前言：想要寫出一篇令人眼前一亮的文章嗎？我們特意為您整理了5篇低能耗范文，相信會為您的寫作帶來幫助，發現更多的寫作思路和靈感。

低能耗范文第1篇

【關鍵字】節能設計與施工

一、 前言

下面以實例說明節能設計在實際工程中的應用“中德被動式低能耗建筑示范工程”是住房和城鄉建設部2012年國際技術合作項目，也是河北省乃至國內首家采用德國被動式低能耗建筑標準設計的公共建筑。本工程按國家三星級綠色建筑和德國被動式低能耗建筑標準進行設計。本項目由德國專家提供技術方案，河北省建筑建研設計院進行深化設計。

二、設置要求

在滿足建筑內部舒適度要求的前提下，充分利用建筑物自身結構形式，保證護結構具有良好的保溫隔熱效果和氣密性，采用高效的排風熱回收裝置讓能源得到充分利用，最大限度的利用太陽能、風能、地熱能等可再生能源和節能技術及設備，在建筑的整個生命周期內，以極低的能源消耗來運行。

三、主要采用的節能技術有

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

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

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

4.節能門窗技術：外窗及外門采用傳熱系數小于1.0 w/（O.k）的被動門窗，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合技術框料；

5.可調節外遮陽技術：西向及南向外遮陽采用可調卷簾，夏天把熱量擋在室外，冬天利用窗戶得熱；個別公共房間依據太陽光照強度，自動控制外遮陽下落高度。

6.建筑物自然通風技術：合理利用自然通風，過渡季節或休息日，自動打開采光井側面天窗，熱氣流上行，建筑物內形成自然通風效應，降低能耗；

7.進出建筑物的管道及遮陽構件安裝等，采用無熱橋處理技術，避免了在建筑物內的結露霉污現象；

8.高強度鋼筋技術：建筑物主受力鋼筋采用高強度四級鋼，減少鋼材用量；

9.管網防滲漏技術：給水管道，采用涂塑鋼管，有效避免管網漏水。

10.節水技術：選用節水潔具，例如，感應自閉龍頭、小升數沖廁水箱等。

11.中水回用技術：建筑物內沖廁用水采用中水系統，場區內綠化灌溉用水采用中水系統水源，中水處理池位置在場區東南角地勢低洼地帶；

12.水量實時檢測技術（和能耗監測共用一個平臺）；

13.光熱轉換技術：太陽能熱水系統，光熱光電一體化，太陽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，高效利用水源，節約用水；

15.雨水蓄積技術：室外地面采用滲水蓄水地面，有效減少地表徑流；

16.新風預冷（熱）技術：新風系統采用地能預溫，夏天可使空氣溫度從35℃降到26℃，冬天能從-5℃升到5℃；

17.新風系統高效熱回收技術，熱回收效率在75%以上；

18.空調主機采用變頻技術，空調冷凍水系統，末端變流量智能控制技術，有效節約運行電能；

19.新風系統末端變風量，分層分區控制，節約運行電能；

20.采用地源熱泵系統；

21.吊頂輻射供冷技術；

22.地下室光導照明技術，白天利用自然光供地下室照明；

23.太陽能光伏發電技術，總裝機容量20KW。屋頂放置太陽能光伏板。層間窗飾玻璃，貼光伏發電膜，安裝容量0.8kw；

24.綜合能耗監測技術：各系統實時能耗及累計能耗情況一目了然，且及時分析節能潛力區域，為運行節能管理提供依據；

25.室內空氣質量實時監測及新風自動控制技術：會議室等人員不固定的公用活動區域，利用空氣品質檢測反饋信息，控制新風風量。

26.智能照明控制技術：一層大廳、會議室公共活動房間采用智能照明控制技術，采用遙控多情景模式調節方式。

27.電梯制動能量回饋技術，使電梯制動時，產生的能量直接回饋電網，節約電能；

28.風環境模擬分析技術，保證建筑物過渡季節的自然通風；

29.建筑物每個房間的逐時能耗模擬分析技術，保證能耗滿足被動式低能耗建筑標準要求；

30.行為節能技術：辦公室內空調機照明的用電設備，人員離開后，在1～4分鐘內自動關閉。

31.紅外感應照明控制技術：走廊采用LED紅外感應照明燈，根據人流控制燈具啟閉，減少了聲光控開關啟動時的噪聲，增加了控制準確性。

通過以上30多項節能技術。項目完成后，預計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；與我國節能標準50%建筑相比，又節能81%，即節能90.5%，預計每年節約標煤224噸，減少二氧化碳排放586噸。

低能耗范文第2篇

關鍵詞：醫療建筑；低能耗高舒適度；設計策略

中圖分類號：TU246

文獻標識碼：B

文章編號：1008-0422（2013）07-0118-05

1.前言

醫療建筑是一種有著久遠歷史與人類的生存繁衍息息相關的建筑類型，它擔當著維系人類健康，恢復人體機能的重要職責。它的發展是一個時期社會經濟文化的反應。在倡導“低碳節能”和“以人為本”的今天，醫療建筑也必然是向低能耗和高舒適度的方向發展。

2.低能耗高舒適度型醫療建筑的內涵及特征

2.1低能耗高舒適度型醫療建筑的內涵

低能耗高舒適度型醫療建筑是和諧發展觀和以人為本的思想下提出的，是社會經濟發展的必然結果，是具有高效率的、規模合理、運作良好、可持續發展的醫院，主要體現在對自然的尊重和對人的關懷上。所謂低能耗是針對目前醫療建筑的高能耗現狀提出的。我國大型公共建筑耗電巨大。大量調查數據表明，醫院作為一種公共建筑，其建筑能耗占醫院總能耗的27%左右。如在保障醫療水平前提下，又減少能源消耗已成為醫院建筑能源管理的重要問題。

醫療建筑應體現“以人為本”思想，充分考慮病人環境的舒適度問題，所謂高的舒適度包括兩方面內涵：一方面是生理的高舒適度，即病房有一個恒溫恒濕恒氧的健康環境；另一方面是心理的高舒適度，即通過室內外環境設計，給病人營造一個良好的心理環境空間，使病人保持心情舒暢，以利于病情康復。

2.2低能耗高舒適度型醫療建筑的特征

低能耗高舒適度型醫療建筑特征如下：

2.2.1健康空間：醫療活動中往往會產生大量的醫療廢棄物和病菌，然而，患者則需要一個潔凈、無污染的治療空間。低能耗高舒適度型醫院必須通過一定的技術手段，減少室內病菌污染源，實現醫療廢棄物的“零”排放，來改善室內環境的品質。

