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低能耗范文第1篇

【關(guān)鍵字】節(jié)能設計與施工

一、 前言

下面以實例說明節(jié)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(xiāng)建設部2012年國際技術(shù)合作項目，也是河北省乃至國內(nèi)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(shù)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(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(jié)能技術(shù)及設備，在建筑的整個生命周期內(nèi)，以極低的能源消耗來運行。

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)能門窗技術(shù)：外窗及外門采用傳熱系數(shù)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(shù)框料；

5.可調(diào)節(jié)外遮陽技術(shù)：西向及南向外遮陽采用可調(diào)卷簾，夏天把熱量擋在室外，冬天利用窗戶得熱；個別公共房間依據(jù)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(shù)：合理利用自然通風，過渡季節(jié)或休息日，自動打開采光井側(cè)面天窗，熱氣流上行，建筑物內(nèi)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(gòu)件安裝等，采用無熱橋處理技術(shù)，避免了在建筑物內(nèi)的結(jié)露霉污現(xiàn)象；

8.高強度鋼筋技術(shù)：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(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區(qū)東南角地勢低洼地帶；

12.水量實時檢測技術(shù)（和能耗監(jiān)測共用一個平臺）；

13.光熱轉(zhuǎn)換技術(shù)：太陽能熱水系統(tǒng)，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(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.新風預冷（熱）技術(shù)：新風系統(tǒng)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(tǒng)高效熱回收技術(shù)，熱回收效率在75%以上；

18.空調(diào)主機采用變頻技術(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)約運行電能；

19.新風系統(tǒng)末端變風量，分層分區(qū)控制，節(jié)約運行電能；

20.采用地源熱泵系統(tǒng)；

21.吊頂輻射供冷技術(shù)；

22.地下室光導照明技術(shù)，白天利用自然光供地下室照明；

23.太陽能光伏發(fā)電技術(shù)，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(fā)電膜，安裝容量0.8kw；

24.綜合能耗監(jiān)測技術(shù)：各系統(tǒng)實時能耗及累計能耗情況一目了然，且及時分析節(jié)能潛力區(qū)域，為運行節(jié)能管理提供依據(jù)；

25.室內(nèi)空氣質(zhì)量實時監(jiān)測及新風自動控制技術(shù)：會議室等人員不固定的公用活動區(qū)域，利用空氣品質(zhì)檢測反饋信息，控制新風風量。

26.智能照明控制技術(shù)：一層大廳、會議室公共活動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.電梯制動能量回饋技術(shù)，使電梯制動時，產(chǎn)生的能量直接回饋電網(wǎng)，節(jié)約電能；

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

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

30.行為節(jié)能技術(shù)：辦公室內(nèi)空調(diào)機照明的用電設備，人員離開后，在1～4分鐘內(nèi)自動關(guān)閉。

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

通過以上30多項節(jié)能技術(shù)。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(jié)能標準50%建筑相比，又節(jié)能81%，即節(jié)能90.5%，預計每年節(jié)約標煤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(yī)療建筑是一種有著久遠歷史與人類的生存繁衍息息相關(guān)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(fā)展是一個時期社會經(jīng)濟文化的反應。在倡導“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，是社會經(jīng)濟發(fā)展的必然結(jié)果，是具有高效率的、規(guī)模合理、運作良好、可持續(xù)發(fā)展的醫(yī)院，主要體現(xiàn)在對自然的尊重和對人的關(guān)懷上。所謂低能耗是針對目前醫(yī)療建筑的高能耗現(xiàn)狀提出的。我國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題。

醫(yī)療建筑應體現(xiàn)“以人為本”思想，充分考慮病人環(huán)境的舒適度問題，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，即通過室內(nèi)外環(huán)境設計，給病人營造一個良好的心理環(huán)境空間，使病人保持心情舒暢，以利于病情康復。

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)療活動中往往會產(chǎn)生大量的醫(yī)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(yī)院必須通過一定的技術(shù)手段，減少室內(nèi)病菌污染源，實現(xiàn)醫(yī)療廢棄物的“零”排放，來改善室內(nèi)環(huán)境的品質(zhì)。

