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低能耗范文第1篇

【關(guān)鍵字】節(jié)能設(shè)計(jì)與施工

一、 前言

下面以實(shí)例說(shuō)明節(jié)能設(shè)計(jì)在實(shí)際工程中的應(yīng)用“中德被動(dòng)式低能耗建筑示范工程”是住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部2012年國(guó)際技術(shù)合作項(xiàng)目，也是河北省乃至國(guó)內(nèi)首家采用德國(guó)被動(dòng)式低能耗建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的公共建筑。本工程按國(guó)家三星級(jí)綠色建筑和德國(guó)被動(dòng)式低能耗建筑標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。本項(xiàng)目由德國(guó)專家提供技術(shù)方案，河北省建筑建研設(shè)計(jì)院進(jìn)行深化設(shè)計(jì)。

二、設(shè)置要求

在滿足建筑內(nèi)部舒適度要求的前提下，充分利用建筑物自身結(jié)構(gòu)形式，保證護(hù)結(jié)構(gòu)具有良好的保溫隔熱效果和氣密性，采用高效的排風(fēng)熱回收裝置讓能源得到充分利用，最大限度的利用太陽(yáng)能、風(fēng)能、地?zé)崮艿瓤稍偕茉春凸?jié)能技術(shù)及設(shè)備，在建筑的整個(gè)生命周期內(nèi)，以極低的能源消耗來(lái)運(yùn)行。

三、主要采用的節(jié)能技術(shù)有

1.外墻保溫技術(shù)，采用270L厚B級(jí)聚苯板加防火隔離帶處理，使外墻傳熱系數(shù)小于0.15w/（O.k）；

2.屋頂保溫技術(shù)，采用200L厚擠塑聚苯板，使屋頂傳熱系數(shù)小于0.15w/（O.k）；

3.±0.000以下外墻保溫采用防水保溫技術(shù)，避免熱橋產(chǎn)生，選用泡沫玻璃保溫層。

4.節(jié)能門(mén)窗技術(shù)：外窗及外門(mén)采用傳熱系數(shù)小于1.0 w/（O.k）的被動(dòng)門(mén)窗，窗戶玻璃采用low-e玻璃中空加真空三層（low-e6mm+12A+5mm+0.15v+5mm），窗框采用多腔塑鋼或鋁木復(fù)合技術(shù)框料；

5.可調(diào)節(jié)外遮陽(yáng)技術(shù)：西向及南向外遮陽(yáng)采用可調(diào)卷簾，夏天把熱量擋在室外，冬天利用窗戶得熱；個(gè)別公共房間依據(jù)太陽(yáng)光照強(qiáng)度，自動(dòng)控制外遮陽(yáng)下落高度。

6.建筑物自然通風(fēng)技術(shù)：合理利用自然通風(fēng)，過(guò)渡季節(jié)或休息日，自動(dòng)打開(kāi)采光井側(cè)面天窗，熱氣流上行，建筑物內(nèi)形成自然通風(fēng)效應(yīng)，降低能耗；

7.進(jìn)出建筑物的管道及遮陽(yáng)構(gòu)件安裝等，采用無(wú)熱橋處理技術(shù)，避免了在建筑物內(nèi)的結(jié)露霉污現(xiàn)象；

8.高強(qiáng)度鋼筋技術(shù)：建筑物主受力鋼筋采用高強(qiáng)度四級(jí)鋼，減少鋼材用量；

9.管網(wǎng)防滲漏技術(shù)：給水管道，采用涂塑鋼管，有效避免管網(wǎng)漏水。

10.節(jié)水技術(shù)：選用節(jié)水潔具，例如，感應(yīng)自閉龍頭、小升數(shù)沖廁水箱等。

11.中水回用技術(shù)：建筑物內(nèi)沖廁用水采用中水系統(tǒng)，場(chǎng)區(qū)內(nèi)綠化灌溉用水采用中水系統(tǒng)水源，中水處理池位置在場(chǎng)區(qū)東南角地勢(shì)低洼地帶；

12.水量實(shí)時(shí)檢測(cè)技術(shù)（和能耗監(jiān)測(cè)共用一個(gè)平臺(tái)）；

13.光熱轉(zhuǎn)換技術(shù)：太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)，光熱光電一體化，太陽(yáng)能熱交換器置于屋頂，集熱面積305平米，水箱容積18m?。

14.綠化灌溉采用微觀滴灌技術(shù)，高效利用水源，節(jié)約用水；

15.雨水蓄積技術(shù)：室外地面采用滲水蓄水地面，有效減少地表徑流；

16.新風(fēng)預(yù)冷（熱）技術(shù)：新風(fēng)系統(tǒng)采用地能預(yù)溫，夏天可使空氣溫度從35℃降到26℃，冬天能從-5℃升到5℃；

17.新風(fēng)系統(tǒng)高效熱回收技術(shù)，熱回收效率在75%以上；

18.空調(diào)主機(jī)采用變頻技術(shù)，空調(diào)冷凍水系統(tǒng)，末端變流量智能控制技術(shù)，有效節(jié)約運(yùn)行電能；

19.新風(fēng)系統(tǒng)末端變風(fēng)量，分層分區(qū)控制，節(jié)約運(yùn)行電能；

20.采用地源熱泵系統(tǒng)；

21.吊頂輻射供冷技術(shù)；

22.地下室光導(dǎo)照明技術(shù)，白天利用自然光供地下室照明；

23.太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)，總裝機(jī)容量20KW。屋頂放置太陽(yáng)能光伏板。層間窗飾玻璃，貼光伏發(fā)電膜，安裝容量0.8kw；

24.綜合能耗監(jiān)測(cè)技術(shù)：各系統(tǒng)實(shí)時(shí)能耗及累計(jì)能耗情況一目了然，且及時(shí)分析節(jié)能潛力區(qū)域，為運(yùn)行節(jié)能管理提供依據(jù)；

25.室內(nèi)空氣質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及新風(fēng)自動(dòng)控制技術(shù)：會(huì)議室等人員不固定的公用活動(dòng)區(qū)域，利用空氣品質(zhì)檢測(cè)反饋信息，控制新風(fēng)風(fēng)量。

26.智能照明控制技術(shù)：一層大廳、會(huì)議室公共活動(dòng)房間采用智能照明控制技術(shù)，采用遙控多情景模式調(diào)節(jié)方式。

27.電梯制動(dòng)能量回饋技術(shù)，使電梯制動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生的能量直接回饋電網(wǎng)，節(jié)約電能；

28.風(fēng)環(huán)境模擬分析技術(shù)，保證建筑物過(guò)渡季節(jié)的自然通風(fēng)；

29.建筑物每個(gè)房間的逐時(shí)能耗模擬分析技術(shù)，保證能耗滿足被動(dòng)式低能耗建筑標(biāo)準(zhǔn)要求；

30.行為節(jié)能技術(shù)：辦公室內(nèi)空調(diào)機(jī)照明的用電設(shè)備，人員離開(kāi)后，在1～4分鐘內(nèi)自動(dòng)關(guān)閉。

31.紅外感應(yīng)照明控制技術(shù)：走廊采用LED紅外感應(yīng)照明燈，根據(jù)人流控制燈具啟閉，減少了聲光控開(kāi)關(guān)啟動(dòng)時(shí)的噪聲，增加了控制準(zhǔn)確性。

通過(guò)以上30多項(xiàng)節(jié)能技術(shù)。項(xiàng)目完成后，預(yù)計(jì)建筑物年一次能耗需求量，制冷小于15Kwh，采暖小于15Kwh，總能耗小于120kwh；與我國(guó)節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)50%建筑相比，又節(jié)能81%，即節(jié)能90.5%，預(yù)計(jì)每年節(jié)約標(biāo)煤224噸，減少二氧化碳排放586噸。

低能耗范文第2篇

關(guān)鍵詞：醫(yī)療建筑；低能耗高舒適度；設(shè)計(jì)策略

中圖分類號(hào)：TU246

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1008-0422（2013）07-0118-05

1.前言

醫(yī)療建筑是一種有著久遠(yuǎn)歷史與人類的生存繁衍息息相關(guān)的建筑類型，它擔(dān)當(dāng)著維系人類健康，恢復(fù)人體機(jī)能的重要職責(zé)。它的發(fā)展是一個(gè)時(shí)期社會(huì)經(jīng)濟(jì)文化的反應(yīng)。在倡導(dǎo)“低碳節(jié)能”和“以人為本”的今天，醫(yī)療建筑也必然是向低能耗和高舒適度的方向發(fā)展。

2.低能耗高舒適度型醫(yī)療建筑的內(nèi)涵及特征

2.1低能耗高舒適度型醫(yī)療建筑的內(nèi)涵

低能耗高舒適度型醫(yī)療建筑是和諧發(fā)展觀和以人為本的思想下提出的，是社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必然結(jié)果，是具有高效率的、規(guī)模合理、運(yùn)作良好、可持續(xù)發(fā)展的醫(yī)院，主要體現(xiàn)在對(duì)自然的尊重和對(duì)人的關(guān)懷上。所謂低能耗是針對(duì)目前醫(yī)療建筑的高能耗現(xiàn)狀提出的。我國(guó)大型公共建筑耗電巨大。大量調(diào)查數(shù)據(jù)表明，醫(yī)院作為一種公共建筑，其建筑能耗占醫(yī)院總能耗的27%左右。如在保障醫(yī)療水平前提下，又減少能源消耗已成為醫(yī)院建筑能源管理的重要問(wèn)題。

醫(yī)療建筑應(yīng)體現(xiàn)“以人為本”思想，充分考慮病人環(huán)境的舒適度問(wèn)題，所謂高的舒適度包括兩方面內(nèi)涵：一方面是生理的高舒適度，即病房有一個(gè)恒溫恒濕恒氧的健康環(huán)境；另一方面是心理的高舒適度，即通過(guò)室內(nèi)外環(huán)境設(shè)計(jì)，給病人營(yíng)造一個(gè)良好的心理環(huán)境空間，使病人保持心情舒暢，以利于病情康復(fù)。

2.2低能耗高舒適度型醫(yī)療建筑的特征

低能耗高舒適度型醫(yī)療建筑特征如下：

2.2.1健康空間：醫(yī)療活動(dòng)中往往會(huì)產(chǎn)生大量的醫(yī)療廢棄物和病菌，然而，患者則需要一個(gè)潔凈、無(wú)污染的治療空間。低能耗高舒適度型醫(yī)院必須通過(guò)一定的技術(shù)手段，減少室內(nèi)病菌污染源，實(shí)現(xiàn)醫(yī)療廢棄物的“零”排放，來(lái)改善室內(nèi)環(huán)境的品質(zhì)。

