一种与能够压缩机空调同时工作并且互相冗余的调速新风节能系统(专利说明书).docx

与空调同时冗余工作的基站调速排热新风节能系统
摘要：本实用新型采用 PLC控制直流EC风机，实现温度-风速控制,独创制冷和排热两种工作模式，改变与压缩机空调之间的切换为同时工作、独立冗余。本实用新型采用包括袋式除尘器的进风系统，不仅显著提高节能功效，而且大大延长了围护周期。本实用新型具有能效比控制功能，能通过485接口设定参数、实施监控。
所属技术领域
本实用新型涉及一种利用室外新风降低基站室内温度，减少基站空调运行时间，实现节能的通风系统，尤其是能与压缩机空调同时冗余工作，提高节能效率，并且能够延长滤尘器维护周期的基站调速排热新风节能系统。
背景技术
根据《YD/T 1969—2009通信局站用智能新风节能系统》：“ 3.1. 通信局站用智能新风节能系统:通过智能控制将外部冷空气经过净化、处理后引入机房，排出机房内部热空气的空气调节系统。其本身不带任何制冷元件，利用室外自然冷空气实现室内风冷降温，减少局站的能耗。5.10.1.2 实时监测室内及室外温度、湿度。当室外温度低于某个设定值时，控制器开启新风系统风机引进室外新风，关闭机房空调达到节能效果。在确保机房环境的前提下，依据室内外温湿度，控制风机、空调的切换运行。”
一般的新风节能系统（新风空调）都采用与压缩机空调切换的方式运行。当室外气温上升到设定的温度时,便切换到压缩机空调运行方式; 当室外气温下降到设定的温度时,便切换到新风节能的运行方式。新风节能系统的核心任务是减少压缩机空调的工作时间,但是越是接近夏季，室外气温越高,压缩机空调的工作时间越来越长，新风节能系统的工作时间反而越来越短，新风节能系统的利用率受到严重限制。
一般的新风节能系统普遍存在以下问题：
1. 切换方式工作，缩小了工作区间。新风节能系统的制冷能力取决于室内外焓差和风机的风量，新风节能系统的应用区间取决于室内外的焓差，室内外的焓差超过设定值时才能切换新风节能系统。夏季一般很少能够切换新风节能系统。但是越是接近夏季，室外气温越高,压缩机空调的工作时间越来越长，新风节能系统的工作时间反而越来越短，新风节能系统的利用率受到严重限制。
2. 一般的新风节能系统的控制切换的依据是室内外焓值,由于焓值不能直接测量只能通过温度和湿度对照焓湿图才能得到,有的简化为室内外温差,要保证独立完成基站的通风降温，切换控制必须采用比较可靠的工作区间,上述测量误差也往往通过缩小工作区间来弥补，致使新风节能系统利用率进一步降低。
3. 一般的新风节能系统大都采用定速风机，温度开关-控制方式，其存在着较大的风量的浪费和启动功耗。使用定速风机只能按照最大风量设计，通过控制开关的占空比来降低风量，才能满足实际需要,但是由于风机不能频繁启动，所以存在控制盲区,较短的工作区间也只能被舍弃。另外温度开关-控制方式，必然增加风机的启动功耗和降低风机使用寿命。
4. 一般的新风节能系统采用市电电源，一旦市电停电，就不能工作，基站空调同样也不能工作。但是基站设备仍然会延时工作，使基站存在高温隐患。
5. 一般的新风节能系统采用板式空气过滤器，一个月左右就需要更换,维护周期较短,影响其节能效率。
6. 一般的新风节能系统由其控制系统控制基站压缩机空调切换，存在严重的安全隐患。一旦其控制系统发生故障，压缩机空调就无法启动，新风节能系统也不能启动，使基站存在高温隐患的危险性更高。
为了解决上述问题，本实用新型提供一种能与压缩机空调同时冗余工作、延长滤尘器寿命的基站调速排热新风节能系统。实施方案如下：
1. 在气流组织上，本实用新型的进气系统与排气系统呈对角线布置，并与基站的主要发热设备的进气和排气方向一致；基站空调的出风气流方向也与本实用新型的进气系统的气流方向平行或交叉，并朝向主要发热设备的进气口。
2. 本实用新型的进气系统由不锈钢柜体、袋式空气过滤器、EC直流调速离心风机、气流分配箱、过滤器脏堵传感器组成。
3. 本实用新型的排气系统由EC直流调速轴流风机、消音弯头、止逆阀、防雨烟囱组成。
4. 基站调速排热新风节能系统采用直流电源的PLC和温度测量模块控制48V直流EC调速风机，通过检测基站内四个地点的温度状态，变换风机的转速，控制风机在制冷和排热两种模式中自动转换。
5. 基站压缩机空调设置28℃、冷模式、自动风速，独立工作。本实用新型也独立工作，平时二者同时工作、独立冗余。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案详细说明如下：
(一) 气流组织。本实用新型布置基站压缩机空调的出风方向与本实用新型的进风系统的出风方向同时朝向基站主要发热设备的进风口(附图1)，二者同时位于基站的排风系统的对端。本实用新型的排风系统靠近主要发热设备的出风口。本实用新型的进风系统的出风气流经过静压箱的两个风口分为两股，分别朝向基站设备排列的前面和后面，每股气流的风量和上下左右的倾斜风向可调。通过风口调节压缩机空调和新风空调在各个方向的风量分配，必须保证朝向主要发热设备的进风口的气流风量，使基站排气口附近的温度高于设备进气口2℃以上，为有效利用新风或压缩机空调的冷源创造了有利条件。