2.2.2舒適環境：應充分考慮室內物理環境的設計，使病房中有最適宜的溫度、濕度、通風、光照及聲環境。利用立體化、網絡化、生態化等多樣化的綠化配置新技術，搞好醫院建筑區域的綠化，有效防止噪聲污染、光污染及大氣污染，充分改善患者來院就醫的環境，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院最重要的特征之一，低能耗技術主要包括兩個方面：a.節約，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、墻體保溫技術、晝光照明技術等；b.開發，即利用可再生能源，如太陽能光伏技術、地源熱泵技術等。

3.低能耗高舒適度型醫療建筑設計策略——以91醫院為例

3.1項目概況

91醫院位于河南省焦作市，系原160醫院。醫院內醫療區原有建筑多為4到5層，年代久遠，為滿足醫療使用，2007年起院方開始大規模改造建設醫院。

醫院總用地面積8.8萬m2，其中醫療工作區規劃用地約4.5萬m2。新建建筑面積6.5萬m2，其中綜合樓（包括門診、醫技、住院）5.5萬m2，精神專科樓1萬m2，在建內科樓建筑面積2.5萬m2，全部建成后醫院日門診接待人數可達1500人（見圖1）。

綜合樓地上十六層，地下一層。地下一層為車庫、設備機房及附屬用房。一層南面為門診主人口，北側為出入院口，西側為兒科及婦科入口，東側為急診急救入口。門診入口圍繞大廳為掛號、收費、取藥大廳，及接待、醫保、為兵服務等。門診大廳通過走廊與北側住院大樓和醫技樓相通，通過自動扶梯與電梯通向二層診室。三層為麻醉科手術室、重癥監護、病理科、血液科、血透中心及多功能會議室。四層一部分是手術室上設備層，一部分是住院部藥房、腎內科病房、康復訓練及預留技術用房。五層以上為各科病房，通過中間六部電梯到達住院樓層，每層分兩個護理單元（見圖2-圖3）。

3.2設計目標

該綜合樓制定的設計目標如下：（1）舒適性：保證良好的室內環境（溫度、濕度和照度等）；（2）健康性：提高建筑室內外空氣質量，促進使用者身心健康，加快病人康復；（3）低能耗：通過可再生能源的利用及建筑節能優化設計，使節能目標達到70%以上；（4）低運行排放：采用先進節能設備和優化給排水設計，實現建筑運行過程中二氧化碳和廢水的低排放。

為了實現該綜合樓的低能耗高舒適度，該項目通過建筑、結構、設備、管網、室內一體化設計和施工，使各個工種緊密配合，減少建筑的拆改，減少建筑垃圾的產生。同時可以從各個方面對建筑的能耗和舒適度進行技術整合，充分發揮技術集成的優勢，實現低能耗高舒適度。

3.3低能耗高舒適度設計策略

3.3.1建筑布局與體形設計

3.3.1.1建筑朝向

91醫院位于焦作，焦作市位于河南省西北部，該地區屬暖溫帶大陸性季風氣候，四季分明：春干多風、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。該地區建筑朝向對建筑的采光與能效有一定的影響，最佳朝向為南偏西、南向、南偏東。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能。

3.3.1.2優化體形系數

為了保證建筑的節能效果，盡量使建筑的形體簡潔大方，以減少能耗的損失。通過體形系數計算公式算出醫院綜合樓的體形系數約為0.1，遠小于節能標準，對建筑的節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能的一個重要因素，本設計中在滿足自然通風和采光的前提下，并沒有大面積的玻璃幕墻。對于普通病房考慮到病人及家屬對采光及景觀視線的需要，設計采用了較大的窗口與外界聯系，由于隱私的考慮不宜過大。對于精神科病房，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，同時還要做好安全防護措施以保證病人的人身安全。

3.3.2護結構設計

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該采用外保溫形式。在建筑外墻外側設置高密度保溫板，再留出空氣對流層，設置開放式的干掛外墻。建筑采用的保溫材料為憎水性的保溫材料，中間流動空氣層能帶走保溫板上的凝結水，有效保證保溫材料的長期干燥，確保其保溫性能持續有效。空氣層加上干掛的外墻，有很好的遮陽隔熱作用，并有效防止了雨水侵入（見圖4）。

3.3.2.2外遮陽

本建筑采用先進的遙控式外遮陽板，可以根據對采光的不同需求來調節遮陽率，同時可以調節室內的天然采光情況。使用方便健康，與傳統的內窗簾遮陽相比有很大優勢，避免了不同人推拉窗簾時而產生的灰塵擴散和病菌傳染，降低交叉感染率（見圖5）。

3.3.2.3斷橋式保溫窗

對于窗戶的選擇，采用了斷橋優質鋁合金或塑鋼窗，窗玻璃采用LOW-E中空玻璃，在中空層添加氬氣以增強其保溫隔熱的能力。同時對于門窗的細節構造給予充分考慮，避免冷橋的產生和冷風滲透（見圖6）。

3.3.3剖面與材質設計

3.3.3.1降低層高

為了節約材料，建筑剖面設計時，最大限度的降低了層高，為了滿足管線鋪設的需求，對框架梁采用了預留管線孔洞的處理。這樣不但節省了材料，還降低室內空間，對建筑的節能也起到了一定的作用。

3.3.3.2優化材料質感與色彩設計

病人對于醫院建筑不同的材料質感與色彩而產生的心理感受是不同的，目前許多醫院建筑都是采用白色的涂料或粉刷，色彩單調，雖然會給人以清新的感覺，但不免又會讓人感覺冰冷，而且長期在白色的環境中生活和工作容易引起視覺疲勞和精神緊張。在91醫院的設計中，墻面大膽的采用了紅色，讓人感覺充滿活力。紅色在色彩心理學上認為能促進血液流通，加快呼吸；煥發精神，加快低血壓病人的康復，對麻痹、憂郁病患者也有一定刺激緩解作用（見圖1）。

3.3.4生態景觀與活動空間設計

醫院大門的入口廣場景觀設計精心到位，八棵大銀杏樹形成的人行道美觀大方，不僅觀賞價值高而且人們可以在樹下停留活動。醫院綜合樓西邊和東北邊留出生態景觀區，為患者和家屬提供良好的休養環境和活動空間。活動空間結合園林景觀設計，假山、亭子、水景等設計別致有味（見圖7）。

為了留出更多的綠地空間，本設計將停車場設置到地下，停車庫上面為綠化帶，停車位100個，加上綜合樓地下100個停車位，基本滿足停車要求。為了對綠化做出更多補償，停車庫的入口空間也做了立體綠化處理。