2.2.2舒適環(huán)境：應(yīng)充分考慮室內(nèi)物理環(huán)境的設(shè)計(jì)，使病房中有最適宜的溫度、濕度、通風(fēng)、光照及聲環(huán)境。利用立體化、網(wǎng)絡(luò)化、生態(tài)化等多樣化的綠化配置新技術(shù)，搞好醫(yī)院建筑區(qū)域的綠化，有效防止噪聲污染、光污染及大氣污染，充分改善患者來(lái)院就醫(yī)的環(huán)境，滿足大家生理和心理上的需求。

2.2.3低能消耗：低能消耗是低能耗高舒適度型醫(yī)院最重要的特征之一，低能耗技術(shù)主要包括兩個(gè)方面：a.節(jié)約，即提高能源效率，減少能源丟失，如利用低能耗的屋頂柔和輻射采暖制冷技術(shù)、墻體保溫技術(shù)、晝光照明技術(shù)等；b.開(kāi)發(fā)，即利用可再生能源，如太陽(yáng)能光伏技術(shù)、地源熱泵技術(shù)等。

3.低能耗高舒適度型醫(yī)療建筑設(shè)計(jì)策略——以91醫(yī)院為例

3.1項(xiàng)目概況

91醫(yī)院位于河南省焦作市，系原160醫(yī)院。醫(yī)院內(nèi)醫(yī)療區(qū)原有建筑多為4到5層，年代久遠(yuǎn)，為滿足醫(yī)療使用，2007年起院方開(kāi)始大規(guī)模改造建設(shè)醫(yī)院。

醫(yī)院總用地面積8.8萬(wàn)m2，其中醫(yī)療工作區(qū)規(guī)劃用地約4.5萬(wàn)m2。新建建筑面積6.5萬(wàn)m2，其中綜合樓（包括門(mén)診、醫(yī)技、住院）5.5萬(wàn)m2，精神專科樓1萬(wàn)m2，在建內(nèi)科樓建筑面積2.5萬(wàn)m2，全部建成后醫(yī)院日門(mén)診接待人數(shù)可達(dá)1500人（見(jiàn)圖1）。

綜合樓地上十六層，地下一層。地下一層為車(chē)庫(kù)、設(shè)備機(jī)房及附屬用房。一層南面為門(mén)診主人口，北側(cè)為出入院口，西側(cè)為兒科及婦科入口，東側(cè)為急診急救入口。門(mén)診入口圍繞大廳為掛號(hào)、收費(fèi)、取藥大廳，及接待、醫(yī)保、為兵服務(wù)等。門(mén)診大廳通過(guò)走廊與北側(cè)住院大樓和醫(yī)技樓相通，通過(guò)自動(dòng)扶梯與電梯通向二層診室。三層為麻醉科手術(shù)室、重癥監(jiān)護(hù)、病理科、血液科、血透中心及多功能會(huì)議室。四層一部分是手術(shù)室上設(shè)備層，一部分是住院部藥房、腎內(nèi)科病房、康復(fù)訓(xùn)練及預(yù)留技術(shù)用房。五層以上為各科病房，通過(guò)中間六部電梯到達(dá)住院樓層，每層分兩個(gè)護(hù)理單元（見(jiàn)圖2-圖3）。

3.2設(shè)計(jì)目標(biāo)

該綜合樓制定的設(shè)計(jì)目標(biāo)如下：（1）舒適性：保證良好的室內(nèi)環(huán)境（溫度、濕度和照度等）；（2）健康性：提高建筑室內(nèi)外空氣質(zhì)量，促進(jìn)使用者身心健康，加快病人康復(fù)；（3）低能耗：通過(guò)可再生能源的利用及建筑節(jié)能優(yōu)化設(shè)計(jì)，使節(jié)能目標(biāo)達(dá)到70%以上；（4）低運(yùn)行排放：采用先進(jìn)節(jié)能設(shè)備和優(yōu)化給排水設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)建筑運(yùn)行過(guò)程中二氧化碳和廢水的低排放。

為了實(shí)現(xiàn)該綜合樓的低能耗高舒適度，該項(xiàng)目通過(guò)建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備、管網(wǎng)、室內(nèi)一體化設(shè)計(jì)和施工，使各個(gè)工種緊密配合，減少建筑的拆改，減少建筑垃圾的產(chǎn)生。同時(shí)可以從各個(gè)方面對(duì)建筑的能耗和舒適度進(jìn)行技術(shù)整合，充分發(fā)揮技術(shù)集成的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)低能耗高舒適度。

3.3低能耗高舒適度設(shè)計(jì)策略

3.3.1建筑布局與體形設(shè)計(jì)

3.3.1.1建筑朝向

91醫(yī)院位于焦作，焦作市位于河南省西北部，該地區(qū)屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，四季分明：春干多風(fēng)、夏熱多雨、秋高氣爽、冬寒少雪。全市年平均氣溫14.2℃-14.8℃，日照2200-2400h。該地區(qū)建筑朝向?qū)ㄖ牟晒馀c能效有一定的影響，最佳朝向?yàn)槟掀鳌⒛舷颉⒛掀珫|。該綜合樓借助有利布局使建筑正好位于南偏東，有利于建筑的采光與節(jié)能。

3.3.1.2優(yōu)化體形系數(shù)

為了保證建筑的節(jié)能效果，盡量使建筑的形體簡(jiǎn)潔大方，以減少能耗的損失。通過(guò)體形系數(shù)計(jì)算公式算出醫(yī)院綜合樓的體形系數(shù)約為0.1，遠(yuǎn)小于節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)建筑的節(jié)能起到了很好的作用。

3.3.1.3控制窗地比

窗地比也是影響建筑節(jié)能的一個(gè)重要因素，本設(shè)計(jì)中在滿足自然通風(fēng)和采光的前提下，并沒(méi)有大面積的玻璃幕墻。對(duì)于普通病房考慮到病人及家屬對(duì)采光及景觀視線的需要，設(shè)計(jì)采用了較大的窗口與外界聯(lián)系，由于隱私的考慮不宜過(guò)大。對(duì)于精神科病房，由于病人的特殊性，在滿足基本采光需求的情況下盡可能減小窗戶面積，同時(shí)還要做好安全防護(hù)措施以保證病人的人身安全。

3.3.2護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.3.2.1外保溫和干掛式外墻

由于建筑采用天棚式柔和輻射采暖形式，因而最佳的保溫方式應(yīng)該采用外保溫形式。在建筑外墻外側(cè)設(shè)置高密度保溫板，再留出空氣對(duì)流層，設(shè)置開(kāi)放式的干掛外墻。建筑采用的保溫材料為憎水性的保溫材料，中間流動(dòng)空氣層能帶走保溫板上的凝結(jié)水，有效保證保溫材料的長(zhǎng)期干燥，確保其保溫性能持續(xù)有效。空氣層加上干掛的外墻，有很好的遮陽(yáng)隔熱作用，并有效防止了雨水侵入（見(jiàn)圖4）。

3.3.2.2外遮陽(yáng)

本建筑采用先進(jìn)的遙控式外遮陽(yáng)板，可以根據(jù)對(duì)采光的不同需求來(lái)調(diào)節(jié)遮陽(yáng)率，同時(shí)可以調(diào)節(jié)室內(nèi)的天然采光情況。使用方便健康，與傳統(tǒng)的內(nèi)窗簾遮陽(yáng)相比有很大優(yōu)勢(shì)，避免了不同人推拉窗簾時(shí)而產(chǎn)生的灰塵擴(kuò)散和病菌傳染，降低交叉感染率（見(jiàn)圖5）。

3.3.2.3斷橋式保溫窗

對(duì)于窗戶的選擇，采用了斷橋優(yōu)質(zhì)鋁合金或塑鋼窗，窗玻璃采用LOW-E中空玻璃，在中空層添加氬氣以增強(qiáng)其保溫隔熱的能力。同時(shí)對(duì)于門(mén)窗的細(xì)節(jié)構(gòu)造給予充分考慮，避免冷橋的產(chǎn)生和冷風(fēng)滲透（見(jiàn)圖6）。

3.3.3剖面與材質(zhì)設(shè)計(jì)

3.3.3.1降低層高

為了節(jié)約材料，建筑剖面設(shè)計(jì)時(shí)，最大限度的降低了層高，為了滿足管線鋪設(shè)的需求，對(duì)框架梁采用了預(yù)留管線孔洞的處理。這樣不但節(jié)省了材料，還降低室內(nèi)空間，對(duì)建筑的節(jié)能也起到了一定的作用。

3.3.3.2優(yōu)化材料質(zhì)感與色彩設(shè)計(jì)

病人對(duì)于醫(yī)院建筑不同的材料質(zhì)感與色彩而產(chǎn)生的心理感受是不同的，目前許多醫(yī)院建筑都是采用白色的涂料或粉刷，色彩單調(diào)，雖然會(huì)給人以清新的感覺(jué)，但不免又會(huì)讓人感覺(jué)冰冷，而且長(zhǎng)期在白色的環(huán)境中生活和工作容易引起視覺(jué)疲勞和精神緊張。在91醫(yī)院的設(shè)計(jì)中，墻面大膽的采用了紅色，讓人感覺(jué)充滿活力。紅色在色彩心理學(xué)上認(rèn)為能促進(jìn)血液流通，加快呼吸；煥發(fā)精神，加快低血壓病人的康復(fù)，對(duì)麻痹、憂郁病患者也有一定刺激緩解作用（見(jiàn)圖1）。

3.3.4生態(tài)景觀與活動(dòng)空間設(shè)計(jì)

醫(yī)院大門(mén)的入口廣場(chǎng)景觀設(shè)計(jì)精心到位，八棵大銀杏樹(shù)形成的人行道美觀大方，不僅觀賞價(jià)值高而且人們可以在樹(shù)下停留活動(dòng)。醫(yī)院綜合樓西邊和東北邊留出生態(tài)景觀區(qū)，為患者和家屬提供良好的休養(yǎng)環(huán)境和活動(dòng)空間。活動(dòng)空間結(jié)合園林景觀設(shè)計(jì)，假山、亭子、水景等設(shè)計(jì)別致有味（見(jiàn)圖7）。

為了留出更多的綠地空間，本設(shè)計(jì)將停車(chē)場(chǎng)設(shè)置到地下，停車(chē)庫(kù)上面為綠化帶，停車(chē)位100個(gè)，加上綜合樓地下100個(gè)停車(chē)位，基本滿足停車(chē)要求。為了對(duì)綠化做出更多補(bǔ)償，停車(chē)庫(kù)的入口空間也做了立體綠化處理。