2.2.2舒適環(huán)境：應充分考慮室內(nèi)物理環(huán)境的設計，使病房中有最適宜的溫度、濕度、通風、光照及聲環(huán)境。利用立體化、網(wǎng)絡化、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.開發(fā)，即利用可再生能源，如太陽能光伏技術(shù)、地源熱泵技術(shù)等。

3.低能耗高舒適度型醫(yī)療建筑設計策略——以91醫(yī)院為例

3.1項目概況

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，為滿足醫(yī)療使用，2007年起院方開始大規(guī)模改造建設醫(yī)院。

醫(yī)院總用地面積8.8萬m2，其中醫(yī)療工作區(qū)規(guī)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(yī)技、住院）5.5萬m2，精神?？茦?萬m2，在建內(nèi)科樓建筑面積2.5萬m2，全部建成后醫(yī)院日門診接待人數(shù)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(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。門診入口圍繞大廳為掛號、收費、取藥大廳，及接待、醫(yī)保、為兵服務等。門診大廳通過走廊與北側(cè)住院大樓和醫(yī)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(shù)室、重癥監(jiān)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(shù)室上設備層，一部分是住院部藥房、腎內(nèi)科病房、康復訓練及預留技術(shù)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(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(jié)能優(yōu)化設計，使節(jié)能目標達到70%以上；（4）低運行排放：采用先進節(jié)能設備和優(yōu)化給排水設計，實現(xiàn)建筑運行過程中二氧化碳和廢水的低排放。

為了實現(xiàn)該綜合樓的低能耗高舒適度，該項目通過建筑、結(jié)構(gòu)、設備、管網(wǎng)、室內(nèi)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(chǎn)生。同時可以從各個方面對建筑的能耗和舒適度進行技術(shù)整合，充分發(fā)揮技術(shù)集成的優(yōu)勢，實現(xiàn)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(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(qū)建筑朝向?qū)ㄖ牟晒馀c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(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潔大方，以減少能耗的損失。通過體形系數(shù)計算公式算出醫(yī)院綜合樓的體形系數(shù)約為0.1，遠小于節(jié)能標準，對建筑的節(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(lián)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(jié)構(gòu)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(cè)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(jié)水，有效保證保溫材料的長期干燥，確保其保溫性能持續(xù)有效?？諝鈱蛹由细蓲斓耐鈮?，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(jù)對采光的不同需求來調(diào)節(jié)遮陽率，同時可以調(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)窗簾遮陽相比有很大優(yōu)勢，避免了不同人推拉窗簾時而產(chǎn)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(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其保溫隔熱的能力。同時對于門窗的細節(jié)構(gòu)造給予充分考慮，避免冷橋的產(chǎn)生和冷風滲透（見圖6）。

3.3.3剖面與材質(zhì)設計

3.3.3.1降低層高

為了節(jié)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(jié)省了材料，還降低室內(nèi)空間，對建筑的節(jié)能也起到了一定的作用。

3.3.3.2優(yōu)化材料質(zhì)感與色彩設計

病人對于醫(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(huán)境中生活和工作容易引起視覺疲勞和精神緊張。在91醫(yī)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(fā)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(tài)景觀與活動空間設計

醫(yī)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(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)境和活動空間?；顒涌臻g結(jié)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(nèi)環(huán)境控制

3.3.5.1通風、濕度、除塵一體化控制

醫(yī)院綜合樓采用先進的置換式新風系統(tǒng)來對室內(nèi)通風、濕度與除塵的一體化控制。置換式新風系統(tǒng)是將室外的空氣經(jīng)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(nèi)。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(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口排出；新風連續(xù)下送上回，形成置換式使用（見圖8-圖10）。

置換式新風系統(tǒng)與傳統(tǒng)空調(diào)相比較的優(yōu)點是

①全置換式新風系統(tǒng)送風速度低，無風感、無噪音、無塵土攪動，健康衛(wèi)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(nèi)相對濕度控制在40%-60%的舒適范圍內(nèi)，遠未達到飽和狀態(tài)，故不會因空氣與室內(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，新風利用率高；通過能量置換系統(tǒng)減少室內(nèi)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(nèi)進行20-26℃的低溫差輻射調(diào)節(jié)控制（見圖11-圖12）。