3.3.5室內環境控制

3.3.5.1通風、濕度、除塵一體化控制

醫院綜合樓采用先進的置換式新風系統來對室內通風、濕度與除塵的一體化控制。置換式新風系統是將室外的空氣經過過濾、除塵、消毒、除濕、加濕等多級處理的新鮮空氣以0.2-0.3M/S的速度從地面踢角或窗下的送風口送入室內。由于溫度略低于室溫，在地面形成新風湖，溢滿房間的每個角落。新風隨著人體及室內熱源緩慢攀升，并將人體及室內的污濁空氣帶往高處，由衛生間或走廊頂部的排風口排出；新風連續下送上回，形成置換式使用（見圖8-圖10）。

置換式新風系統與傳統空調相比較的優點是

①全置換式新風系統送風速度低，無風感、無噪音、無塵土攪動，健康衛生。

②自下而上的送風方式確保人體100%呼吸到新鮮空氣，同時新風具備加濕、除濕功能，保證室內相對濕度控制在40%-60%的舒適范圍內，遠未達到飽和狀態，故不會因空氣與室內界面之間的溫差而產生結露現象。

③新風自成系統、全排放，可以有效避免病毒交叉循環污染。

④濕度穩定，新風利用率高；通過能量置換系統減少室內能耗損失，設備成本和運行費用低。

3.3.5.2溫度控制

天棚式柔和輻射采暖制冷：通過預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，對室內進行20-26℃的低溫差輻射調節控制（見圖11-圖12）。

該系統最大特點：A.不再用空氣作為冷熱媒。解決了傳統空調中空氣既作為冷熱媒循環使用，又供人呼吸的污潔混合問題。B.自控性強。冬天當室內接受較多太陽輻射時，室溫會升高，室溫與輻射溫差減小，輻射強度自然降低，所需能耗減少，系統實現同步自我調控。當室溫升至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。良好的護結構，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光環境控制

醫院采用外遮陽板控制光線，外遮陽板裝有自動遙控系統，可以根據室內光線需求進行調節，方便快捷而且不會有灰塵掉落。外遮陽板是伸縮式的，主要通過上下伸縮來改變遮陽和遮光面積，當遮陽板放下時，可以通過遮陽板上的小孔來獲得微量采光。如果不需要任何室外光線，則可以將其完全放下，此時幾乎沒有光線透過（見圖13）。

醫院內部燈具全部采用LED節能燈具，在滿足采光需要的同時，降低能耗。對于病房內部的夜燈，則采用高效節能的光控式夜燈，晚上光線較暗時，夜燈自動開啟，白天光線通過窗戶射入室內，夜燈自動關閉。

3.3.5.4聲環境控制

良好的室內聲環境是病人康復所必須的，對于病房而言，噪聲應該控制在40分貝以下，該病房樓采用了高技術手段未控制噪聲。

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成，將兩種不同材質的混凝土結合，對隔絕噪聲更為有利。

B.內墻隔聲優化：內墻采用輕鋼龍骨加石膏板的結構，內空的部分填置巖棉和穿走管線，此種隔墻施工標準化成度高、速度快，且隔音效果好。

C.門窗隔聲密閉：對于窗戶的選擇，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，縮小了窗戶的可開啟面積，同時可以有效防止冷風滲透。斷橋的構造處理對于隔聲也會起到很好的效果。病房門中間添加隔聲材料，有效降低走廊內部噪聲對病房的干擾。

D.同層排水降低噪音：醫院采用同層排水系統可有效降低排水產生的噪聲。排水采用HDPE管材，可大輻降低通過物體傳播的噪音。墻前安裝，假墻可有效隔離衛生間內的噪音。管道不穿過樓板，可防止噪音對樓下住戶的干擾。同層排水系統采用相應的減噪措施后，噪音會從傳統PVC隔層排水系統的65分貝，降至30分貝左右（見圖14）。

4.低能耗高舒適度型醫療建筑評價

4.1舒適度評價

舒適度評價主要有兩個方面，一方面是醫院環境的心理舒適度評價；另一方面是醫院環境的生理舒適度評價。對于生理舒適度評價主要是指病人和醫生在醫院內身體上所感覺到的舒適度，主要包括室內環境的溫濕度和空氣質量，可以采用環境參數統計調查的方法。心理舒適度主要是指醫院室內外環境對病人和醫生心理上的影響，對于心理舒適度則采用層次分析法與調查問卷打分的方法進行（見圖15）。舒適度評價主要針對住院部的室內環境進行評價（見表1）。

評價方法為根據層次分析法制作出舒適度評價表，并根據表格進行問卷調查統計，得出舒適指標。本調查問卷通過對15名住院患者和5名醫務人員進行打分，把其優良成度分為優、良、中、及格、差五等，分別賦予5分、4分、3分、2分、1分。把每個指標的各項得分相加得到指標的總得分，然后總得分除以最高分值即為該指標的得分率。最后把得分率乘以100，就是該項的百分制得分（見表2）。

通過對20份問卷調查評分進行平均計算，得出該醫院各項舒適度指標的平均得分如下：聲環境平均得分94分，熱環境平均得分96.6分，光環境平均得分93分，空氣質量平均得分98分，室內心理環境得分96分，室外心理環境得分92分。能過匯總得出該醫院生理舒適度平均得分95.4分，心理舒適度得分94分。

4.2健康評價

一個潔凈的環境，一個恒濕恒濕恒氧的環境，必然會給患者的康復具有促進作用，同時可以降低因二次污染而引發的感染。對于低能耗高舒適型醫院的病房來說，必須具備其應有的健康空間的特征，主要包括清除衛生死角，減少易滋生細菌的設施、清除易掉落粉塵的設計等。健康評價就是在這種要求下，對病房的健康環境和因二次污染而引發感染的控制情況進行評價。本醫院采用的外遮陽就比起傳統布窗簾就有很好的防細菌滋生的功能，同時采用的同層排水也很好的清除了衛生死角（見圖16）。

該醫院醫務人員對新老病房中，同類病情的感染率做了統計（見表3）。從統計的數據可以看出，從新病房樓建成后，同類病情的感染率有了降低，可見該病房樓的室內空間環境的健康性有了較大提高。

4.3節能評價

醫院的冬季供暖經歷了三次調整，最早采用自建鍋爐供暖，由于鍋爐能耗大且對環境污染大，后采用市政統一供暖。市政供暖雖然比鍋爐干凈衛生、污染小，但也存在許多缺點，如：不能自由調控溫度，經常出現室內溫度過高而造成能源浪費，或者是管道內水溫不夠而無法達到舒適溫度。夏季醫院一直采用空調制冷，能耗較大。如今醫院新大樓采用的天棚式柔和采暖制冷系統，不僅能保證室內24h處于舒適溫度范圍而且能極大提高能源利用效率，節約能耗。通過對本醫院新老綜合樓的能耗對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。新綜合樓因為建筑面積遠遠大于原有醫院樓，總的采暖和制冷費用要高于原有醫院樓，而單位面積的采暖費用和制冷費用卻遠遠低于原有醫院樓，節能效果有很大的提高（見表4）。