3.3.5室內(nèi)環(huán)境控制

3.3.5.1通風(fēng)、濕度、除塵一體化控制

醫(yī)院綜合樓采用先進(jìn)的置換式新風(fēng)系統(tǒng)來(lái)對(duì)室內(nèi)通風(fēng)、濕度與除塵的一體化控制。置換式新風(fēng)系統(tǒng)是將室外的空氣經(jīng)過(guò)過(guò)濾、除塵、消毒、除濕、加濕等多級(jí)處理的新鮮空氣以0.2-0.3M/S的速度從地面踢角或窗下的送風(fēng)口送入室內(nèi)。由于溫度略低于室溫，在地面形成新風(fēng)湖，溢滿房間的每個(gè)角落。新風(fēng)隨著人體及室內(nèi)熱源緩慢攀升，并將人體及室內(nèi)的污濁空氣帶往高處，由衛(wèi)生間或走廊頂部的排風(fēng)口排出；新風(fēng)連續(xù)下送上回，形成置換式使用（見(jiàn)圖8-圖10）。

置換式新風(fēng)系統(tǒng)與傳統(tǒng)空調(diào)相比較的優(yōu)點(diǎn)是

①全置換式新風(fēng)系統(tǒng)送風(fēng)速度低，無(wú)風(fēng)感、無(wú)噪音、無(wú)塵土攪動(dòng)，健康衛(wèi)生。

②自下而上的送風(fēng)方式確保人體100%呼吸到新鮮空氣，同時(shí)新風(fēng)具備加濕、除濕功能，保證室內(nèi)相對(duì)濕度控制在40%-60%的舒適范圍內(nèi)，遠(yuǎn)未達(dá)到飽和狀態(tài)，故不會(huì)因空氣與室內(nèi)界面之間的溫差而產(chǎn)生結(jié)露現(xiàn)象。

③新風(fēng)自成系統(tǒng)、全排放，可以有效避免病毒交叉循環(huán)污染。

④濕度穩(wěn)定，新風(fēng)利用率高；通過(guò)能量置換系統(tǒng)減少室內(nèi)能耗損失，設(shè)備成本和運(yùn)行費(fèi)用低。

3.3.5.2溫度控制

天棚式柔和輻射采暖制冷：通過(guò)預(yù)埋在混凝土樓板中的均布水管，夏天通入18-21℃的冷水，冬天通入28-31℃的熱水，對(duì)室內(nèi)進(jìn)行20-26℃的低溫差輻射調(diào)節(jié)控制（見(jiàn)圖11-圖12）。

該系統(tǒng)最大特點(diǎn)：A.不再用空氣作為冷熱媒。解決了傳統(tǒng)空調(diào)中空氣既作為冷熱媒循環(huán)使用，又供人呼吸的污潔混合問(wèn)題。B.自控性強(qiáng)。冬天當(dāng)室內(nèi)接受較多太陽(yáng)輻射時(shí)，室溫會(huì)升高，室溫與輻射溫差減小，輻射強(qiáng)度自然降低，所需能耗減少，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)同步自我調(diào)控。當(dāng)室溫升至26℃，熱輻射停止，功率降為零。夏天情況原理同上。C.熱損耗很小。良好的護(hù)結(jié)構(gòu)，將建筑熱損耗降至最低。D.可利用地下水、土壤等作為冷熱源。由于供水溫度和環(huán)境溫差小，故熱泵工作效率很高。所需電能僅為通常所需電能的1/5-1/7。

3.3.5.3光環(huán)境控制

醫(yī)院采用外遮陽(yáng)板控制光線，外遮陽(yáng)板裝有自動(dòng)遙控系統(tǒng)，可以根據(jù)室內(nèi)光線需求進(jìn)行調(diào)節(jié)，方便快捷而且不會(huì)有灰塵掉落。外遮陽(yáng)板是伸縮式的，主要通過(guò)上下伸縮來(lái)改變遮陽(yáng)和遮光面積，當(dāng)遮陽(yáng)板放下時(shí)，可以通過(guò)遮陽(yáng)板上的小孔來(lái)獲得微量采光。如果不需要任何室外光線，則可以將其完全放下，此時(shí)幾乎沒(méi)有光線透過(guò)（見(jiàn)圖13）。

醫(yī)院內(nèi)部燈具全部采用LED節(jié)能燈具，在滿足采光需要的同時(shí)，降低能耗。對(duì)于病房?jī)?nèi)部的夜燈，則采用高效節(jié)能的光控式夜燈，晚上光線較暗時(shí)，夜燈自動(dòng)開(kāi)啟，白天光線通過(guò)窗戶射入室內(nèi)，夜燈自動(dòng)關(guān)閉。

3.3.5.4聲環(huán)境控制

良好的室內(nèi)聲環(huán)境是病人康復(fù)所必須的，對(duì)于病房而言，噪聲應(yīng)該控制在40分貝以下，該病房樓采用了高技術(shù)手段未控制噪聲。

A.采用了22cm的加厚樓板，比普通樓板厚7cm，加厚層中選用陶粒混凝土，比普通混凝土的隔音、隔熱效果要強(qiáng)許多，最大限度地隔絕了生活噪聲。樓板由兩種不同的材料構(gòu)成，將兩種不同材質(zhì)的混凝土結(jié)合，對(duì)隔絕噪聲更為有利。

B.內(nèi)墻隔聲優(yōu)化：內(nèi)墻采用輕鋼龍骨加石膏板的結(jié)構(gòu)，內(nèi)空的部分填置巖棉和穿走管線，此種隔墻施工標(biāo)準(zhǔn)化成度高、速度快，且隔音效果好。

C.門(mén)窗隔聲密閉：對(duì)于窗戶的選擇，病房采用了隔聲性能較好的雙層玻璃斷橋塑鋼窗戶，為了提高窗戶的隔音效果，縮小了窗戶的可開(kāi)啟面積，同時(shí)可以有效防止冷風(fēng)滲透。斷橋的構(gòu)造處理對(duì)于隔聲也會(huì)起到很好的效果。病房門(mén)中間添加隔聲材料，有效降低走廊內(nèi)部噪聲對(duì)病房的干擾。

D.同層排水降低噪音：醫(yī)院采用同層排水系統(tǒng)可有效降低排水產(chǎn)生的噪聲。排水采用HDPE管材，可大輻降低通過(guò)物體傳播的噪音。墻前安裝，假墻可有效隔離衛(wèi)生間內(nèi)的噪音。管道不穿過(guò)樓板，可防止噪音對(duì)樓下住戶的干擾。同層排水系統(tǒng)采用相應(yīng)的減噪措施后，噪音會(huì)從傳統(tǒng)PVC隔層排水系統(tǒng)的65分貝，降至30分貝左右（見(jiàn)圖14）。

4.低能耗高舒適度型醫(yī)療建筑評(píng)價(jià)

4.1舒適度評(píng)價(jià)

舒適度評(píng)價(jià)主要有兩個(gè)方面，一方面是醫(yī)院環(huán)境的心理舒適度評(píng)價(jià)；另一方面是醫(yī)院環(huán)境的生理舒適度評(píng)價(jià)。對(duì)于生理舒適度評(píng)價(jià)主要是指病人和醫(yī)生在醫(yī)院內(nèi)身體上所感覺(jué)到的舒適度，主要包括室內(nèi)環(huán)境的溫濕度和空氣質(zhì)量，可以采用環(huán)境參數(shù)統(tǒng)計(jì)調(diào)查的方法。心理舒適度主要是指醫(yī)院室內(nèi)外環(huán)境對(duì)病人和醫(yī)生心理上的影響，對(duì)于心理舒適度則采用層次分析法與調(diào)查問(wèn)卷打分的方法進(jìn)行（見(jiàn)圖15）。舒適度評(píng)價(jià)主要針對(duì)住院部的室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行評(píng)價(jià)（見(jiàn)表1）。

評(píng)價(jià)方法為根據(jù)層次分析法制作出舒適度評(píng)價(jià)表，并根據(jù)表格進(jìn)行問(wèn)卷調(diào)查統(tǒng)計(jì)，得出舒適指標(biāo)。本調(diào)查問(wèn)卷通過(guò)對(duì)15名住院患者和5名醫(yī)務(wù)人員進(jìn)行打分，把其優(yōu)良成度分為優(yōu)、良、中、及格、差五等，分別賦予5分、4分、3分、2分、1分。把每個(gè)指標(biāo)的各項(xiàng)得分相加得到指標(biāo)的總得分，然后總得分除以最高分值即為該指標(biāo)的得分率。最后把得分率乘以100，就是該項(xiàng)的百分制得分（見(jiàn)表2）。

通過(guò)對(duì)20份問(wèn)卷調(diào)查評(píng)分進(jìn)行平均計(jì)算，得出該醫(yī)院各項(xiàng)舒適度指標(biāo)的平均得分如下：聲環(huán)境平均得分94分，熱環(huán)境平均得分96.6分，光環(huán)境平均得分93分，空氣質(zhì)量平均得分98分，室內(nèi)心理環(huán)境得分96分，室外心理環(huán)境得分92分。能過(guò)匯總得出該醫(yī)院生理舒適度平均得分95.4分，心理舒適度得分94分。

4.2健康評(píng)價(jià)

一個(gè)潔凈的環(huán)境，一個(gè)恒濕恒濕恒氧的環(huán)境，必然會(huì)給患者的康復(fù)具有促進(jìn)作用，同時(shí)可以降低因二次污染而引發(fā)的感染。對(duì)于低能耗高舒適型醫(yī)院的病房來(lái)說(shuō)，必須具備其應(yīng)有的健康空間的特征，主要包括清除衛(wèi)生死角，減少易滋生細(xì)菌的設(shè)施、清除易掉落粉塵的設(shè)計(jì)等。健康評(píng)價(jià)就是在這種要求下，對(duì)病房的健康環(huán)境和因二次污染而引發(fā)感染的控制情況進(jìn)行評(píng)價(jià)。本醫(yī)院采用的外遮陽(yáng)就比起傳統(tǒng)布窗簾就有很好的防細(xì)菌滋生的功能，同時(shí)采用的同層排水也很好的清除了衛(wèi)生死角（見(jiàn)圖16）。

該醫(yī)院醫(yī)務(wù)人員對(duì)新老病房中，同類病情的感染率做了統(tǒng)計(jì)（見(jiàn)表3）。從統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)可以看出，從新病房樓建成后，同類病情的感染率有了降低，可見(jiàn)該病房樓的室內(nèi)空間環(huán)境的健康性有了較大提高。

4.3節(jié)能評(píng)價(jià)

醫(yī)院的冬季供暖經(jīng)歷了三次調(diào)整，最早采用自建鍋爐供暖，由于鍋爐能耗大且對(duì)環(huán)境污染大，后采用市政統(tǒng)一供暖。市政供暖雖然比鍋爐干凈衛(wèi)生、污染小，但也存在許多缺點(diǎn)，如：不能自由調(diào)控溫度，經(jīng)常出現(xiàn)室內(nèi)溫度過(guò)高而造成能源浪費(fèi)，或者是管道內(nèi)水溫不夠而無(wú)法達(dá)到舒適溫度。夏季醫(yī)院一直采用空調(diào)制冷，能耗較大。如今醫(yī)院新大樓采用的天棚式柔和采暖制冷系統(tǒng)，不僅能保證室內(nèi)24h處于舒適溫度范圍而且能極大提高能源利用效率，節(jié)約能耗。通過(guò)對(duì)本醫(yī)院新老綜合樓的能耗對(duì)比可以看出新綜合樓在采暖與制冷方面的能耗有明顯變化。新綜合樓因?yàn)榻ㄖ娣e遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于原有醫(yī)院樓，總的采暖和制冷費(fèi)用要高于原有醫(yī)院樓，而單位面積的采暖費(fèi)用和制冷費(fèi)用卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于原有醫(yī)院樓，節(jié)能效果有很大的提高（見(jiàn)表4）。

