房。实际情况表明，电气设备的长期运行发热会导致基站、机房内温度的升高，如果不考虑利用室外低温对机房进行散热降温的有利条件，而仅仅使用空调来调整机房室内温度，这样会导致电能的浪费和成本的增加[1,2]。当室外空气温度低于室内温度一定程度时，完全可以利用室外的自然环境冷源，将室外冷源通过相应的技术手段引入机房内，利用通风换气的方式把机房的热量带走，从而可有效降低机房温度[3,4]。据统计，空调能耗一般占通信机房能耗的20%～45%，有的甚至高达60%以上，基站空调的节能研究潜力巨大，近年来，国内对基站节能问题做了大量相关实验和研究，也取得了显著成果，基站节能空调有多种形式，近年来，利用自然冷源调节温度也是基站节能的有效方式之一，在实际操作中也已经有不少成功的实例[5]。

本系统最大限度地将室外自然低温冷源的新风空气与通信机房内的回风空气进行混合，然后再将混合后的低温空气送回机房来对室内余热进行消除，同时，根据实际测量的机房发热负荷变化情况调节系统进风量，保证室内温度符合要求；同时考虑到因引入新风后机房内空气含湿量可能降低，系统安装湿膜加湿器结合采集数据进行分析并实现等焓加湿、降温以及对机房内温度、湿度的控制。这样一来，在室外环境温度相对较低的情况下，就可部分或全部替代空调工作，达到了节能换气的目的。

1系统组成及控制原理

智能节能通风换气控制系统主要由智能通风换气控制系统、室内/外温度探测器、室内进风机、室外排风机以及机房空调组成。其中控制器是系统的工作核心，各种传感器及数据采集卡的作用是对通信机房内外温度数据的采集、存贮、运算及处理，结合得到的数据以及设定的各种参数控制室内空调及风机的工作，同时，采集室内外温度数据并进行温差计算，利用通信机房外部环境新风空气与机房内回风空气的交换来达到温度调节的目的。智能节能通风换气控制系统主要由电源控制模块、温度传感器模块、电机控制模块与其它辅助电路模块组成，系统组成如图1所示。

[室外温度

探测器][室内温度

探测器][智能通风换气

控制系统][排气风机][进气风机][空调]

图1 智能节能通风换气控制系统功能实现示意图

机房智能节能通风换气控制系统的核心是基于机房室外与室内的温差，对通信机房设定在某一温度段运行，通过室内温度探测器进行检测。当室内温度超过温度门限，而室外温度尚不满足空气置换条件时，系统控制室内空调进行工作；当温度数据运算结果低于室内外温度差设定值时，控制系统通过Atmega128单片机对温度传感器输出信号进行程序处理，转换到调整电机工作状态的输出信号，控制进气风机启动，通过风机引入室外温度相对较低的新风空气，与机房内部的热空气进行热量置换，同时，通过排气风机将混合后的热空气排出，使机房内空气温度降低，此时控制空调停止运行，从而减少了空调的工作时间，直至传感器检测到机房温度达到设定要求时，进气风机与排气风机相继停止运行，从而达到节能的最佳效果。在工作过程中，室外冷空气通过空气滤芯进入机房内部，故不会影响机房内部洁净度。

2硬件设计

智能节能通风换气控制系统主要是由主控机箱、进气箱、排气箱，室内外温度探测器、室内外湿度探测器、交流互感器、交流接触器等部件组成。通过由Atmega128单片机构成的主控机对风机启动温度的室外低温门限、室外高温门限进行设置，包括室内室外的温度、湿度以及其他参数与事项的设置。监控系统对室内外温度、湿度以及尘度进行实时检测，通过设定的算法程序自动控制各个风机的合理工作，达到降温节能的效果。作为智能节能通风换气控制系统的核心部件，主控箱包括主电源、控制逻辑电路、实时数据参数的显示、控制按键的设置、以及用于控制风机及空调的交流接触器的安装配置。进气箱主要由具有一个离心风机的滤尘引风口组成，进气箱安装在通信机房内侧面下部。排气箱通常安装在通信机房内侧面上部，将机房内的热气排出。温度传感器和湿度传感器固定在室外集成盒上，灰尘传感器可选，同时采取了防雨措施。