低能耗范文第3篇

【關鍵詞】綠色通信 低能耗 節能減排 泛在綠色社區

1 引言

當前“綠色”成為人們越來越關注的焦點，綠色節能已成為當今世界的主題之一。在移動通信網絡中，核心設備、動力系統以及基站等隨著網絡市場大規模的擴大而成倍增加，耗能巨大。研究與開發低能耗通信系統，是全球經濟低碳化的一個重要組成部分。

2 綠色通信發展環境

2.1 國內外監管部門對綠色通信的態度

為推進綠色通信的實施，各國的通信監管部門都制定出臺了各種標準。在我國，綠色通信還處在一個初級發展階段，但我國政府已經意識到了環境、資源在競爭中的戰略地位，并且也已經開始對通信綠色化進行初步的探索，由政府部門、運營商、設備商聯合倡議共建綠色通信，呼吁電信行業降低能耗，推動實現單位GDP能耗大幅度降低。

2.2 運營商對綠色通信的態度

在政府有關政策指導下，我國整個電信行業綠色環保意識不斷加強。電信運營商作為整個電信產業鏈的核心，已經逐步把“綠色電信”的理念納入到自己的整體戰略之中。因為節能減排對于運營商而言，不僅是一種社會責任，更是降低成本的有效手段之一，也成了企業在通信行業中增強競爭力的重要因素。

隨著綠色節能技術的發展及相關產品的逐步推廣應用，通信行業的能源消耗得以大大降低，各國運營商也推出各種利于綠色節能的通信產品與服務。國際上的主流移動運營商如沃達豐、Verizon無線等一致認同可持續性發展的重要，并且大多數已經在實施或更進一步加強“綠色通信”行動。繼宣布綠色環保采購規范后，為進一步降低能源消耗和二氧化碳排放，Verizon已經確定了自己的能源消耗標準并據此采購新的電信設備。亞洲方面，韓國的SK電訊推行綠色能源計劃，不斷開發出具有環保理念的新產品和新服務，不僅節省了用戶的時間，更減少了資源的消耗和浪費。同時，SK電訊還大力推廣太陽能直放站以及低耗能、低輻射的電池，并開始了環保型基站的設計和建設。日本NTT DoCoMo一直努力節約能源，從1987年就開展“節約用電”活動，并積極在電信領域中引進新的再生能源，如太陽能和風能；而且在設施上，采用能源系統綠色設計、建筑物綠色設計等“綠色一體化”概念。

3 構建低能耗無線通信體系

3.1 設備級解決方案

通過對其現網諸多數據進行能耗重點分析，對于移動網絡運營商，由無線站點構成的接入網功耗可達全網總功耗的75%以上；基于對蜂窩移動網絡的分析指出，蜂窩網絡的基站能耗可達全網能耗的80%。上述數據清楚地表明，無線接入網能耗在整個無線通信網絡能耗中占有決定性比重，降低無線接入站點功耗、進行無線接入網能量優化，是實現綠色無線通信的重中之重。無線接入網主要由各類無線接入節點組成，其中基站（或Node B）是主要的能耗來源，基站系統的功耗幾乎構成了無線接入網的全部能量開銷。

通常來講，移動通信基站由BTS設備、天饋系統、傳輸設備、整流器、蓄電池組、交流配電屏、變壓器、空調和環境監控等組成。根據消耗主體的不同，移動通信基站能耗主要取決于在網設備數量及其功耗，同時也受限于網絡負荷水平。目前在基站設備的節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能措施，主要包括：分布式基站、多模基站技術、多載波技術、載波和功放的智能關斷技術等。同時，為實現無線通信網的低能耗，應該加快淘汰老舊高能耗設備，引入節能型基站主設備。

3.2 網絡級解決方案

（1）規模應用先進網絡技術

在網絡演進過程中，積極應用軟交換、高速光傳輸、PON、集群路由器、云計算、分布式基站等先進技術，提高設備利用效率，降低單位網絡能力能耗，能夠獲得明顯的節能成效。在移動網絡建設過程中，還應該大力推廣分布式“云基站”的應用。由于其射頻設備端無需建設配套機房和空調，與傳統基站相比，綠色分布式云基站每站每年可節電約5000千瓦時。此外，采用IP化的軟交換技術，能夠通過減少網絡層級，實現扁平化組網，提高網絡集約化水平和資源利用率，降低網絡總體能耗。在傳輸網絡方面，多快好省地完成大容量光傳輸網絡的升級演進，也能獲得很好的節能效果。

（2）發展分布式基站

良好的網絡結構對基站節能大有裨益，這也體現在網絡規劃與建設的有效性上。分布式基站具有低成本、環境適應性強、工程建設方便的優勢，尤其是在3G移動網絡中，分布式基站得到了非常廣泛的應用。其結構的核心概念就是把傳統宏基站基帶處理單元（BBU）和射頻處理單元（RRU）分離，二者通過光纖相連。在網絡部署時，將基帶處理單元與核心網、無線網絡控制設備集中在機房內，通過光纖與規劃站點上部署的射頻拉遠單元進行連接，完成網絡覆蓋，從而減小能源消耗，降低建設維護成本，提高效率。

（3）集約化網絡布局，積極推進網絡基礎設施共建共享

隨著無線技術的發展和國家政策的調整，無線基站集約化具備了較多有利條件，包括“共建共享”和“節能減排”新要求、一體化基站設備和綠色配套設備的支持等。各運營商之間的共建共享，可減少傳輸線路和管道的鋪設，避免電信基礎設施重復建設，提高電信基礎設施利用率，保護自然環境和景觀，節約土地、能源和原材料的消耗。