低能耗范文第3篇

【關(guān)鍵詞】綠色通信 低能耗 節(jié)能減排 泛在綠色社區(qū)

1 引言

當(dāng)前“綠色”成為人們?cè)絹?lái)越關(guān)注的焦點(diǎn)，綠色節(jié)能已成為當(dāng)今世界的主題之一。在移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中，核心設(shè)備、動(dòng)力系統(tǒng)以及基站等隨著網(wǎng)絡(luò)市場(chǎng)大規(guī)模的擴(kuò)大而成倍增加，耗能巨大。研究與開(kāi)發(fā)低能耗通信系統(tǒng)，是全球經(jīng)濟(jì)低碳化的一個(gè)重要組成部分。

2 綠色通信發(fā)展環(huán)境

2.1 國(guó)內(nèi)外監(jiān)管部門(mén)對(duì)綠色通信的態(tài)度

為推進(jìn)綠色通信的實(shí)施，各國(guó)的通信監(jiān)管部門(mén)都制定出臺(tái)了各種標(biāo)準(zhǔn)。在我國(guó)，綠色通信還處在一個(gè)初級(jí)發(fā)展階段，但我國(guó)政府已經(jīng)意識(shí)到了環(huán)境、資源在競(jìng)爭(zhēng)中的戰(zhàn)略地位，并且也已經(jīng)開(kāi)始對(duì)通信綠色化進(jìn)行初步的探索，由政府部門(mén)、運(yùn)營(yíng)商、設(shè)備商聯(lián)合倡議共建綠色通信，呼吁電信行業(yè)降低能耗，推動(dòng)實(shí)現(xiàn)單位GDP能耗大幅度降低。

2.2 運(yùn)營(yíng)商對(duì)綠色通信的態(tài)度

在政府有關(guān)政策指導(dǎo)下，我國(guó)整個(gè)電信行業(yè)綠色環(huán)保意識(shí)不斷加強(qiáng)。電信運(yùn)營(yíng)商作為整個(gè)電信產(chǎn)業(yè)鏈的核心，已經(jīng)逐步把“綠色電信”的理念納入到自己的整體戰(zhàn)略之中。因?yàn)楣?jié)能減排對(duì)于運(yùn)營(yíng)商而言，不僅是一種社會(huì)責(zé)任，更是降低成本的有效手段之一，也成了企業(yè)在通信行業(yè)中增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力的重要因素。

隨著綠色節(jié)能技術(shù)的發(fā)展及相關(guān)產(chǎn)品的逐步推廣應(yīng)用，通信行業(yè)的能源消耗得以大大降低，各國(guó)運(yùn)營(yíng)商也推出各種利于綠色節(jié)能的通信產(chǎn)品與服務(wù)。國(guó)際上的主流移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商如沃達(dá)豐、Verizon無(wú)線等一致認(rèn)同可持續(xù)性發(fā)展的重要，并且大多數(shù)已經(jīng)在實(shí)施或更進(jìn)一步加強(qiáng)“綠色通信”行動(dòng)。繼宣布綠色環(huán)保采購(gòu)規(guī)范后，為進(jìn)一步降低能源消耗和二氧化碳排放，Verizon已經(jīng)確定了自己的能源消耗標(biāo)準(zhǔn)并據(jù)此采購(gòu)新的電信設(shè)備。亞洲方面，韓國(guó)的SK電訊推行綠色能源計(jì)劃，不斷開(kāi)發(fā)出具有環(huán)保理念的新產(chǎn)品和新服務(wù)，不僅節(jié)省了用戶的時(shí)間，更減少了資源的消耗和浪費(fèi)。同時(shí)，SK電訊還大力推廣太陽(yáng)能直放站以及低耗能、低輻射的電池，并開(kāi)始了環(huán)保型基站的設(shè)計(jì)和建設(shè)。日本NTT DoCoMo一直努力節(jié)約能源，從1987年就開(kāi)展“節(jié)約用電”活動(dòng)，并積極在電信領(lǐng)域中引進(jìn)新的再生能源，如太陽(yáng)能和風(fēng)能；而且在設(shè)施上，采用能源系統(tǒng)綠色設(shè)計(jì)、建筑物綠色設(shè)計(jì)等“綠色一體化”概念。

3 構(gòu)建低能耗無(wú)線通信體系

3.1 設(shè)備級(jí)解決方案

通過(guò)對(duì)其現(xiàn)網(wǎng)諸多數(shù)據(jù)進(jìn)行能耗重點(diǎn)分析，對(duì)于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商，由無(wú)線站點(diǎn)構(gòu)成的接入網(wǎng)功耗可達(dá)全網(wǎng)總功耗的75%以上；基于對(duì)蜂窩移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的分析指出，蜂窩網(wǎng)絡(luò)的基站能耗可達(dá)全網(wǎng)能耗的80%。上述數(shù)據(jù)清楚地表明，無(wú)線接入網(wǎng)能耗在整個(gè)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)能耗中占有決定性比重，降低無(wú)線接入站點(diǎn)功耗、進(jìn)行無(wú)線接入網(wǎng)能量?jī)?yōu)化，是實(shí)現(xiàn)綠色無(wú)線通信的重中之重。無(wú)線接入網(wǎng)主要由各類無(wú)線接入節(jié)點(diǎn)組成，其中基站（或Node B）是主要的能耗來(lái)源，基站系統(tǒng)的功耗幾乎構(gòu)成了無(wú)線接入網(wǎng)的全部能量開(kāi)銷(xiāo)。

通常來(lái)講，移動(dòng)通信基站由BTS設(shè)備、天饋系統(tǒng)、傳輸設(shè)備、整流器、蓄電池組、交流配電屏、變壓器、空調(diào)和環(huán)境監(jiān)控等組成。根據(jù)消耗主體的不同，移動(dòng)通信基站能耗主要取決于在網(wǎng)設(shè)備數(shù)量及其功耗，同時(shí)也受限于網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷水平。目前在基站設(shè)備的節(jié)能降耗方面有很多卓有成效的解決方案，硬件和軟件方面都采取了多種節(jié)能措施，主要包括：分布式基站、多模基站技術(shù)、多載波技術(shù)、載波和功放的智能關(guān)斷技術(shù)等。同時(shí)，為實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信網(wǎng)的低能耗，應(yīng)該加快淘汰老舊高能耗設(shè)備，引入節(jié)能型基站主設(shè)備。

3.2 網(wǎng)絡(luò)級(jí)解決方案

（1）規(guī)模應(yīng)用先進(jìn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

在網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)過(guò)程中，積極應(yīng)用軟交換、高速光傳輸、PON、集群路由器、云計(jì)算、分布式基站等先進(jìn)技術(shù)，提高設(shè)備利用效率，降低單位網(wǎng)絡(luò)能力能耗，能夠獲得明顯的節(jié)能成效。在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)過(guò)程中，還應(yīng)該大力推廣分布式“云基站”的應(yīng)用。由于其射頻設(shè)備端無(wú)需建設(shè)配套機(jī)房和空調(diào)，與傳統(tǒng)基站相比，綠色分布式云基站每站每年可節(jié)電約5000千瓦時(shí)。此外，采用IP化的軟交換技術(shù)，能夠通過(guò)減少網(wǎng)絡(luò)層級(jí)，實(shí)現(xiàn)扁平化組網(wǎng)，提高網(wǎng)絡(luò)集約化水平和資源利用率，降低網(wǎng)絡(luò)總體能耗。在傳輸網(wǎng)絡(luò)方面，多快好省地完成大容量光傳輸網(wǎng)絡(luò)的升級(jí)演進(jìn)，也能獲得很好的節(jié)能效果。

（2）發(fā)展分布式基站

良好的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對(duì)基站節(jié)能大有裨益，這也體現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與建設(shè)的有效性上。分布式基站具有低成本、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、工程建設(shè)方便的優(yōu)勢(shì)，尤其是在3G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中，分布式基站得到了非常廣泛的應(yīng)用。其結(jié)構(gòu)的核心概念就是把傳統(tǒng)宏基站基帶處理單元（BBU）和射頻處理單元（RRU）分離，二者通過(guò)光纖相連。在網(wǎng)絡(luò)部署時(shí)，將基帶處理單元與核心網(wǎng)、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)控制設(shè)備集中在機(jī)房?jī)?nèi)，通過(guò)光纖與規(guī)劃站點(diǎn)上部署的射頻拉遠(yuǎn)單元進(jìn)行連接，完成網(wǎng)絡(luò)覆蓋，從而減小能源消耗，降低建設(shè)維護(hù)成本，提高效率。

（3）集約化網(wǎng)絡(luò)布局，積極推進(jìn)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施共建共享

隨著無(wú)線技術(shù)的發(fā)展和國(guó)家政策的調(diào)整，無(wú)線基站集約化具備了較多有利條件，包括“共建共享”和“節(jié)能減排”新要求、一體化基站設(shè)備和綠色配套設(shè)備的支持等。各運(yùn)營(yíng)商之間的共建共享，可減少傳輸線路和管道的鋪設(shè)，避免電信基礎(chǔ)設(shè)施重復(fù)建設(shè)，提高電信基礎(chǔ)設(shè)施利用率，保護(hù)自然環(huán)境和景觀，節(jié)約土地、能源和原材料的消耗。

低能耗范文第4篇

關(guān)鍵詞：LEACH協(xié)議；隨機(jī)分簇；最低能耗；剩余能量；網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間DOI：10.11907/rjdk.162713中圖分類號(hào)：TP312文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：16727800（2017）004004405