3设计实现

满足以下条件时开启风机：①要求室外温度小于室内温度；②保证当前的实时室外温度在室外温度低限与室外温度高限之间；③当前实时的室内温度在室内温度低限之上；④当前的实时室外灰尘度低于室外灰尘度高限；⑤当前的实时室外湿度低于室外湿度高限。上述5个条件同时满足，则根据设计需要进行适当延时，N分钟后开启风机，延时期间系统不进行新的逻辑判断，以免闭循环或连续开关风机。同时，关闭风机前也要延时N分钟，延时期间不进行新的逻辑判断。

当前实时温度大于空调启动温度时才开启空调。或者在风机开启条件不能满足的情况下，当实时温度大于室内温度低限时可开启空调。当实时温度大于室内高限，风机开启条件满足时可以同时开启空调风机，另外，为了校正系统测量的偏差而产生漂移现象，对一系列精度修正值进行了设置。

4结论

充分利用基站室内外的温差而形成热交换，依靠大量的空气流通，当外温高于露点温度并低于15°C时采用通风的冷却，外温介于15°C～25°C之间时采用空调-通风联合冷却，外温高于设计控制温度时采用只开空调冷却。这种方式可以有效地将基站内的热量迅速向外迁移，实现室内散热，减少了机械冷却的时长，大幅度降低电能消耗和营运成本、延长空调使用寿命，每年可节约空调电费支出20%～50%。

参考文献：

[1]孙研.通信机房节能综合解决方案[J].电信工程技术与标准化,2006(6):2-7.

[2]黄成龙,杨文鹏.移动基站节能控制的理论与实践[J].西安工程大学学报，2008,22(2):205-209.

[3]中国电信集团公司电源技术支撑中心.机房新风直接引入节能技术[J].广东通信技术，2009(5):28-33.

[4]李森.通风节能系统在电信机房中的应用[J].电信技术,2008(8):48-49.

[5]管勇,陈超,许磊,张丽莉,尹龙滨.自然冷却换热技术应用于通信机房空调系统的实验研究[J].建筑科学，2010,26(10):157-161.

摘要： 针对目前基站及计算机机房的运行现状，设计了一种以Atmega128单片机为核心的机房智能节能通风换气控制系统，给出各模块硬件电路的电路原理图以及实现方法，实现了机房室内环境参数监测及设备控制。结果表明，设计的控制系统可减少机房空调的使用时间，节能效率可达到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%.

关键词： 通信机房；节能；通风换气；控制系统

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

中图分类号：TU834.3+5 文献标识码：A文章编号：1006-4311（2014）23-0040-02

0引言

基站是无线电台站的一种形式，通常还包括银行等金融行业以及交通运输、医疗卫生等大型企业的计算机机房。实际情况表明，电气设备的长期运行发热会导致基站、机房内温度的升高，如果不考虑利用室外低温对机房进行散热降温的有利条件，而仅仅使用空调来调整机房室内温度，这样会导致电能的浪费和成本的增加[1,2]。当室外空气温度低于室内温度一定程度时，完全可以利用室外的自然环境冷源，将室外冷源通过相应的技术手段引入机房内，利用通风换气的方式把机房的热量带走，从而可有效降低机房温度[3,4]。据统计，空调能耗一般占通信机房能耗的20%～45%，有的甚至高达60%以上，基站空调的节能研究潜力巨大，近年来，国内对基站节能问题做了大量相关实验和研究，也取得了显著成果，基站节能空调有多种形式，近年来，利用自然冷源调节温度也是基站节能的有效方式之一，在实际操作中也已经有不少成功的实例[5]。