低能耗范文第4篇

關鍵詞：LEACH協議；隨機分簇；最低能耗；剩余能量；網絡生存時間DOI：10.11907/rjdk.162713中圖分類號：TP312文獻標識碼：A

文章編號：16727800（2017）004004405

0引言 無線傳感器網絡（Wireless Sensor Networks，WSN）[1]是由大量微型傳感器節點自組織和自適應形成的通信網絡，網絡內的傳感器節點自身具有感知、存儲和處理數據的能力，可以將感知數據通過無線方式發送給用戶。近年來，隨著微機電系統、片上系統、無線通信和低功耗嵌入式技術的飛速發展，WSN受到越來越多的關注，其在軍事國防、智能家居、環境監測以及醫療等領域廣泛應用。但是無線傳感器網絡的節點能量有限且不易進行實時更換，這使得如何更高效地利用有限的節點能量延長網絡壽命，成為WSN中非常重要的設計目標。 分簇的網絡結構可以方便地進行節點管理、資源分配以及負載均衡，所以分簇算法往往被用來進行優化無線傳感器網絡的能量消耗。其中最經典的分簇算法是Heinzelman等[2]提出的LEACH算法，相比于沒有分簇的網絡，LEACH算法可以延長網絡壽命15%左右。但是，由于LEACH算法采用隨機選擇簇頭機制，容易出現簇頭節點過早死亡，從而導致網絡能量消耗不均，降低了網絡性能。 針對LEACH算法的不足，很多學者提出了新的算法以改進和提高LEACH算法的性能。文獻[3]提出的LEACH-C算法采用sink節點統一管理網絡節點和分簇的策略，并且根據節點剩余能量進行簇頭選擇，有效均衡了網絡能耗，但是簇頭選擇機制只單純考慮了節點的剩余能量會導致距離sink較遠的節點成為簇頭，加重了簇頭的能耗。文獻[4]研究了LEACH-C算法，提出改進后的pLEACH算法，pLEACH采用最優簇頭思想等分圓形網絡區域，每個區域內再進行簇頭選舉，下一輪選舉簇頭時，網絡旋轉一定角度形成新的分簇區域，有效避免了簇頭節點集中在某一處的問題，但是依然存在簇頭距離sink較遠的問題。文獻[5]中的EH-LEACH算法同樣采用了最優簇頭的思想，將網絡劃分為一個個網格，每個網格為一個簇，并且選擇簇頭時考慮了節點的剩余能量，有效均衡了網絡能耗，但是該算法中最優簇頭的劃分沒有考慮網絡實時變化的因素，隨著網絡運行，最初的最優狀態可能并非最優。文獻[6]、[7]針對LEACH算法均是改進其選舉簇頭時的閾值，考慮了節點的剩余能量，而并沒有考慮最優簇頭以及簇頭距離sink的距離。文獻[8]提出的改進LEACH算法雖然選擇簇頭時考慮了節點的剩余能量以及節點位置信息，但沒有考慮網絡能耗決定的最優簇頭的影響，一定程度上增加了網絡能耗。文獻[9]提出的M-LEACH算法根據網絡能耗確定最優簇頭，選擇簇頭時基于節點的剩余能量和上一輪節點消耗的能量來進行選舉，該算法在一定程度上均衡了網絡能耗，但是確定最優簇頭時只考慮了簇頭穩定傳輸階段的能耗，并沒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，網絡能耗還可以進一步降低。 本文在以上研究的基礎上，針對LEACH算法的隨機分簇和網絡能耗不均問題提出基于最低能耗的改進LEACH分簇算法MEC-LEACH（Minimum Energy Consumption based LEACH）算法，利用最小化網絡能耗決定網絡分簇數，進而根據最優簇頭概率以及簇頭的剩余能量和簇頭距離sink的遠近來選擇簇頭節點，使得簇頭能耗更加均衡，從而降低整個網絡的能耗，延長網絡壽命。

1LEACH算法 1.1算法流程簡述 LEACH算法采用了“輪”的方式進行簇頭的重新選擇。每一“輪”運行過程主要分為兩個階段完成，分別為簇的形成階段和穩定傳輸階段[10]。在簇的形成階段，每個傳感器節點產生一個[0～1]之間的隨機數，如果產生的隨機數小于給定的閾值T（n），該傳感器節點則廣播成為簇頭節點的消息，其它節點根據接收到成為簇頭節點消息的強弱判斷自己加入哪一個簇，并發送加入簇的請求消息至簇頭，簇頭接收普通節點的加入請求后，按照時分復用為每一個簇內的節點劃分特定的時隙，再將時隙表廣播至簇內的成員節點。簇內成員接收時隙表消息，在指定的時隙內發送數據給簇頭節點。至此，簇的形成階段完成。其中選擇簇頭時給定的閾值T（n）表達式如下：其中，p為簇頭占節點總數的比例，n為節點個數，r為當前網絡運行的輪數，G為最近輪內沒有當過簇頭的傳感器節點集合。LEACH算法中，所有簇形成后，網絡開始進入穩定傳輸階段。簇內成員節點根據簇頭分配的TDMA時隙，完成數據采集以及將數據發送給簇頭節點。如果當前節點的時隙尚未到來，節點可以暫時關閉發送數據模塊，進入睡眠狀態，需要發送數據時再打開。簇頭節點則在一輪運行時間結束前，一直處于接收數據狀態。為了防止簇間干擾，每個簇內使用唯一的CDMA擴展編碼進行通信。當簇頭完成簇內成員數據的采集后將其與自身的數據融合并統一發送給sink節點，sink節點接收所有簇頭節點的數據后再發送至用戶，接著運行下一輪的過程[11]。

1.2算法能耗模型LEACH算法能耗主要來自兩個部分，分別為節點接收數據的能耗和發送數據的能耗。其中傳感器節點發送Lbit數據的能耗如下式所示[12]：式中，Eelec為無線電收發單位比特數據能耗系數；參數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；d為源節點與目的節點間的距離，d0決定了傳輸模型，如果節點傳輸距離超過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，并且產生隨機數的方式，使得所有傳感器節點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）隨機產生的簇頭節點可能出現節點剩余能量較低，由于簇頭本身需要完成更多較普通節點的任務，所以較低的能量會導致該簇頭過早死亡，同時如果距離sink節點較遠的節點成為簇頭時，遠距離的數據傳輸同樣加重了簇頭的能耗，加速了節點死亡，從而降低了網絡生存時間。（2）不同的網絡規模下，分簇的數量應根據網絡規模進行自適應調整。如果分簇過少，則會出現每個簇過大，簇內成員過多，簇頭節點無法完成過多的數據處理，造成信息傳輸效率降低。分簇過多時，簇頭節點過多，則出現網絡大部分數據傳輸都是單跳的，這樣失去傳感器網絡多跳的優勢，不能達到延長網絡壽命的目的。〖BT1〗〖STHZ〗〖WTHZ〗2MEC-LEACH算法針對以上不足，本文提出基于最低能耗改進LEACH的MEC-LEACH算法，利用最小化網絡能耗得出最優簇頭數量，然后均衡最優簇頭概率、節點剩余能量以及節點距離sink的距離來選擇簇頭節點。MEC-LEACH同樣分為簇的形成階段和穩定傳輸階段。