(二) 控制系统。本实用新型选用西门子S7-200系列PLC的CPU模块和温度模块组成控制系统，并分别连接本实用新型设计的进风系统和排风系统。本实用新型的控制系统采用西门子S7-200 系列PLC，包括224 DC/DC/DC CPU和温度模块EM231-RTD4（如图2），224 DC/DC/DC CPU 的PWM输出Q0.0和Q0.1 经过光电隔离器件，分别与可以进行脉宽调速的进风风机和排风风机的速度控制端相连，4个PT100温度传感器分别与控制系统的温度模块EM231-RTD4相连。其特征为：
1. 224 DC/DC/DC CPU的直流24V电源，经保险丝和空气开关取自基站48V蓄电池组的正极和24V蓄电池的负极端子（如图1）。
2. 温度传感器的位置和用途分别为：
1) 主要发热设备的进风口；
2) 主要基站的出风口；
3) 进风机构的进气部，监测室外气温；
4) 压缩机空调的出风口；
1.
2.
3. 224 DC/DC/DC CPU的QO.O、Q0.1端子分别经过光电隔离元件与本实用新型的进风系统的离心风机和排风机系统的轴流风机PWM控制端相接。
(三) 本实用新型的进风系统采用不锈钢柜体，大约在柜体高度的三分之二处，其内部有一个水平的矩形角钢框,其四周与柜体紧密接触，并焊接牢固，可以拆卸的袋式空气过滤器的边框水平卡在这个矩形框内，袋式空气过滤器将不锈钢柜体分隔为上、下两个部分，两部分各有一个维修用活动门。柜体的上部为进风部，通过活动门可以安装袋式空气过滤器，通过风道与室外相通，风道的室外进气口设有不锈钢防虫网和不锈钢防雨帽沿；柜体的下部为出风部，安装着离心 风机和出风静压箱，上部空气通过空气过滤器进入离心风机，再通过出风静压箱的两个出风口进入室内。可以调整阈值的压差报警器, 其高低压进气口分别通过管路与上下部分相通，可以检测袋式空气过滤器的两侧压力，当袋式空气过滤器灰尘量积聚到一定程度时，引上下两部分的气压产生的差别达到设定值时，启动电气触点变化，产生报警。其特征是：
1. 基站室外空气垂直经过通过袋式空气过滤器，进入柜体下部。
2. 柜体下部安装一台48V直流EC离心风机，并配有不锈钢涡壳和进气圈，其出气方向与地面平行。48V直流EC离心风机可以通过PWM脉冲信号调速。
3. 直流EC离心风机的出气气流通过静压箱的2个百叶风口，分解为两股气流，每股气流都能控制流量和调节风向。
4. 一个可以设定报警压力的0-250Pa的压差报警器,安装在柜体下部，其高低压进气口分别通过管路与上、下部分相通。
(四) 本实用新型的排风系统采用48V直流EC轴流风机，配有止逆阀和消音弯头、防雨烟囱。48V直流EC轴流风机可以通过PWM脉冲信号调速。
本实用新型的工作原理如下：
基站压缩机空调与本实用新型同时、独立工作。基站压缩机空调设置制冷模式、自动风速，24-28℃。当基站压缩机空调的回风温度没有达到设定值时，其压缩机不启动，其出风温度与回风温度相同，等于周围环境温度。本实用新型的控制系统，实时检测基站的排气口温度、室外温度、空调出风温度、设备进风口温度，比较空调出风温度和室外温度，当压缩机空调出风温度高于室外温度时自动进入本实用新型的制冷模式工作，即大风量模式。本实用新型的控制系统根据设备进风温度和设定温度（24-28℃）的差值进行比例和积分运算，输出PWM脉冲，温差越大，PWM脉冲的占空比越大，同时进一步根据室外温度，和设定的能效比，调整进风风机的风速。合理确定进风风机的PWM脉冲占空比之后，按照保持基站正压的比例，计算排风机的PWM脉冲占空比，实现温度-风速控制。本实用新型在制冷模式下以最佳速度吸入室外冷空气，与室内热气混合，使设备的进风口温度保持恒定。
当室内外焓差不足，新风系统的制冷能力不能满足基站设备和维护结构的散热功率时，基站环境温度上升，当基站压缩机空调的回风温度超过设定值（24-28℃）时，其压缩机启动工作，基站压缩机空调的出风温度逐渐下降。当室外温度高于压缩机空调出风温度时，本实用新型的控制系统自动进入排热模式，即小风量模式。通过对比排气口温度和室外温度的温差，进行比例方式计算风速，并以排风温度高于设备进风温度来限定最高风速，保证基站空调的制冷量不流失。根据排风机的PWM脉冲占空比，按照保持基站正压的比例计算进风机的PWM占空比，使其保持基站正压。排热模式以最佳速度排出比室外温度高出室外温度的热气，避免其进入压缩机空调的回风口。再按照保持室内正压5Pa的原则，计算适当的进风机风速，补充较低温度的室外空气，不但有效地减少了压缩机空调的制冷时间，而且促进了室内空气的循环。
基站调速排热新风节能系统还根据设定的能效比调整新风系统的风机转速,避免了二次能耗。通过风机的转速-电流测量，确定风机自身的功耗，通过室内外温差和风速确定新风系统的制冷量，并进一步确定能耗比，通过比较压缩机空调的能耗比确定新风系统在各个分段温差下的风速，确定新风系统能耗比不低于压缩机空调的原则确定运行风速和温差，当温差不能满足设定值时，基站排热新风节能系统则根据上述能耗比自动减速，直至停转。
本实用新型可以输入基站空调的压缩机启动信号，结合其出风温度，判断基站空调是否正常工作。还可以接入烟感报警触点控制风机关机。本实用新型可以可以通过PLC DC/DC/DC CPU的485接口接入基站动力环境单元，通过动力环境集中监控系统设定参数、实施监控。