本系统最大限度地将室外自然低温冷源的新风空气与通信机房内的回风空气进行混合，然后再将混合后的低温空气送回机房来对室内余热进行消除，同时，根据实际测量的机房发热负荷变化情况调节系统进风量，保证室内温度符合要求；同时考虑到因引入新风后机房内空气含湿量可能降低，系统安装湿膜加湿器结合采集数据进行分析并实现等焓加湿、降温以及对机房内温度、湿度的控制。这样一来，在室外环境温度相对较低的情况下，就可部分或全部替代空调工作，达到了节能换气的目的。

1系统组成及控制原理

智能节能通风换气控制系统主要由智能通风换气控制系统、室内/外温度探测器、室内进风机、室外排风机以及机房空调组成。其中控制器是系统的工作核心，各种传感器及数据采集卡的作用是对通信机房内外温度数据的采集、存贮、运算及处理，结合得到的数据以及设定的各种参数控制室内空调及风机的工作，同时，采集室内外温度数据并进行温差计算，利用通信机房外部环境新风空气与机房内回风空气的交换来达到温度调节的目的。智能节能通风换气控制系统主要由电源控制模块、温度传感器模块、电机控制模块与其它辅助电路模块组成，系统组成如图1所示。

[室外温度

探测器][室内温度

探测器][智能通风换气

控制系统][排气风机][进气风机][空调]

图1 智能节能通风换气控制系统功能实现示意图

机房智能节能通风换气控制系统的核心是基于机房室外与室内的温差，对通信机房设定在某一温度段运行，通过室内温度探测器进行检测。当室内温度超过温度门限，而室外温度尚不满足空气置换条件时，系统控制室内空调进行工作；当温度数据运算结果低于室内外温度差设定值时，控制系统通过Atmega128单片机对温度传感器输出信号进行程序处理，转换到调整电机工作状态的输出信号，控制进气风机启动，通过风机引入室外温度相对较低的新风空气，与机房内部的热空气进行热量置换，同时，通过排气风机将混合后的热空气排出，使机房内空气温度降低，此时控制空调停止运行，从而减少了空调的工作时间，直至传感器检测到机房温度达到设定要求时，进气风机与排气风机相继停止运行，从而达到节能的最佳效果。在工作过程中，室外冷空气通过空气滤芯进入机房内部，故不会影响机房内部洁净度。

2硬件设计

智能节能通风换气控制系统主要是由主控机箱、进气箱、排气箱，室内外温度探测器、室内外湿度探测器、交流互感器、交流接触器等部件组成。通过由Atmega128单片机构成的主控机对风机启动温度的室外低温门限、室外高温门限进行设置，包括室内室外的温度、湿度以及其他参数与事项的设置。监控系统对室内外温度、湿度以及尘度进行实时检测，通过设定的算法程序自动控制各个风机的合理工作，达到降温节能的效果。作为智能节能通风换气控制系统的核心部件，主控箱包括主电源、控制逻辑电路、实时数据参数的显示、控制按键的设置、以及用于控制风机及空调的交流接触器的安装配置。进气箱主要由具有一个离心风机的滤尘引风口组成，进气箱安装在通信机房内侧面下部。排气箱通常安装在通信机房内侧面上部，将机房内的热气排出。温度传感器和湿度传感器固定在室外集成盒上，灰尘传感器可选，同时采取了防雨措施。

3设计实现

满足以下条件时开启风机：①要求室外温度小于室内温度；②保证当前的实时室外温度在室外温度低限与室外温度高限之间；③当前实时的室内温度在室内温度低限之上；④当前的实时室外灰尘度低于室外灰尘度高限；⑤当前的实时室外湿度低于室外湿度高限。上述5个条件同时满足，则根据设计需要进行适当延时，N分钟后开启风机，延时期间系统不进行新的逻辑判断，以免闭循环或连续开关风机。同时，关闭风机前也要延时N分钟，延时期间不进行新的逻辑判断。

当前实时温度大于空调启动温度时才开启空调。或者在风机开启条件不能满足的情况下，当实时温度大于室内温度低限时可开启空调。当实时温度大于室内高限，风机开启条件满足时可以同时开启空调风机，另外，为了校正系统测量的偏差而产生漂移现象，对一系列精度修正值进行了设置。

4结论

充分利用基站室内外的温差而形成热交换，依靠大量的空气流通，当外温高于露点温度并低于15°C时采用通风的冷却，外温介于15°C～25°C之间时采用空调-通风联合冷却，外温高于设计控制温度时采用只开空调冷却。这种方式可以有效地将基站内的热量迅速向外迁移，实现室内散热，减少了机械冷却的时长，大幅度降低电能消耗和营运成本、延长空调使用寿命，每年可节约空调电费支出20%～50%。

参考文献：

[1]孙研.通信机房节能综合解决方案[J].电信工程技术与标准化,2006(6):2-7.