2.1簇的形成階段 2.1.1最優簇頭數量本文根據最小化網絡能耗來計算最優簇頭數，其中網絡能耗由簇的形成階段能耗與穩定傳輸階段能耗組成。假設在M×M的網絡區域內均勻分布n個傳感器節點，網絡分成k個簇，每個簇由一個簇頭節點和SX（nkSX）-1個普通節點組成。網絡傳輸能耗模型與LEACH算法相同，設傳輸數據為Lbit。在簇的形成階段，網絡的主要能耗來自3個部分，分別為：節點宣告成為簇頭消息的能耗、普通節點加入簇內以及簇頭分配TDMA時隙的能耗。其中簇頭節點的主要能耗包含：開始廣播簇頭消息的能耗、接收簇內節點加入簇的能耗和廣播TDMA時隙的能耗。根據公式（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，因為全網廣播，所以采用多徑衰落傳輸模型。dtoCH為簇內節點到簇頭的距離。在該階段簇內普通節點的能耗主要包含：接收簇頭廣播消息的能耗、發送加入簇的消息能耗和接收TDMA時隙的能耗。所以得到的能耗如下：穩定傳輸階段，主要能耗來源于簇頭數據收集和普通節點數據采集，以及簇頭數據融合和發送數據給sink節點。其中簇頭節點在穩定傳輸的每一幀能耗為：接收感知數據的能耗、融合數據的能耗以及發送數據至sink節點的能耗。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數據的能耗，dtoBS為簇頭到sink的距離，本文假設sink距離較遠，采用多徑傳輸。簇內普通節點在穩定傳輸階段每一幀能耗主要來自發送數據給簇頭節點，可以得出所有普通節點在穩定傳輸階段的能耗如下：

2.2穩定傳輸階段在穩定傳輸階段，簇內成員節點根據自身的TDMA時隙，在指定時間內發送自身感知數據以及自身ID和當前剩余能量給簇頭節點，簇頭收集完簇內成員的剩余能量以及成員的稻菪畔⒑螅再將融合后的數據進一步發送至sink節點，sink節點根據最新的全網剩余能量可以計算出當前的最佳分簇和最優簇頭概率，選擇新一輪簇頭時，再將該信息廣播至全網。其它節點再根據自身能量選舉簇頭，以進入新的一輪網絡循環運行。綜上，MEC-LEACH算法的流程如圖1所示。

3仿真結果與分析

3.1仿真環境與參數設定為了驗證MEC-LEACH算法的有效性，本文采用Matlab仿真平臺對本文算法與文獻[5]EH-LEACH算法以及文獻[9]中的改進LEACH算法進行了仿真和對比。分別從網絡生存時間、網絡總能耗以及sink接收數據量等方面進行分析和比較。實驗網絡環境假設為：在100m100m的正方形區域內均勻分布100個傳感器節點，節點均為同構的且具有GPS定位裝置。Sink節點位于網絡外固定位置。表1為實驗參數設定。3.2實驗結果分析

3.2.1權重因子λ取值〖JP2〗MEC-LEACH算法簇頭節點選擇時需要考慮節點的剩余能量以及簇頭距離sink的遠近占簇頭選舉的比重，所以實驗中分別對權重因子取不同值分析其對網絡壽命以及網絡能耗的影響，從而確定一個最優值。由式（16）中λ取值范圍，分別對權重因子取值：0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0。實驗結果如圖2、圖3所示。

可以看出，隨著權重因子λ的增加，網絡的存活時間逐漸延長，網絡能耗逐漸降低，當λ=0.6時，網絡總能耗最低并且網絡存活時間最長。此后λ逐漸增大，網絡存活時間下降而網絡能耗也隨之增加，可見權重因子取值0.6時，即選擇簇頭時節點的剩余能量占比60%，簇頭與sink的距離占比40%時，網絡性能相對最佳，壽命更長。下面分別對當λ取值0.6時，本文MEC-LEACH算法與其它的改進LEACH算法進行算法性能比較。3.2.2網絡生存時間網絡生存時間直接關系到網絡性能好壞，本文借助統計網絡內每隔一段時間存活的節點數目來衡量網絡生存時間長短。3種算法的網絡生存時間如圖4所示。

可以看出，3種算法中，本文分簇算法最遲出現死亡節點并且網絡生存時間最長，大約為1600s，相比EH-LEACH算法1200s和文獻[9]的算法1350s，分別提升了約33%和19%。這主要因為，EH-LEACH算法和文獻[9]的算法均沒有考慮網絡實時變化導致最優簇頭的變化，導致網絡分簇不均，簇頭節點能耗不均衡。文獻[9]雖然相比EH-LEACH算法在選擇簇頭時考慮了簇頭上一輪消耗的能量，但沒有考慮最優分簇以及簇頭距離sink的遠近，所以其相比EH-LEACH算法，網絡生存時間提升并不明顯，仍然沒有本文的分簇算法生存時間長。3.2.3網絡能耗網絡系統總的能量消耗，可以衡量系統性能好壞以及網絡能量消耗均衡性。3種算法對應的網絡總能耗如圖5所示。從圖5可以看出，3種算法中，本文分簇算法網絡總能耗最少，其次是文獻[9]算法，EH-LEACH算法能耗最多。EH-LEACH算法中網絡簇頭個數始終不變，這樣導致網絡運行后期，有的簇內可能剩下的都是剩余能量較低的節點，加劇了節點死亡，增加了網絡能耗。文獻[9]同樣沒有考慮網絡運行過程中簇頭數變化的影響，同時簇頭選擇時沒有考慮簇頭距離sink的遠近，距離sink較遠的簇頭能耗增加，導致其網絡總能耗的增加。本文分簇算法由最小化網絡能耗得到最優簇頭，以及選擇簇頭時綜合考慮節點剩余能量和簇頭距離sink的遠近，可以有效降低和均衡網絡能耗。

3.2.4sink接收數據量通過對sink接收數據量分析，可以直觀顯示出網絡的傳輸效率，進而衡量網絡性能的好壞。3種算法的sink接收數據量如圖6所示。

從圖6可以看出，由于其它兩種算法選擇簇頭節點時均沒有考慮簇頭距離sink 的遠近因素，可能會出現距離sink較遠的節點成為簇頭節點，這樣增加了簇頭發送數據的能耗，以及發送數據的時間。所以相同時間內，EH-LEACH算法和文獻[9]算法sink接收數據量均沒有本文分簇算法多。此外，由于能耗不均，導致網絡生存時間降低，相同時間內，本文分簇算法存活節點更多，發送數據越多，sink節點接收的數據也越多。網絡運行至1600s左右時，本文分簇算法中sink共接收約203 000數據包，相比EH-LEACH算法（約137 000）和文獻[9]的算法（約CM152 000），分別提升了48%和34%。

4結語 本文在分析LEACH算法的基礎上，針對其隨機分簇和簇頭能耗不均的問題，通過最小化網絡能耗來得到最優的分簇個數。在簇頭節點選擇上，考慮了最優簇頭概率、簇頭節點的剩余能量以及簇頭與sink節點間的距離，使得剩余能量較高、距離sink較近的節點更容易成為簇頭節點。仿真實驗表明，相比其它的改進LEACH算法，本文提出的MEC-LEACH算法可以有效延長網絡生存時間，降低和均衡網絡能耗，提高網絡sink節點接收數據量，進而提升網絡性能。

參考文獻：[1]李曉維.無線傳感器網絡技術[M].北京：北京理工大學出版社，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的改進路由協議[J].軟件導刊，2015（3）：114116.