0引言 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wireless Sensor Networks，WSN）[1]是由大量微型傳感器節(jié)點(diǎn)自組織和自適應(yīng)形成的通信網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的傳感器節(jié)點(diǎn)自身具有感知、存儲(chǔ)和處理數(shù)據(jù)的能力，可以將感知數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線方式發(fā)送給用戶。近年來(lái)，隨著微機(jī)電系統(tǒng)、片上系統(tǒng)、無(wú)線通信和低功耗嵌入式技術(shù)的飛速發(fā)展，WSN受到越來(lái)越多的關(guān)注，其在軍事國(guó)防、智能家居、環(huán)境監(jiān)測(cè)以及醫(yī)療等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。但是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)能量有限且不易進(jìn)行實(shí)時(shí)更換，這使得如何更高效地利用有限的節(jié)點(diǎn)能量延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)壽命，成為WSN中非常重要的設(shè)計(jì)目標(biāo)。 分簇的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以方便地進(jìn)行節(jié)點(diǎn)管理、資源分配以及負(fù)載均衡，所以分簇算法往往被用來(lái)進(jìn)行優(yōu)化無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的能量消耗。其中最經(jīng)典的分簇算法是Heinzelman等[2]提出的LEACH算法，相比于沒(méi)有分簇的網(wǎng)絡(luò)，LEACH算法可以延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)壽命15%左右。但是，由于LEACH算法采用隨機(jī)選擇簇頭機(jī)制，容易出現(xiàn)簇頭節(jié)點(diǎn)過(guò)早死亡，從而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)能量消耗不均，降低了網(wǎng)絡(luò)性能。 針對(duì)LEACH算法的不足，很多學(xué)者提出了新的算法以改進(jìn)和提高LEACH算法的性能。文獻(xiàn)[3]提出的LEACH-C算法采用sink節(jié)點(diǎn)統(tǒng)一管理網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和分簇的策略，并且根據(jù)節(jié)點(diǎn)剩余能量進(jìn)行簇頭選擇，有效均衡了網(wǎng)絡(luò)能耗，但是簇頭選擇機(jī)制只單純考慮了節(jié)點(diǎn)的剩余能量會(huì)導(dǎo)致距離sink較遠(yuǎn)的節(jié)點(diǎn)成為簇頭，加重了簇頭的能耗。文獻(xiàn)[4]研究了LEACH-C算法，提出改進(jìn)后的pLEACH算法，pLEACH采用最優(yōu)簇頭思想等分圓形網(wǎng)絡(luò)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域內(nèi)再進(jìn)行簇頭選舉，下一輪選舉簇頭時(shí)，網(wǎng)絡(luò)旋轉(zhuǎn)一定角度形成新的分簇區(qū)域，有效避免了簇頭節(jié)點(diǎn)集中在某一處的問(wèn)題，但是依然存在簇頭距離sink較遠(yuǎn)的問(wèn)題。文獻(xiàn)[5]中的EH-LEACH算法同樣采用了最優(yōu)簇頭的思想，將網(wǎng)絡(luò)劃分為一個(gè)個(gè)網(wǎng)格，每個(gè)網(wǎng)格為一個(gè)簇，并且選擇簇頭時(shí)考慮了節(jié)點(diǎn)的剩余能量，有效均衡了網(wǎng)絡(luò)能耗，但是該算法中最優(yōu)簇頭的劃分沒(méi)有考慮網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)變化的因素，隨著網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行，最初的最優(yōu)狀態(tài)可能并非最優(yōu)。文獻(xiàn)[6]、[7]針對(duì)LEACH算法均是改進(jìn)其選舉簇頭時(shí)的閾值，考慮了節(jié)點(diǎn)的剩余能量，而并沒(méi)有考慮最優(yōu)簇頭以及簇頭距離sink的距離。文獻(xiàn)[8]提出的改進(jìn)LEACH算法雖然選擇簇頭時(shí)考慮了節(jié)點(diǎn)的剩余能量以及節(jié)點(diǎn)位置信息，但沒(méi)有考慮網(wǎng)絡(luò)能耗決定的最優(yōu)簇頭的影響，一定程度上增加了網(wǎng)絡(luò)能耗。文獻(xiàn)[9]提出的M-LEACH算法根據(jù)網(wǎng)絡(luò)能耗確定最優(yōu)簇頭，選擇簇頭時(shí)基于節(jié)點(diǎn)的剩余能量和上一輪節(jié)點(diǎn)消耗的能量來(lái)進(jìn)行選舉，該算法在一定程度上均衡了網(wǎng)絡(luò)能耗，但是確定最優(yōu)簇頭時(shí)只考慮了簇頭穩(wěn)定傳輸階段的能耗，并沒(méi)有考慮簇頭形成階段的能耗，以及簇頭距離sink的距離等因素，網(wǎng)絡(luò)能耗還可以進(jìn)一步降低。 本文在以上研究的基礎(chǔ)上，針對(duì)LEACH算法的隨機(jī)分簇和網(wǎng)絡(luò)能耗不均問(wèn)題提出基于最低能耗的改進(jìn)LEACH分簇算法MEC-LEACH（Minimum Energy Consumption based LEACH）算法，利用最小化網(wǎng)絡(luò)能耗決定網(wǎng)絡(luò)分簇?cái)?shù)，進(jìn)而根據(jù)最優(yōu)簇頭概率以及簇頭的剩余能量和簇頭距離sink的遠(yuǎn)近來(lái)選擇簇頭節(jié)點(diǎn)，使得簇頭能耗更加均衡，從而降低整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的能耗，延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)壽命。

1LEACH算法 1.1算法流程簡(jiǎn)述 LEACH算法采用了“輪”的方式進(jìn)行簇頭的重新選擇。每一“輪”運(yùn)行過(guò)程主要分為兩個(gè)階段完成，分別為簇的形成階段和穩(wěn)定傳輸階段[10]。在簇的形成階段，每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生一個(gè)[0～1]之間的隨機(jī)數(shù)，如果產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)小于給定的閾值T（n），該傳感器節(jié)點(diǎn)則廣播成為簇頭節(jié)點(diǎn)的消息，其它節(jié)點(diǎn)根據(jù)接收到成為簇頭節(jié)點(diǎn)消息的強(qiáng)弱判斷自己加入哪一個(gè)簇，并發(fā)送加入簇的請(qǐng)求消息至簇頭，簇頭接收普通節(jié)點(diǎn)的加入請(qǐng)求后，按照時(shí)分復(fù)用為每一個(gè)簇內(nèi)的節(jié)點(diǎn)劃分特定的時(shí)隙，再將時(shí)隙表廣播至簇內(nèi)的成員節(jié)點(diǎn)。簇內(nèi)成員接收時(shí)隙表消息，在指定的時(shí)隙內(nèi)發(fā)送數(shù)據(jù)給簇頭節(jié)點(diǎn)。至此，簇的形成階段完成。其中選擇簇頭時(shí)給定的閾值T（n）表達(dá)式如下：其中，p為簇頭占節(jié)點(diǎn)總數(shù)的比例，n為節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)，r為當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的輪數(shù)，G為最近輪內(nèi)沒(méi)有當(dāng)過(guò)簇頭的傳感器節(jié)點(diǎn)集合。LEACH算法中，所有簇形成后，網(wǎng)絡(luò)開(kāi)始進(jìn)入穩(wěn)定傳輸階段。簇內(nèi)成員節(jié)點(diǎn)根據(jù)簇頭分配的TDMA時(shí)隙，完成數(shù)據(jù)采集以及將數(shù)據(jù)發(fā)送給簇頭節(jié)點(diǎn)。如果當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的時(shí)隙尚未到來(lái)，節(jié)點(diǎn)可以暫時(shí)關(guān)閉發(fā)送數(shù)據(jù)模塊，進(jìn)入睡眠狀態(tài)，需要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)再打開(kāi)。簇頭節(jié)點(diǎn)則在一輪運(yùn)行時(shí)間結(jié)束前，一直處于接收數(shù)據(jù)狀態(tài)。為了防止簇間干擾，每個(gè)簇內(nèi)使用唯一的CDMA擴(kuò)展編碼進(jìn)行通信。當(dāng)簇頭完成簇內(nèi)成員數(shù)據(jù)的采集后將其與自身的數(shù)據(jù)融合并統(tǒng)一發(fā)送給sink節(jié)點(diǎn)，sink節(jié)點(diǎn)接收所有簇頭節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)后再發(fā)送至用戶，接著運(yùn)行下一輪的過(guò)程[11]。

1.2算法能耗模型LEACH算法能耗主要來(lái)自兩個(gè)部分，分別為節(jié)點(diǎn)接收數(shù)據(jù)的能耗和發(fā)送數(shù)據(jù)的能耗。其中傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送Lbit數(shù)據(jù)的能耗如下式所示[12]：式中，Eelec為無(wú)線電收發(fā)單位比特?cái)?shù)據(jù)能耗系數(shù)；參數(shù)εfs和εmp分別表示自由空間能耗和多徑衰落能耗中的功率放大系數(shù)；d為源節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)間的距離，d0決定了傳輸模型，如果節(jié)點(diǎn)傳輸距離超過(guò)d0，則傳輸能耗采用多徑衰落，能耗與距離的四次方成正比，反之則采用自由空間模型，能耗與距離的平方成正比。d0可由如下公式得到：

1.3算法不足LEACH算法采用“輪”的思想，并且產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)的方式，使得所有傳感器節(jié)點(diǎn)成為簇頭的概率相同，可以有效均衡能量消耗。但是LEACH算法仍然存在以下不足：（1）隨機(jī)產(chǎn)生的簇頭節(jié)點(diǎn)可能出現(xiàn)節(jié)點(diǎn)剩余能量較低，由于簇頭本身需要完成更多較普通節(jié)點(diǎn)的任務(wù)，所以較低的能量會(huì)導(dǎo)致該簇頭過(guò)早死亡，同時(shí)如果距離sink節(jié)點(diǎn)較遠(yuǎn)的節(jié)點(diǎn)成為簇頭時(shí)，遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)傳輸同樣加重了簇頭的能耗，加速了節(jié)點(diǎn)死亡，從而降低了網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間。（2）不同的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模下，分簇的數(shù)量應(yīng)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整。如果分簇過(guò)少，則會(huì)出現(xiàn)每個(gè)簇過(guò)大，簇內(nèi)成員過(guò)多，簇頭節(jié)點(diǎn)無(wú)法完成過(guò)多的數(shù)據(jù)處理，造成信息傳輸效率降低。分簇過(guò)多時(shí)，簇頭節(jié)點(diǎn)過(guò)多，則出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)大部分?jǐn)?shù)據(jù)傳輸都是單跳的，這樣失去傳感器網(wǎng)絡(luò)多跳的優(yōu)勢(shì)，不能達(dá)到延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)壽命的目的。〖BT1〗〖STHZ〗〖WTHZ〗2MEC-LEACH算法針對(duì)以上不足，本文提出基于最低能耗改進(jìn)LEACH的MEC-LEACH算法，利用最小化網(wǎng)絡(luò)能耗得出最優(yōu)簇頭數(shù)量，然后均衡最優(yōu)簇頭概率、節(jié)點(diǎn)剩余能量以及節(jié)點(diǎn)距離sink的距離來(lái)選擇簇頭節(jié)點(diǎn)。MEC-LEACH同樣分為簇的形成階段和穩(wěn)定傳輸階段。