[2]黄成龙,杨文鹏.移动基站节能控制的理论与实践[J].西安工程大学学报，2008,22(2):205-209.

[3]中国电信集团公司电源技术支撑中心.机房新风直接引入节能技术[J].广东通信技术，2009(5):28-33.

[4]李森.通风节能系统在电信机房中的应用[J].电信技术,2008(8):48-49.

[5]管勇,陈超,许磊,张丽莉,尹龙滨.自然冷却换热技术应用于通信机房空调系统的实验研究[J].建筑科学，2010,26(10):157-161.

摘要： 针对目前基站及计算机机房的运行现状，设计了一种以Atmega128单片机为核心的机房智能节能通风换气控制系统，给出各模块硬件电路的电路原理图以及实现方法，实现了机房室内环境参数监测及设备控制。结果表明，设计的控制系统可减少机房空调的使用时间，节能效率可达到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%.

关键词： 通信机房；节能；通风换气；控制系统

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

中图分类号：TU834.3+5 文献标识码：A文章编号：1006-4311（2014）23-0040-02

0引言

基站是无线电台站的一种形式，通常还包括银行等金融行业以及交通运输、医疗卫生等大型企业的计算机机房。实际情况表明，电气设备的长期运行发热会导致基站、机房内温度的升高，如果不考虑利用室外低温对机房进行散热降温的有利条件，而仅仅使用空调来调整机房室内温度，这样会导致电能的浪费和成本的增加[1,2]。当室外空气温度低于室内温度一定程度时，完全可以利用室外的自然环境冷源，将室外冷源通过相应的技术手段引入机房内，利用通风换气的方式把机房的热量带走，从而可有效降低机房温度[3,4]。据统计，空调能耗一般占通信机房能耗的20%～45%，有的甚至高达60%以上，基站空调的节能研究潜力巨大，近年来，国内对基站节能问题做了大量相关实验和研究，也取得了显著成果，基站节能空调有多种形式，近年来，利用自然冷源调节温度也是基站节能的有效方式之一，在实际操作中也已经有不少成功的实例[5]。

本系统最大限度地将室外自然低温冷源的新风空气与通信机房内的回风空气进行混合，然后再将混合后的低温空气送回机房来对室内余热进行消除，同时，根据实际测量的机房发热负荷变化情况调节系统进风量，保证室内温度符合要求；同时考虑到因引入新风后机房内空气含湿量可能降低，系统安装湿膜加湿器结合采集数据进行分析并实现等焓加湿、降温以及对机房内温度、湿度的控制。这样一来，在室外环境温度相对较低的情况下，就可部分或全部替代空调工作，达到了节能换气的目的。

1系统组成及控制原理

智能节能通风换气控制系统主要由智能通风换气控制系统、室内/外温度探测器、室内进风机、室外排风机以及机房空调组成。其中控制器是系统的工作核心，各种传感器及数据采集卡的作用是对通信机房内外温度数据的采集、存贮、运算及处理，结合得到的数据以及设定的各种参数控制室内空调及风机的工作，同时，采集室内外温度数据并进行温差计算，利用通信机房外部环境新风空气与机房内回风空气的交换来达到温度调节的目的。智能节能通风换气控制系统主要由电源控制模块、温度传感器模块、电机控制模块与其它辅助电路模块组成，系统组成如图1所示。

[室外温度

探测器][室内温度

探测器][智能通风换气

控制系统][排气风机][进气风机][空调]