[7]吳標，余劍，易仁杰.基于節點剩余能量的分時分簇LEACH改進算法[J].火力與指揮控制，2016，41（10）.

[8]余成波，鄧順華，方軍，等.基于節點位置與剩余能量的LEACH協議優化[J].傳感器與微系統，2016，35（5）：139141.

[9]譚軍.簇首選擇改進的 LEACH 無線傳感器路由協議[J].計算機應用與軟件，2015（6）：171173.

[10]〖ZK（#〗鄭增威，吳朝暉.若干無線傳感器網絡路由協議比較研究[J].計算機工程與設計，2003，24（9）：2831.

低能耗范文第5篇

在現代化信息化建設中，數據中心（機房）處于信息交互管理的核心位置。良好的機房環境是設備正常工作和延長使用壽命的基礎。傳統的機房監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，無法完全覆蓋機房內所有區域，并且存在過度制冷與局部高溫問題。大大增加了機房內非IT設備能耗，不滿足可持續發展要求。

【關鍵詞】信息中心 低能耗 優化

本文主要探討傳統信息中心機房過度制冷、局部高溫與功耗過大的問題，并提出基于無線傳感器網絡的監控管理三層體系結構與分布式的全封閉冷通道精確送風系統。通過遠程監控管理系統，可以實時監測機房內溫度變化情況，并作出相應送風調節（調節包括空調功率與智能風閥）。

1 緒論

1.1 通信發展背景

數據中心能耗伴隨著互聯網、云計算、物聯網等產業的發展和崛起，全球的數據量暴漲，數據中心作為終端海量數據的承載與傳輸實體也迎來了大發展時期。中國數據中心保有量將超過8萬個，總面積將超過3000萬平方米，但我國數據中心的綠色化水平低，能耗程度較高，大量數據中心沒有對能源利用效率進行有效監控，數據中心的高能耗增加了企業成本，也造成了社會能源的浪費。有數據顯示，近年來，互聯網行業的“十二五”發展規劃和通信業的“十二五”發展規劃，對數據中心的節能改造均提出了要求，數據中心PUE值已經成為國家及數據中心行業越來越重視的性能指標。信息機房每時每刻都承擔著大量的數據處理任務，各類IT設備和冷卻系統需要不間斷供電，因此相比同體量的辦公建筑，數據機房的用電量非常大。

1.2 傳統機房降溫方式

目前，絕大部分機房采用集中式供冷方案，僅使用一個或多個大型的制冷空調降溫，旨在使整體室溫保持在一個較低的溫度以保證通信設備的正常運轉。但是這樣粗放的降溫模式也帶來了顯而易見的缺點。除制冷設備落后外，機房監控系統也亟待發展。目前許多機房監控采用的是 24 小時專人值守的傳統管理模式，定時巡查機房內各種系統的管理模式。這種模式加重管理人員的負擔，不能及時有效地排除機房內的設備故障，對事故發生時間和責任追究也沒有科學的認定和分析。目前國內普遍缺乏機房管理的專業人員，在很多情況下不得不安排臨時人員值守，對機房的無故障安全運行又是一個不利的因素。另外，長期在機房值守的管理人員，受機房設備產生的巨大噪音和電磁輻射，多數情況下沒有適合的通風設備，管理人員的身體健康受到威脅。傳統機房監控也缺乏預警和控制的設置，不能真正高效的實現預警功能。目前國內機房環境監控有以下幾種形式：

（1）人工檢測儀監測形式；

（2）集中監測形式。

2 總體結構

2.1 基于需求的整體方案結構

而現在機房空調一般有以下問題：冷卻效果不明顯，冷卻不均勻，功耗大，送風不準確。如何滿足機房空調的特殊要求，對機房的控制方式和管理都提出了挑戰。本文就是在這樣的背景下研究是機房空調利用效率更高的方法，并且結合無線傳感器使機房空調實現遠程管理和控制，滿足機房環境需求、節能需求、可靠性需求。

利用散布在機房內的無線熱傳感器收集機房內各點的實時溫度，通過無線傳感器網將數據傳送到中間級控制中心。控制中心將對數據進行初步處理（如數據融合，清洗等），并將初步處理過的數據傳送到遠程監控中心，實現機房的實時溫度監控。利用該模型控制機房內空調進行有效降溫。同時遠程控制中心設有移動客戶端，這可以使工程師們方便，快捷的查看機房狀態，當發生事故時，第一時間了解事故的大概情況。

整體方案結構如圖1所示。

2.1.1 機房

機房內設備主要包括溫度傳感器網以及智能風閥兩個部分。溫度傳感器網負責收集機房內各點的實時溫度，將數據匯總之后通過網絡傳輸到中間級控制中心的數據處理設備處。智能風閥接收到中間級控制中心的控制設備傳來的指令后，根據指令來實現智能化控制，通過控制風閥的開，關，旋轉方向等變量來實現精密制冷。

2.1.2 中間級控制中心

中間級控制中心包含數據處理設備和控制設備兩部分。數據處理設備負責匯總溫度傳感器網傳來的數據，并進行初步的數據處理，包括數據融合以及清洗，進一步減少數據傳輸所帶來的能量損耗。之后數據處理設備將處理過的數據上傳到遠程監控中心進行進一步處理。控制設備將用于接收遠程控制中心下發的控制指令，并將控制指令遞送到對應的智能風閥控制機構處。

2.1.3 遠程控制中心

遠程控制中心主要負責對數據的進一步處理以及下發控制指令。當中間級控制中心將數據傳輸到遠程控制中心后，中心將會對數據進行進一步處理，并導入溫度模型，建立出三維可視化的機房溫度模型。并通過此模型得出優化降溫方案并自動下發空調控制指令，以完成智能降溫。機房管理人員將通過APP來查看機房的實時溫度情況，當機房出現緊急事故時，遠程控制中心將會把事故代碼自動發送到APP上，這樣工作人員可以在到達事故現場前就做好技術準備，極大程度減少事故所帶來的損失。