該系統(tǒng)最大特點：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題。B.自控性強。冬天當室內(nèi)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(tǒng)實現(xiàn)同步自我調(diào)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(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)院采用外遮陽板控制光線，外遮陽板裝有自動遙控系統(tǒng)，可以根據(jù)室內(nèi)光線需求進行調(diào)節(jié)，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(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，降低能耗。對于病房內(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，夜燈自動開啟，白天光線通過窗戶射入室內(nèi)，夜燈自動關(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(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(gòu)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(nèi)部噪聲對病房的干擾。

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。管道不穿過樓板，可防止噪音對樓下住戶的干擾。同層排水系統(tǒng)采用相應的減噪措施后，噪音會從傳統(tǒng)PVC隔層排水系統(tǒng)的65分貝，降至30分貝左右（見圖14）。

4.低能耗高舒適度型醫(yī)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(yī)院環(huán)境的心理舒適度評價；另一方面是醫(yī)院環(huán)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(yī)生在醫(yī)院內(nèi)身體上所感覺到的舒適度，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)境對病人和醫(yī)生心理上的影響，對于心理舒適度則采用層次分析法與調(diào)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(nèi)環(huán)境進行評價（見表1）。

評價方法為根據(jù)層次分析法制作出舒適度評價表，并根據(jù)表格進行問卷調(diào)查統(tǒng)計，得出舒適指標。本調(diào)查問卷通過對15名住院患者和5名醫(yī)務人員進行打分，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(diào)查評分進行平均計算，得出該醫(yī)院各項舒適度指標的平均得分如下：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健康評價

一個潔凈的環(huán)境，一個恒濕恒濕恒氧的環(huán)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(fā)的感染。對于低能耗高舒適型醫(yī)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(wèi)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(huán)境和因二次污染而引發(fā)感染的控制情況進行評價。本醫(yī)院采用的外遮陽就比起傳統(tǒng)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(wèi)生死角（見圖16）。

該醫(yī)院醫(yī)務人員對新老病房中，同類病情的感染率做了統(tǒng)計（見表3）。從統(tǒng)計的數(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)能評價

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，如：不能自由調(diào)控溫度，經(jīng)常出現(xiàn)室內(nèi)溫度過高而造成能源浪費，或者是管道內(nèi)水溫不夠而無法達到舒適溫度。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。通過對本醫(yī)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(yī)院樓，總的采暖和制冷費用要高于原有醫(yī)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(yī)院樓，節(jié)能效果有很大的提高（見表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

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

2 綠色通信發(fā)展環(huán)境

2.1 國內(nèi)外監(jiān)管部門對綠色通信的態(tài)度

為推進綠色通信的實施，各國的通信監(jiān)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(fā)展階段，但我國政府已經(jīng)意識到了環(huán)境、資源在競爭中的戰(zhàn)略地位，并且也已經(jīng)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(lián)合倡議共建綠色通信，呼吁電信行業(yè)降低能耗，推動實現(xiàn)單位GDP能耗大幅度降低。

2.2 運營商對綠色通信的態(tài)度

在政府有關(guān)政策指導下，我國整個電信行業(yè)綠色環(huán)保意識不斷加強。電信運營商作為整個電信產(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。因為節(jié)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(yè)在通信行業(yè)中增強競爭力的重要因素。

隨著綠色節(jié)能技術(shù)的發(fā)展及相關(guān)產(chǎn)品的逐步推廣應用，通信行業(yè)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(jié)能的通信產(chǎn)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(xù)性發(fā)展的重要，并且大多數(shù)已經(jīng)在實施或更進一步加強“綠色通信”行動。繼宣布綠色環(huán)保采購規(guī)范后，為進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準并據(jù)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(fā)出具有環(huán)保理念的新產(chǎn)品和新服務，不僅節(jié)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(huán)保型基站的設計和建設。日本NTT DoCoMo一直努力節(jié)約能源，從1987年就開展“節(jié)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(tǒng)綠色設計、建筑物綠色設計等“綠色一體化”概念。