2.1簇的形成階段 2.1.1最優(yōu)簇頭數(shù)量本文根據(jù)最小化網(wǎng)絡(luò)能耗來(lái)計(jì)算最優(yōu)簇頭數(shù)，其中網(wǎng)絡(luò)能耗由簇的形成階段能耗與穩(wěn)定傳輸階段能耗組成。假設(shè)在M×M的網(wǎng)絡(luò)區(qū)域內(nèi)均勻分布n個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)分成k個(gè)簇，每個(gè)簇由一個(gè)簇頭節(jié)點(diǎn)和SX（nkSX）-1個(gè)普通節(jié)點(diǎn)組成。網(wǎng)絡(luò)傳輸能耗模型與LEACH算法相同，設(shè)傳輸數(shù)據(jù)為L(zhǎng)bit。在簇的形成階段，網(wǎng)絡(luò)的主要能耗來(lái)自3個(gè)部分，分別為：節(jié)點(diǎn)宣告成為簇頭消息的能耗、普通節(jié)點(diǎn)加入簇內(nèi)以及簇頭分配TDMA時(shí)隙的能耗。其中簇頭節(jié)點(diǎn)的主要能耗包含：開(kāi)始廣播簇頭消息的能耗、接收簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)加入簇的能耗和廣播TDMA時(shí)隙的能耗。根據(jù)公式（2）可以得出該階段簇頭的總能耗為：式中，d為簇頭廣播的距離，因?yàn)槿W(wǎng)廣播，所以采用多徑衰落傳輸模型。dtoCH為簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)到簇頭的距離。在該階段簇內(nèi)普通節(jié)點(diǎn)的能耗主要包含：接收簇頭廣播消息的能耗、發(fā)送加入簇的消息能耗和接收TDMA時(shí)隙的能耗。所以得到的能耗如下：穩(wěn)定傳輸階段，主要能耗來(lái)源于簇頭數(shù)據(jù)收集和普通節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)采集，以及簇頭數(shù)據(jù)融合和發(fā)送數(shù)據(jù)給sink節(jié)點(diǎn)。其中簇頭節(jié)點(diǎn)在穩(wěn)定傳輸?shù)拿恳粠芎臑椋航邮崭兄獢?shù)據(jù)的能耗、融合數(shù)據(jù)的能耗以及發(fā)送數(shù)據(jù)至sink節(jié)點(diǎn)的能耗。所以可以得到總能耗為如下公式所示：其中，EDA為簇頭融合單位比特?cái)?shù)據(jù)的能耗，dtoBS為簇頭到sink的距離，本文假設(shè)sink距離較遠(yuǎn)，采用多徑傳輸。簇內(nèi)普通節(jié)點(diǎn)在穩(wěn)定傳輸階段每一幀能耗主要來(lái)自發(fā)送數(shù)據(jù)給簇頭節(jié)點(diǎn)，可以得出所有普通節(jié)點(diǎn)在穩(wěn)定傳輸階段的能耗如下：

2.2穩(wěn)定傳輸階段在穩(wěn)定傳輸階段，簇內(nèi)成員節(jié)點(diǎn)根據(jù)自身的TDMA時(shí)隙，在指定時(shí)間內(nèi)發(fā)送自身感知數(shù)據(jù)以及自身ID和當(dāng)前剩余能量給簇頭節(jié)點(diǎn)，簇頭收集完簇內(nèi)成員的剩余能量以及成員的稻菪畔⒑螅再將融合后的數(shù)據(jù)進(jìn)一步發(fā)送至sink節(jié)點(diǎn)，sink節(jié)點(diǎn)根據(jù)最新的全網(wǎng)剩余能量可以計(jì)算出當(dāng)前的最佳分簇和最優(yōu)簇頭概率，選擇新一輪簇頭時(shí)，再將該信息廣播至全網(wǎng)。其它節(jié)點(diǎn)再根據(jù)自身能量選舉簇頭，以進(jìn)入新的一輪網(wǎng)絡(luò)循環(huán)運(yùn)行。綜上，MEC-LEACH算法的流程如圖1所示。

3仿真結(jié)果與分析

3.1仿真環(huán)境與參數(shù)設(shè)定為了驗(yàn)證MEC-LEACH算法的有效性，本文采用Matlab仿真平臺(tái)對(duì)本文算法與文獻(xiàn)[5]EH-LEACH算法以及文獻(xiàn)[9]中的改進(jìn)LEACH算法進(jìn)行了仿真和對(duì)比。分別從網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間、網(wǎng)絡(luò)總能耗以及sink接收數(shù)據(jù)量等方面進(jìn)行分析和比較。實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境假設(shè)為：在100m100m的正方形區(qū)域內(nèi)均勻分布100個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)均為同構(gòu)的且具有GPS定位裝置。Sink節(jié)點(diǎn)位于網(wǎng)絡(luò)外固定位置。表1為實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)定。3.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

3.2.1權(quán)重因子λ取值〖JP2〗MEC-LEACH算法簇頭節(jié)點(diǎn)選擇時(shí)需要考慮節(jié)點(diǎn)的剩余能量以及簇頭距離sink的遠(yuǎn)近占簇頭選舉的比重，所以實(shí)驗(yàn)中分別對(duì)權(quán)重因子取不同值分析其對(duì)網(wǎng)絡(luò)壽命以及網(wǎng)絡(luò)能耗的影響，從而確定一個(gè)最優(yōu)值。由式（16）中λ取值范圍，分別對(duì)權(quán)重因子取值：0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2、圖3所示。

可以看出，隨著權(quán)重因子λ的增加，網(wǎng)絡(luò)的存活時(shí)間逐漸延長(zhǎng)，網(wǎng)絡(luò)能耗逐漸降低，當(dāng)λ=0.6時(shí)，網(wǎng)絡(luò)總能耗最低并且網(wǎng)絡(luò)存活時(shí)間最長(zhǎng)。此后λ逐漸增大，網(wǎng)絡(luò)存活時(shí)間下降而網(wǎng)絡(luò)能耗也隨之增加，可見(jiàn)權(quán)重因子取值0.6時(shí)，即選擇簇頭時(shí)節(jié)點(diǎn)的剩余能量占比60%，簇頭與sink的距離占比40%時(shí)，網(wǎng)絡(luò)性能相對(duì)最佳，壽命更長(zhǎng)。下面分別對(duì)當(dāng)λ取值0.6時(shí)，本文MEC-LEACH算法與其它的改進(jìn)LEACH算法進(jìn)行算法性能比較。3.2.2網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間直接關(guān)系到網(wǎng)絡(luò)性能好壞，本文借助統(tǒng)計(jì)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)每隔一段時(shí)間存活的節(jié)點(diǎn)數(shù)目來(lái)衡量網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間長(zhǎng)短。3種算法的網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間如圖4所示。

可以看出，3種算法中，本文分簇算法最遲出現(xiàn)死亡節(jié)點(diǎn)并且網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間最長(zhǎng)，大約為1600s，相比EH-LEACH算法1200s和文獻(xiàn)[9]的算法1350s，分別提升了約33%和19%。這主要因?yàn)椋珽H-LEACH算法和文獻(xiàn)[9]的算法均沒(méi)有考慮網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)變化導(dǎo)致最優(yōu)簇頭的變化，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)分簇不均，簇頭節(jié)點(diǎn)能耗不均衡。文獻(xiàn)[9]雖然相比EH-LEACH算法在選擇簇頭時(shí)考慮了簇頭上一輪消耗的能量，但沒(méi)有考慮最優(yōu)分簇以及簇頭距離sink的遠(yuǎn)近，所以其相比EH-LEACH算法，網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間提升并不明顯，仍然沒(méi)有本文的分簇算法生存時(shí)間長(zhǎng)。3.2.3網(wǎng)絡(luò)能耗網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)總的能量消耗，可以衡量系統(tǒng)性能好壞以及網(wǎng)絡(luò)能量消耗均衡性。3種算法對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)總能耗如圖5所示。從圖5可以看出，3種算法中，本文分簇算法網(wǎng)絡(luò)總能耗最少，其次是文獻(xiàn)[9]算法，EH-LEACH算法能耗最多。EH-LEACH算法中網(wǎng)絡(luò)簇頭個(gè)數(shù)始終不變，這樣導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行后期，有的簇內(nèi)可能剩下的都是剩余能量較低的節(jié)點(diǎn)，加劇了節(jié)點(diǎn)死亡，增加了網(wǎng)絡(luò)能耗。文獻(xiàn)[9]同樣沒(méi)有考慮網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行過(guò)程中簇頭數(shù)變化的影響，同時(shí)簇頭選擇時(shí)沒(méi)有考慮簇頭距離sink的遠(yuǎn)近，距離sink較遠(yuǎn)的簇頭能耗增加，導(dǎo)致其網(wǎng)絡(luò)總能耗的增加。本文分簇算法由最小化網(wǎng)絡(luò)能耗得到最優(yōu)簇頭，以及選擇簇頭時(shí)綜合考慮節(jié)點(diǎn)剩余能量和簇頭距離sink的遠(yuǎn)近，可以有效降低和均衡網(wǎng)絡(luò)能耗。

3.2.4sink接收數(shù)據(jù)量通過(guò)對(duì)sink接收數(shù)據(jù)量分析，可以直觀顯示出網(wǎng)絡(luò)的傳輸效率，進(jìn)而衡量網(wǎng)絡(luò)性能的好壞。3種算法的sink接收數(shù)據(jù)量如圖6所示。

從圖6可以看出，由于其它兩種算法選擇簇頭節(jié)點(diǎn)時(shí)均沒(méi)有考慮簇頭距離sink 的遠(yuǎn)近因素，可能會(huì)出現(xiàn)距離sink較遠(yuǎn)的節(jié)點(diǎn)成為簇頭節(jié)點(diǎn)，這樣增加了簇頭發(fā)送數(shù)據(jù)的能耗，以及發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)間。所以相同時(shí)間內(nèi)，EH-LEACH算法和文獻(xiàn)[9]算法sink接收數(shù)據(jù)量均沒(méi)有本文分簇算法多。此外，由于能耗不均，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間降低，相同時(shí)間內(nèi)，本文分簇算法存活節(jié)點(diǎn)更多，發(fā)送數(shù)據(jù)越多，sink節(jié)點(diǎn)接收的數(shù)據(jù)也越多。網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行至1600s左右時(shí)，本文分簇算法中sink共接收約203 000數(shù)據(jù)包，相比EH-LEACH算法（約137 000）和文獻(xiàn)[9]的算法（約CM152 000），分別提升了48%和34%。

4結(jié)語(yǔ) 本文在分析LEACH算法的基礎(chǔ)上，針對(duì)其隨機(jī)分簇和簇頭能耗不均的問(wèn)題，通過(guò)最小化網(wǎng)絡(luò)能耗來(lái)得到最優(yōu)的分簇個(gè)數(shù)。在簇頭節(jié)點(diǎn)選擇上，考慮了最優(yōu)簇頭概率、簇頭節(jié)點(diǎn)的剩余能量以及簇頭與sink節(jié)點(diǎn)間的距離，使得剩余能量較高、距離sink較近的節(jié)點(diǎn)更容易成為簇頭節(jié)點(diǎn)。仿真實(shí)驗(yàn)表明，相比其它的改進(jìn)LEACH算法，本文提出的MEC-LEACH算法可以有效延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間，降低和均衡網(wǎng)絡(luò)能耗，提高網(wǎng)絡(luò)sink節(jié)點(diǎn)接收數(shù)據(jù)量，進(jìn)而提升網(wǎng)絡(luò)性能。

參考文獻(xiàn)：[1]李曉維.無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2007.