3 主要模塊

3.1 無線傳感器網

無線傳感器網絡（Wireless Sensor Networks，WSN）是計算機、通信、傳感器、微機電系統和網絡等多項技術相結合的產物，通過大量分布式傳感節點協作實時地感知、采集和處理覆蓋區域內的各種目標信息，以多跳自組的方式形成網絡系統，由嵌入式計算資源對信息進行處理，利用無線通信技術將采集的信息發送到遠程終端。ZigBee 適用于數據量通信不大，數據傳輸速率低，分布范圍小，安全性要求較高，低功耗低成本的場合。它具有以下幾個特點：

（1）極低的系統功耗；

（2）較低的系統成本；

（3）安全的數據傳輸；

（4）靈活的工作頻段；

（5）靈活的網絡結構；

（6）超大的網絡容量。

基于以上特點，ZigBee 非常適宜作為傳感器的無線通信網絡。不但實現了數據中心低能耗的設想，并且可以全方位較為精準的檢測機房溫度環境，并作出分析。

機房設備的運行要求不間斷，使得機房的維修和設備更新受到一定限制，機房產熱也持續不間斷。本方案計劃利用ZigBee與溫度傳感器相結合的無線傳感器網絡對機房溫度實行實時監測。通信機房里設備眾多，種類多樣，而且規模和結構各不相同，結合ZigBee無線通信協議的網絡結構，把系統按照不同的功能需要劃分為遠程監控中心、協調器、路由器和終端節點四部分。

無線監測終端實現溫度的采集，并通過以蓄電池為電源的ZigBee 無線通信網絡上報數據，數據傳輸到路由節點并使得只要有無線路由信號覆蓋到的地方，都可以隨意放入一個終端設備節點加入這個網絡，數據在路由節點經過簡單的數據存儲處理上傳到中間級控制中心；中間級控制中心對數據進行融合與清洗，保證數據的有效性與利用率；經過中間級控制中心的數據通過串口、GPRS 等被送往遠程監控中心可以實現與監控中心；遠程控制中心通過分析如在一段時間內沒有異常溫度產生則向中級控制中心傳輸命令控制傳感器每5秒采集一次數據。如果有異常溫度產生，則連續采集。通過此方式可以大大節省能耗，達到數據中心高效節能目的。

3.2 機房制冷

3.2.1 分布式空調在本方案中的應用

調查顯示國內外對此問題研究很少，數據中心仍然廣泛使用集中式空調，這種制冷方式所采取的制冷設備彼此間完全隔離，不能合理調度，以至于可能出現部分設備工作在相反的制冷和加熱狀態，產生過制冷、局部極限高溫等問題。

因此，我們提出了一種新型的空調系統――分布式空調系統。本系統將一個機柜設置為一個單元，每個單元包含三個子系統――控制系統、溫度檢測系統及智能風閥控制系統。溫度檢測系統用于檢測機柜的溫度。它主要是由兩個溫度傳感器組成的，安裝在機柜擋板上，一個安裝在正前方，另一個放設置在左側。安裝較多的傳感器是基于溫度傳感器安裝得越多，所檢測的周圍溫度越準確，越能使得周圍的環境溫度均勻，但是成本也會相應提高。

智能風閥控制系統，即機械系統按照工作空間的要求設計為盒狀，由扇葉、電機等機械結構組成，它的作用是調節送風量。除了單元內的系統外，還有送風管道系統及空調總控制系統。送風管道系統的布置線路采用類似于網絡中的總線結構，先鋪設一根主管道（與空調總機出風口相連），再按各個工作位置的分布，鋪設子管道，與各單元出風口相連。

4 方案優點

與傳統數據中心降溫方案相比，基于無線傳感器網的全封閉冷通道精確送風系統優化方案具有以下優點：

（1）節能效率較高；

（2）實現遠程監控；

（3）解決傳統問題；

（4）發現問題及時。

本方案中采用分布式空調，實現精細管理、網格化管理，不同于傳統集中式空調統一送風方案需要時時保證較大的空調功率，根據溫度傳感器采集的數據進行實時數據分析，若溫度過高則通過控制中心減小空調功率和智能風閥送風量的大小，溫度過低則采取相反的措施；在此優化方案下，可以極大地解放人力，不需專人24小時值班來防止數據中心出現故障或問題，在一定程度上減輕管理人員的負擔，減輕工作人員受強輻射、巨大噪音影響。遠程監控系統可根據數據分析自動、智能的進行空調功率及智能風閥的控制，并且可實現預警功能；移動終端APP實現遠程故障監控，可在環境產生強烈變化時，遠程收到故障代碼，提早了解機房問題出處并及時提出解決方案；并且可幫助管理人員實現遠程管理，提供更好的優化方案。 基于無線傳感器監控方案，可實現預測系統問題或故障功能，對于局部高溫等問題進行預警式處理，避免突況直接導致設備單板不在位中斷業務，出現故障，影響客戶使用。

5 結語

本文從傳統集中式降溫空調的缺點入手，提出了基于無線傳感器網、分布式空調的綜合降溫方案，以解決“局部高溫”，“過度制冷”等問題。并設計了系統的監控系統，提出了遠程監控的思想。并將預測與控制相結合，進一步完善降溫方案，將信息中心降溫方式推向可持續發展。

本文主要做了以下幾個方面的研究：

（1）從無線傳感器網技術以及分布式空調技術的研究中，探索出了一種根據傳感器網數據進行控制的全封閉冷通道精確送風系統。該系統可以有效解決傳統制冷方案存在的局部高溫，過制冷等問題。同時引入反饋機制，實時改變空調功率以減小能耗。

（2）鑒于傳統機房解控系統不完善，只管不控的問題，我們提出了監控管理三層體系結構。通過三層結構，極大地節省了人力，解決了機房維護人員少等問題。

（3）利用Airpak對傳統機房降溫方案進行仿真，探究局部高溫產生原因，以及尋找相應的解決方法來指導我們的降溫系統設計。

（4）實現數據中心機房熱環境局部熱點區域的預測，數據來源于實時更新的無線傳感器網絡系統。提前發現局部高溫概率大的區域，提前介入降溫。

（5）我們更從，實時控制空調功率，及時預測，改善無線傳感器網發送消息規則，遠程控制，數據融合幾個關鍵性技術進一步減少能源消耗以及人力消耗，將信息中心推向可持續發展。

由于機房監控預警話題較新，特別是機房熱環境的局部熱點區域發現領域以及精準控制這兩個方面，目前沒有一個公認相對可靠完善的方案。所以我們的方案更多地還是在理論方面，投入實踐仍需要大量的現場測試以確定整個系統的可靠性。