3 構(gòu)建低能耗無線通信體系

3.1 設備級解決方案

通過對其現(xiàn)網(wǎng)諸多數(shù)據(jù)進行能耗重點分析，對于移動網(wǎng)絡運營商，由無線站點構(gòu)成的接入網(wǎng)功耗可達全網(wǎng)總功耗的75%以上；基于對蜂窩移動網(wǎng)絡的分析指出，蜂窩網(wǎng)絡的基站能耗可達全網(wǎng)能耗的80%。上述數(shù)據(jù)清楚地表明，無線接入網(wǎng)能耗在整個無線通信網(wǎng)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(wǎng)能量優(yōu)化，是實現(xiàn)綠色無線通信的重中之重。無線接入網(wǎng)主要由各類無線接入節(jié)點組成，其中基站（或Node B）是主要的能耗來源，基站系統(tǒng)的功耗幾乎構(gòu)成了無線接入網(wǎng)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(tǒng)、傳輸設備、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，移動通信基站能耗主要取決于在網(wǎng)設備數(shù)量及其功耗，同時也受限于網(wǎng)絡負荷水平。目前在基站設備的節(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，為實現(xiàn)無線通信網(wǎng)的低能耗，應該加快淘汰老舊高能耗設備，引入節(jié)能型基站主設備。

3.2 網(wǎng)絡級解決方案

（1）規(guī)模應用先進網(wǎng)絡技術(shù)

在網(wǎng)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(shù)，提高設備利用效率，降低單位網(wǎng)絡能力能耗，能夠獲得明顯的節(jié)能成效。在移動網(wǎng)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(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。此外，采用IP化的軟交換技術(shù)，能夠通過減少網(wǎng)絡層級，實現(xiàn)扁平化組網(wǎng)，提高網(wǎng)絡集約化水平和資源利用率，降低網(wǎng)絡總體能耗。在傳輸網(wǎng)絡方面，多快好省地完成大容量光傳輸網(wǎng)絡的升級演進，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)絡結(jié)構(gòu)對基站節(jié)能大有裨益，這也體現(xiàn)在網(wǎng)絡規(guī)劃與建設的有效性上。分布式基站具有低成本、環(huán)境適應性強、工程建設方便的優(yōu)勢，尤其是在3G移動網(wǎng)絡中，分布式基站得到了非常廣泛的應用。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，二者通過光纖相連。在網(wǎng)絡部署時，將基帶處理單元與核心網(wǎng)、無線網(wǎng)絡控制設備集中在機房內(nèi)，通過光纖與規(guī)劃站點上部署的射頻拉遠單元進行連接，完成網(wǎng)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(wǎng)絡布局，積極推進網(wǎng)絡基礎設施共建共享