[2]HEINZELMAN，RABINER W，CHANDRAKASAN，et al.Energyefficient communication protocol for wireless microsensor networks[J].Adhoc & Sensor Wireless Networks，2000（18）：1520.

[3]HEINZELMAN W B，CHANDRAKASAN A P，BALAKRISHNAN H.An applicationspecific protocol architecture for wireless microsensor networks[J].IEEE Transactions on Wireless Communications，2002，1（4）：660670.

[4]GOU H，YOO Y.An energy balancing LEACH algorithm for wireless sensor networks[C].International Conference on Information Technology：New Generations，Itng 2010，Las Vegas，Nevada，Usa，2010：822827.

[5]PITHVA B，PATTANI K，CHRISTIAN A.Optimization of leach protocol in wireless sensor network[J].International Journal of Computer Applications，2014，93（12）：9758887.[6]王臻S.基于LEACH的改進(jìn)路由協(xié)議[J].軟件導(dǎo)刊，2015（3）：114116.

[7]吳標(biāo)，余劍，易仁杰.基于節(jié)點(diǎn)剩余能量的分時(shí)分簇LEACH改進(jìn)算法[J].火力與指揮控制，2016，41（10）.

[8]余成波，鄧順華，方軍，等.基于節(jié)點(diǎn)位置與剩余能量的LEACH協(xié)議優(yōu)化[J].傳感器與微系統(tǒng)，2016，35（5）：139141.

[9]譚軍.簇首選擇改進(jìn)的 LEACH 無(wú)線傳感器路由協(xié)議[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用與軟件，2015（6）：171173.

[10]〖ZK（#〗鄭增威，吳朝暉.若干無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議比較研究[J].計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)，2003，24（9）：2831.

低能耗范文第5篇

在現(xiàn)代化信息化建設(shè)中，數(shù)據(jù)中心（機(jī)房）處于信息交互管理的核心位置。良好的機(jī)房環(huán)境是設(shè)備正常工作和延長(zhǎng)使用壽命的基礎(chǔ)。傳統(tǒng)的機(jī)房監(jiān)控與制冷方法是安裝部分溫濕度傳感器與集中式降溫空調(diào)，無(wú)法完全覆蓋機(jī)房?jī)?nèi)所有區(qū)域，并且存在過(guò)度制冷與局部高溫問(wèn)題。大大增加了機(jī)房?jī)?nèi)非IT設(shè)備能耗，不滿足可持續(xù)發(fā)展要求。

【關(guān)鍵詞】信息中心 低能耗 優(yōu)化

本文主要探討傳統(tǒng)信息中心機(jī)房過(guò)度制冷、局部高溫與功耗過(guò)大的問(wèn)題，并提出基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控管理三層體系結(jié)構(gòu)與分布式的全封閉冷通道精確送風(fēng)系統(tǒng)。通過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)控管理系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)機(jī)房?jī)?nèi)溫度變化情況，并作出相應(yīng)送風(fēng)調(diào)節(jié)（調(diào)節(jié)包括空調(diào)功率與智能風(fēng)閥）。

1 緒論

1.1 通信發(fā)展背景

數(shù)據(jù)中心能耗伴隨著互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和崛起，全球的數(shù)據(jù)量暴漲，數(shù)據(jù)中心作為終端海量數(shù)據(jù)的承載與傳輸實(shí)體也迎來(lái)了大發(fā)展時(shí)期。中國(guó)數(shù)據(jù)中心保有量將超過(guò)8萬(wàn)個(gè)，總面積將超過(guò)3000萬(wàn)平方米，但我國(guó)數(shù)據(jù)中心的綠色化水平低，能耗程度較高，大量數(shù)據(jù)中心沒(méi)有對(duì)能源利用效率進(jìn)行有效監(jiān)控，數(shù)據(jù)中心的高能耗增加了企業(yè)成本，也造成了社會(huì)能源的浪費(fèi)。有數(shù)據(jù)顯示，近年來(lái)，互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的“十二五”發(fā)展規(guī)劃和通信業(yè)的“十二五”發(fā)展規(guī)劃，對(duì)數(shù)據(jù)中心的節(jié)能改造均提出了要求，數(shù)據(jù)中心PUE值已經(jīng)成為國(guó)家及數(shù)據(jù)中心行業(yè)越來(lái)越重視的性能指標(biāo)。信息機(jī)房每時(shí)每刻都承擔(dān)著大量的數(shù)據(jù)處理任務(wù)，各類IT設(shè)備和冷卻系統(tǒng)需要不間斷供電，因此相比同體量的辦公建筑，數(shù)據(jù)機(jī)房的用電量非常大。

1.2 傳統(tǒng)機(jī)房降溫方式

目前，絕大部分機(jī)房采用集中式供冷方案，僅使用一個(gè)或多個(gè)大型的制冷空調(diào)降溫，旨在使整體室溫保持在一個(gè)較低的溫度以保證通信設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。但是這樣粗放的降溫模式也帶來(lái)了顯而易見(jiàn)的缺點(diǎn)。除制冷設(shè)備落后外，機(jī)房監(jiān)控系統(tǒng)也亟待發(fā)展。目前許多機(jī)房監(jiān)控采用的是 24 小時(shí)專人值守的傳統(tǒng)管理模式，定時(shí)巡查機(jī)房?jī)?nèi)各種系統(tǒng)的管理模式。這種模式加重管理人員的負(fù)擔(dān)，不能及時(shí)有效地排除機(jī)房?jī)?nèi)的設(shè)備故障，對(duì)事故發(fā)生時(shí)間和責(zé)任追究也沒(méi)有科學(xué)的認(rèn)定和分析。目前國(guó)內(nèi)普遍缺乏機(jī)房管理的專業(yè)人員，在很多情況下不得不安排臨時(shí)人員值守，對(duì)機(jī)房的無(wú)故障安全運(yùn)行又是一個(gè)不利的因素。另外，長(zhǎng)期在機(jī)房值守的管理人員，受機(jī)房設(shè)備產(chǎn)生的巨大噪音和電磁輻射，多數(shù)情況下沒(méi)有適合的通風(fēng)設(shè)備，管理人員的身體健康受到威脅。傳統(tǒng)機(jī)房監(jiān)控也缺乏預(yù)警和控制的設(shè)置，不能真正高效的實(shí)現(xiàn)預(yù)警功能。目前國(guó)內(nèi)機(jī)房環(huán)境監(jiān)控有以下幾種形式：

（1）人工檢測(cè)儀監(jiān)測(cè)形式；

（2）集中監(jiān)測(cè)形式。

2 總體結(jié)構(gòu)

2.1 基于需求的整體方案結(jié)構(gòu)

而現(xiàn)在機(jī)房空調(diào)一般有以下問(wèn)題：冷卻效果不明顯，冷卻不均勻，功耗大，送風(fēng)不準(zhǔn)確。如何滿足機(jī)房空調(diào)的特殊要求，對(duì)機(jī)房的控制方式和管理都提出了挑戰(zhàn)。本文就是在這樣的背景下研究是機(jī)房空調(diào)利用效率更高的方法，并且結(jié)合無(wú)線傳感器使機(jī)房空調(diào)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程管理和控制，滿足機(jī)房環(huán)境需求、節(jié)能需求、可靠性需求。

利用散布在機(jī)房?jī)?nèi)的無(wú)線熱傳感器收集機(jī)房?jī)?nèi)各點(diǎn)的實(shí)時(shí)溫度，通過(guò)無(wú)線傳感器網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳送到中間級(jí)控制中心。控制中心將對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行初步處理（如數(shù)據(jù)融合，清洗等），并將初步處理過(guò)的數(shù)據(jù)傳送到遠(yuǎn)程監(jiān)控中心，實(shí)現(xiàn)機(jī)房的實(shí)時(shí)溫度監(jiān)控。利用該模型控制機(jī)房?jī)?nèi)空調(diào)進(jìn)行有效降溫。同時(shí)遠(yuǎn)程控制中心設(shè)有移動(dòng)客戶端，這可以使工程師們方便，快捷的查看機(jī)房狀態(tài)，當(dāng)發(fā)生事故時(shí)，第一時(shí)間了解事故的大概情況。

整體方案結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.1.1 機(jī)房

機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)備主要包括溫度傳感器網(wǎng)以及智能風(fēng)閥兩個(gè)部分。溫度傳感器網(wǎng)負(fù)責(zé)收集機(jī)房?jī)?nèi)各點(diǎn)的實(shí)時(shí)溫度，將數(shù)據(jù)匯總之后通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)街虚g級(jí)控制中心的數(shù)據(jù)處理設(shè)備處。智能風(fēng)閥接收到中間級(jí)控制中心的控制設(shè)備傳來(lái)的指令后，根據(jù)指令來(lái)實(shí)現(xiàn)智能化控制，通過(guò)控制風(fēng)閥的開(kāi)，關(guān)，旋轉(zhuǎn)方向等變量來(lái)實(shí)現(xiàn)精密制冷。

2.1.2 中間級(jí)控制中心

中間級(jí)控制中心包含數(shù)據(jù)處理設(shè)備和控制設(shè)備兩部分。數(shù)據(jù)處理設(shè)備負(fù)責(zé)匯總溫度傳感器網(wǎng)傳來(lái)的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行初步的數(shù)據(jù)處理，包括數(shù)據(jù)融合以及清洗，進(jìn)一步減少數(shù)據(jù)傳輸所帶來(lái)的能量損耗。之后數(shù)據(jù)處理設(shè)備將處理過(guò)的數(shù)據(jù)上傳到遠(yuǎn)程監(jiān)控中心進(jìn)行進(jìn)一步處理。控制設(shè)備將用于接收遠(yuǎn)程控制中心下發(fā)的控制指令，并將控制指令遞送到對(duì)應(yīng)的智能風(fēng)閥控制機(jī)構(gòu)處。

2.1.3 遠(yuǎn)程控制中心

遠(yuǎn)程控制中心主要負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)據(jù)的進(jìn)一步處理以及下發(fā)控制指令。當(dāng)中間級(jí)控制中心將數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程控制中心后，中心將會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步處理，并導(dǎo)入溫度模型，建立出三維可視化的機(jī)房溫度模型。并通過(guò)此模型得出優(yōu)化降溫方案并自動(dòng)下發(fā)空調(diào)控制指令，以完成智能降溫。機(jī)房管理人員將通過(guò)APP來(lái)查看機(jī)房的實(shí)時(shí)溫度情況，當(dāng)機(jī)房出現(xiàn)緊急事故時(shí)，遠(yuǎn)程控制中心將會(huì)把事故代碼自動(dòng)發(fā)送到APP上，這樣工作人員可以在到達(dá)事故現(xiàn)場(chǎng)前就做好技術(shù)準(zhǔn)備，極大程度減少事故所帶來(lái)的損失。