图1 智能节能通风换气控制系统功能实现示意图

机房智能节能通风换气控制系统的核心是基于机房室外与室内的温差，对通信机房设定在某一温度段运行，通过室内温度探测器进行检测。当室内温度超过温度门限，而室外温度尚不满足空气置换条件时，系统控制室内空调进行工作；当温度数据运算结果低于室内外温度差设定值时，控制系统通过Atmega128单片机对温度传感器输出信号进行程序处理，转换到调整电机工作状态的输出信号，控制进气风机启动，通过风机引入室外温度相对较低的新风空气，与机房内部的热空气进行热量置换，同时，通过排气风机将混合后的热空气排出，使机房内空气温度降低，此时控制空调停止运行，从而减少了空调的工作时间，直至传感器检测到机房温度达到设定要求时，进气风机与排气风机相继停止运行，从而达到节能的最佳效果。在工作过程中，室外冷空气通过空气滤芯进入机房内部，故不会影响机房内部洁净度。

2硬件设计

智能节能通风换气控制系统主要是由主控机箱、进气箱、排气箱，室内外温度探测器、室内外湿度探测器、交流互感器、交流接触器等部件组成。通过由Atmega128单片机构成的主控机对风机启动温度的室外低温门限、室外高温门限进行设置，包括室内室外的温度、湿度以及其他参数与事项的设置。监控系统对室内外温度、湿度以及尘度进行实时检测，通过设定的算法程序自动控制各个风机的合理工作，达到降温节能的效果。作为智能节能通风换气控制系统的核心部件，主控箱包括主电源、控制逻辑电路、实时数据参数的显示、控制按键的设置、以及用于控制风机及空调的交流接触器的安装配置。进气箱主要由具有一个离心风机的滤尘引风口组成，进气箱安装在通信机房内侧面下部。排气箱通常安装在通信机房内侧面上部，将机房内的热气排出。温度传感器和湿度传感器固定在室外集成盒上，灰尘传感器可选，同时采取了防雨措施。

3设计实现

满足以下条件时开启风机：①要求室外温度小于室内温度；②保证当前的实时室外温度在室外温度低限与室外温度高限之间；③当前实时的室内温度在室内温度低限之上；④当前的实时室外灰尘度低于室外灰尘度高限；⑤当前的实时室外湿度低于室外湿度高限。上述5个条件同时满足，则根据设计需要进行适当延时，N分钟后开启风机，延时期间系统不进行新的逻辑判断，以免闭循环或连续开关风机。同时，关闭风机前也要延时N分钟，延时期间不进行新的逻辑判断。

当前实时温度大于空调启动温度时才开启空调。或者在风机开启条件不能满足的情况下，当实时温度大于室内温度低限时可开启空调。当实时温度大于室内高限，风机开启条件满足时可以同时开启空调风机，另外，为了校正系统测量的偏差而产生漂移现象，对一系列精度修正值进行了设置。

4结论

充分利用基站室内外的温差而形成热交换，依靠大量的空气流通，当外温高于露点温度并低于15°C时采用通风的冷却，外温介于15°C～25°C之间时采用空调-通风联合冷却，外温高于设计控制温度时采用只开空调冷却。这种方式可以有效地将基站内的热量迅速向外迁移，实现室内散热，减少了机械冷却的时长，大幅度降低电能消耗和营运成本、延长空调使用寿命，每年可节约空调电费支出20%～50%。

参考文献：

[1]孙研.通信机房节能综合解决方案[J].电信工程技术与标准化,2006(6):2-7.

[2]黄成龙,杨文鹏.移动基站节能控制的理论与实践[J].西安工程大学学报，2008,22(2):205-209.

[3]中国电信集团公司电源技术支撑中心.机房新风直接引入节能技术[J].广东通信技术，2009(5):28-33.

[4]李森.通风节能系统在电信机房中的应用[J].电信技术,2008(8):48-49.

[5]管勇,陈超,许磊,张丽莉,尹龙滨.自然冷却换热技术应用于通信机房空调系统的实验研究[J].建筑科学，2010,26(10):157-161.