本实用新型具有以下优点：
1. 本实用新型基站调速排热新风节能系统，始终与基站空调同时、独立工作。其独具特色的排热模式把原来新风节能和压缩机空调的两个主角的更换模式，变成新风空调的主角和配角的替换模式， 根据新风节能的实际运行结果进行转速调整，根据基站四个检测点进行温度-转速控制，在制冷和排热模式上转换。新风空调可以独立工作也可以和压缩机空调同时工作。新风系统和压缩机空调分别由自己的控制器独立控制，通过各自的设定温度，自动切换主配角。所以无论是选择制冷还是排热模式，新风空调几乎不停地工作。基站调速排热新风节能系统不用与基站空调进行完全切换，更不用检测室内外焓值，扩大了应用区间。从根本上避免了完全切换和测量误差所产生的“焓差浪费”，增加了工作区间，提高了利用率，提高了节能效率。
2. 本实用新型所采用的48V直流EC调速风机，是最先进的节能风机，再加上温度速度控制方式，通过控制系统发出PWM脉冲控制EC风机的转速，实现温度-调速控制，这种调速运行方式大大降低了新风系统的风机启动功耗。大大降低了新风节能系统自身的功耗， 提高了能耗比，提高了节能概念效率。
3. 合理的气流组织是基站调速排热新风节能系统的又一亮点。这种利用设备自然摆放条件组织气流、分配风量，巧妙避免了风道送风难以解决的空间问题和设备散热风向的不一致问题，既节约了成本，又达到了目的。
4. 避免基站停电高温是基站调速排热新风节能系统的重要特色。由于风机采用直流48V电源，能够在市电停电时工作，所以避免了在市电停电时，基站压缩机空调不工作，但是基站主要设备还在工作而产生的基站高温。基站调速排热新风节能系统的风机全部由基站48V电源系统的一次下电系统供电，与基站主要设备同步工作，当基站电池放电达到一定深度时同时自动断电。可以保证停电时基站仍然可以通风散热，不发生高温。
5. 本实用新型特制的不锈钢进风系统，袋式空气过滤器与板式空气过滤器相比可以显著地延长了滤尘环节的维护周期。
6. 采用压力差报警器，并且可以检测除尘器的工作状态，发生报警及时更换。可以保证其利用率，提高节能效率。
7. 停电时，本实用新型与基站主要设备同步工作，同时停止。本实用新型采用袋式除尘进风机柜和能效比控制风速，不仅显著提高节能功效，而且延长了维护周期。

附图1：

附图2：

附图3：

（附图3）