3 主要模塊

3.1 無(wú)線傳感器網(wǎng)

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wireless Sensor Networks，WSN）是計(jì)算機(jī)、通信、傳感器、微機(jī)電系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)等多項(xiàng)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，通過(guò)大量分布式傳感節(jié)點(diǎn)協(xié)作實(shí)時(shí)地感知、采集和處理覆蓋區(qū)域內(nèi)的各種目標(biāo)信息，以多跳自組的方式形成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，由嵌入式計(jì)算資源對(duì)信息進(jìn)行處理，利用無(wú)線通信技術(shù)將采集的信息發(fā)送到遠(yuǎn)程終端。ZigBee 適用于數(shù)據(jù)量通信不大，數(shù)據(jù)傳輸速率低，分布范圍小，安全性要求較高，低功耗低成本的場(chǎng)合。它具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

（1）極低的系統(tǒng)功耗；

（2）較低的系統(tǒng)成本；

（3）安全的數(shù)據(jù)傳輸；

（4）靈活的工作頻段；

（5）靈活的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；

（6）超大的網(wǎng)絡(luò)容量。

基于以上特點(diǎn)，ZigBee 非常適宜作為傳感器的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)。不但實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)中心低能耗的設(shè)想，并且可以全方位較為精準(zhǔn)的檢測(cè)機(jī)房溫度環(huán)境，并作出分析。

機(jī)房設(shè)備的運(yùn)行要求不間斷，使得機(jī)房的維修和設(shè)備更新受到一定限制，機(jī)房產(chǎn)熱也持續(xù)不間斷。本方案計(jì)劃利用ZigBee與溫度傳感器相結(jié)合的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)對(duì)機(jī)房溫度實(shí)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。通信機(jī)房里設(shè)備眾多，種類多樣，而且規(guī)模和結(jié)構(gòu)各不相同，結(jié)合ZigBee無(wú)線通信協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，把系統(tǒng)按照不同的功能需要?jiǎng)澐譃檫h(yuǎn)程監(jiān)控中心、協(xié)調(diào)器、路由器和終端節(jié)點(diǎn)四部分。

無(wú)線監(jiān)測(cè)終端實(shí)現(xiàn)溫度的采集，并通過(guò)以蓄電池為電源的ZigBee 無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)上報(bào)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳輸?shù)铰酚晒?jié)點(diǎn)并使得只要有無(wú)線路由信號(hào)覆蓋到的地方，都可以隨意放入一個(gè)終端設(shè)備節(jié)點(diǎn)加入這個(gè)網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)在路由節(jié)點(diǎn)經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)處理上傳到中間級(jí)控制中心；中間級(jí)控制中心對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行融合與清洗，保證數(shù)據(jù)的有效性與利用率；經(jīng)過(guò)中間級(jí)控制中心的數(shù)據(jù)通過(guò)串口、GPRS 等被送往遠(yuǎn)程監(jiān)控中心可以實(shí)現(xiàn)與監(jiān)控中心；遠(yuǎn)程控制中心通過(guò)分析如在一段時(shí)間內(nèi)沒(méi)有異常溫度產(chǎn)生則向中級(jí)控制中心傳輸命令控制傳感器每5秒采集一次數(shù)據(jù)。如果有異常溫度產(chǎn)生，則連續(xù)采集。通過(guò)此方式可以大大節(jié)省能耗，達(dá)到數(shù)據(jù)中心高效節(jié)能目的。

3.2 機(jī)房制冷

3.2.1 分布式空調(diào)在本方案中的應(yīng)用

調(diào)查顯示國(guó)內(nèi)外對(duì)此問(wèn)題研究很少，數(shù)據(jù)中心仍然廣泛使用集中式空調(diào)，這種制冷方式所采取的制冷設(shè)備彼此間完全隔離，不能合理調(diào)度，以至于可能出現(xiàn)部分設(shè)備工作在相反的制冷和加熱狀態(tài)，產(chǎn)生過(guò)制冷、局部極限高溫等問(wèn)題。

因此，我們提出了一種新型的空調(diào)系統(tǒng)――分布式空調(diào)系統(tǒng)。本系統(tǒng)將一個(gè)機(jī)柜設(shè)置為一個(gè)單元，每個(gè)單元包含三個(gè)子系統(tǒng)――控制系統(tǒng)、溫度檢測(cè)系統(tǒng)及智能風(fēng)閥控制系統(tǒng)。溫度檢測(cè)系統(tǒng)用于檢測(cè)機(jī)柜的溫度。它主要是由兩個(gè)溫度傳感器組成的，安裝在機(jī)柜擋板上，一個(gè)安裝在正前方，另一個(gè)放設(shè)置在左側(cè)。安裝較多的傳感器是基于溫度傳感器安裝得越多，所檢測(cè)的周?chē)鷾囟仍綔?zhǔn)確，越能使得周?chē)沫h(huán)境溫度均勻，但是成本也會(huì)相應(yīng)提高。

智能風(fēng)閥控制系統(tǒng)，即機(jī)械系統(tǒng)按照工作空間的要求設(shè)計(jì)為盒狀，由扇葉、電機(jī)等機(jī)械結(jié)構(gòu)組成，它的作用是調(diào)節(jié)送風(fēng)量。除了單元內(nèi)的系統(tǒng)外，還有送風(fēng)管道系統(tǒng)及空調(diào)總控制系統(tǒng)。送風(fēng)管道系統(tǒng)的布置線路采用類似于網(wǎng)絡(luò)中的總線結(jié)構(gòu)，先鋪設(shè)一根主管道（與空調(diào)總機(jī)出風(fēng)口相連），再按各個(gè)工作位置的分布，鋪設(shè)子管道，與各單元出風(fēng)口相連。

4 方案優(yōu)點(diǎn)

與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心降溫方案相比，基于無(wú)線傳感器網(wǎng)的全封閉冷通道精確送風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）節(jié)能效率較高；

（2）實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控；

（3）解決傳統(tǒng)問(wèn)題；

（4）發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)。

本方案中采用分布式空調(diào)，實(shí)現(xiàn)精細(xì)管理、網(wǎng)格化管理，不同于傳統(tǒng)集中式空調(diào)統(tǒng)一送風(fēng)方案需要時(shí)時(shí)保證較大的空調(diào)功率，根據(jù)溫度傳感器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析，若溫度過(guò)高則通過(guò)控制中心減小空調(diào)功率和智能風(fēng)閥送風(fēng)量的大小，溫度過(guò)低則采取相反的措施；在此優(yōu)化方案下，可以極大地解放人力，不需專人24小時(shí)值班來(lái)防止數(shù)據(jù)中心出現(xiàn)故障或問(wèn)題，在一定程度上減輕管理人員的負(fù)擔(dān)，減輕工作人員受強(qiáng)輻射、巨大噪音影響。遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)可根據(jù)數(shù)據(jù)分析自動(dòng)、智能的進(jìn)行空調(diào)功率及智能風(fēng)閥的控制，并且可實(shí)現(xiàn)預(yù)警功能；移動(dòng)終端APP實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程故障監(jiān)控，可在環(huán)境產(chǎn)生強(qiáng)烈變化時(shí)，遠(yuǎn)程收到故障代碼，提早了解機(jī)房問(wèn)題出處并及時(shí)提出解決方案；并且可幫助管理人員實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程管理，提供更好的優(yōu)化方案。 基于無(wú)線傳感器監(jiān)控方案，可實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)系統(tǒng)問(wèn)題或故障功能，對(duì)于局部高溫等問(wèn)題進(jìn)行預(yù)警式處理，避免突況直接導(dǎo)致設(shè)備單板不在位中斷業(yè)務(wù)，出現(xiàn)故障，影響客戶使用。

5 結(jié)語(yǔ)

本文從傳統(tǒng)集中式降溫空調(diào)的缺點(diǎn)入手，提出了基于無(wú)線傳感器網(wǎng)、分布式空調(diào)的綜合降溫方案，以解決“局部高溫”，“過(guò)度制冷”等問(wèn)題。并設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)，提出了遠(yuǎn)程監(jiān)控的思想。并將預(yù)測(cè)與控制相結(jié)合，進(jìn)一步完善降溫方案，將信息中心降溫方式推向可持續(xù)發(fā)展。

本文主要做了以下幾個(gè)方面的研究：

（1）從無(wú)線傳感器網(wǎng)技術(shù)以及分布式空調(diào)技術(shù)的研究中，探索出了一種根據(jù)傳感器網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行控制的全封閉冷通道精確送風(fēng)系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以有效解決傳統(tǒng)制冷方案存在的局部高溫，過(guò)制冷等問(wèn)題。同時(shí)引入反饋機(jī)制，實(shí)時(shí)改變空調(diào)功率以減小能耗。

（2）鑒于傳統(tǒng)機(jī)房解控系統(tǒng)不完善，只管不控的問(wèn)題，我們提出了監(jiān)控管理三層體系結(jié)構(gòu)。通過(guò)三層結(jié)構(gòu)，極大地節(jié)省了人力，解決了機(jī)房維護(hù)人員少等問(wèn)題。

（3）利用Airpak對(duì)傳統(tǒng)機(jī)房降溫方案進(jìn)行仿真，探究局部高溫產(chǎn)生原因，以及尋找相應(yīng)的解決方法來(lái)指導(dǎo)我們的降溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

（4）實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心機(jī)房熱環(huán)境局部熱點(diǎn)區(qū)域的預(yù)測(cè)，數(shù)據(jù)來(lái)源于實(shí)時(shí)更新的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。提前發(fā)現(xiàn)局部高溫概率大的區(qū)域，提前介入降溫。

（5）我們更從，實(shí)時(shí)控制空調(diào)功率，及時(shí)預(yù)測(cè)，改善無(wú)線傳感器網(wǎng)發(fā)送消息規(guī)則，遠(yuǎn)程控制，數(shù)據(jù)融合幾個(gè)關(guān)鍵性技術(shù)進(jìn)一步減少能源消耗以及人力消耗，將信息中心推向可持續(xù)發(fā)展。

由于機(jī)房監(jiān)控預(yù)警話題較新，特別是機(jī)房熱環(huán)境的局部熱點(diǎn)區(qū)域發(fā)現(xiàn)領(lǐng)域以及精準(zhǔn)控制這兩個(gè)方面，目前沒(méi)有一個(gè)公認(rèn)相對(duì)可靠完善的方案。所以我們的方案更多地還是在理論方面，投入實(shí)踐仍需要大量的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試以確定整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。