隨著無線技術(shù)的發(fā)展和國家政策的調(diào)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(jié)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(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；隨機分簇；最低能耗；剩余能量；網(wǎng)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(wǎng)絡（Wireless Sensor Networks，WSN）[1]是由大量微型傳感器節(jié)點自組織和自適應形成的通信網(wǎng)絡，網(wǎng)絡內(nèi)的傳感器節(jié)點自身具有感知、存儲和處理數(shù)據(jù)的能力，可以將感知數(shù)據(jù)通過無線方式發(fā)送給用戶。近年來，隨著微機電系統(tǒng)、片上系統(tǒng)、無線通信和低功耗嵌入式技術(shù)的飛速發(fā)展，WSN受到越來越多的關(guān)注，其在軍事國防、智能家居、環(huán)境監(jiān)測以及醫(yī)療等領域廣泛應用。但是無線傳感器網(wǎng)絡的節(jié)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(jié)點能量延長網(wǎng)絡壽命，成為WSN中非常重要的設計目標。 分簇的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)可以方便地進行節(jié)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(yōu)化無線傳感器網(wǎng)絡的能量消耗。其中最經(jīng)典的分簇算法是Heinzelman等[2]提出的LEACH算法，相比于沒有分簇的網(wǎng)絡，LEACH算法可以延長網(wǎng)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(xiàn)簇頭節(jié)點過早死亡，從而導致網(wǎng)絡能量消耗不均，降低了網(wǎng)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(jié)點統(tǒng)一管理網(wǎng)絡節(jié)點和分簇的策略，并且根據(jù)節(jié)點剩余能量進行簇頭選擇，有效均衡了網(wǎng)絡能耗，但是簇頭選擇機制只單純考慮了節(jié)點的剩余能量會導致距離sink較遠的節(jié)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(yōu)簇頭思想等分圓形網(wǎng)絡區(qū)域，每個區(qū)域內(nèi)再進行簇頭選舉，下一輪選舉簇頭時，網(wǎng)絡旋轉(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(yōu)簇頭的思想，將網(wǎng)絡劃分為一個個網(wǎng)格，每個網(wǎng)格為一個簇，并且選擇簇頭時考慮了節(jié)點的剩余能量，有效均衡了網(wǎng)絡能耗，但是該算法中最優(yōu)簇頭的劃分沒有考慮網(wǎng)絡實時變化的因素，隨著網(wǎng)絡運行，最初的最優(yōu)狀態(tài)可能并非最優(yōu)。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(jié)點的剩余能量，而并沒有考慮最優(yōu)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(jié)點的剩余能量以及節(jié)點位置信息，但沒有考慮網(wǎng)絡能耗決定的最優(yōu)簇頭的影響，一定程度上增加了網(wǎng)絡能耗。文獻[9]提出的M-LEACH算法根據(jù)網(wǎng)絡能耗確定最優(yōu)簇頭，選擇簇頭時基于節(jié)點的剩余能量和上一輪節(jié)點消耗的能量來進行選舉，該算法在一定程度上均衡了網(wǎng)絡能耗，但是確定最優(yōu)簇頭時只考慮了簇頭穩(wěn)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(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)絡能耗決定網(wǎng)絡分簇數(shù)，進而根據(jù)最優(yōu)簇頭概率以及簇頭的剩余能量和簇頭距離sink的遠近來選擇簇頭節(jié)點，使得簇頭能耗更加均衡，從而降低整個網(wǎng)絡的能耗，延長網(wǎng)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(wěn)定傳輸階段[10]。在簇的形成階段，每個傳感器節(jié)點產(chǎn)生一個[0～1]之間的隨機數(shù)，如果產(chǎn)生的隨機數(shù)小于給定的閾值T（n），該傳感器節(jié)點則廣播成為簇頭節(jié)點的消息，其它節(jié)點根據(jù)接收到成為簇頭節(jié)點消息的強弱判斷自己加入哪一個簇，并發(fā)送加入簇的請求消息至簇頭，簇頭接收普通節(jié)點的加入請求后，按照時分復用為每一個簇內(nèi)的節(jié)點劃分特定的時隙，再將時隙表廣播至簇內(nèi)的成員節(jié)點。簇內(nèi)成員接收時隙表消息，在指定的時隙內(nèi)發(fā)送數(shù)據(jù)給簇頭節(jié)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(jié)點總數(shù)的比例，n為節(jié)點個數(shù)，r為當前網(wǎng)絡運行的輪數(shù)，G為最近輪內(nèi)沒有當過簇頭的傳感器節(jié)點集合。LEACH算法中，所有簇形成后，網(wǎng)絡開始進入穩(wěn)定傳輸階段。簇內(nèi)成員節(jié)點根據(jù)簇頭分配的TDMA時隙，完成數(shù)據(jù)采集以及將數(shù)據(jù)發(fā)送給簇頭節(jié)點。如果當前節(jié)點的時隙尚未到來，節(jié)點可以暫時關(guān)閉發(fā)送數(shù)據(jù)模塊，進入睡眠狀態(tài)，需要發(fā)送數(shù)據(jù)時再打開。簇頭節(jié)點則在一輪運行時間結(jié)束前，一直處于接收數(shù)據(jù)狀態(tài)。為了防止簇間干擾，每個簇內(nèi)使用唯一的CDMA擴展編碼進行通信。當簇頭完成簇內(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，sink節(jié)點接收所有簇頭節(jié)點的數(shù)據(jù)后再發(fā)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(jié)點接收數(shù)據(jù)的能耗和發(fā)送數(shù)據(jù)的能耗。其中傳感器節(jié)點發(fā)送Lbit數(shù)據(jù)的能耗如下式所示[12]：式中，Eelec為無線電收發(fā)單位比特數(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)點與目的節(jié)點間的距離，d0決定了傳輸模型，如果節(jié)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(chǎn)生隨機數(shù)的方式，使得所有傳感器節(jié)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(chǎn)生的簇頭節(jié)點可能出現(xiàn)節(jié)點剩余能量較低，由于簇頭本身需要完成更多較普通節(jié)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(jié)點較遠的節(jié)點成為簇頭時，遠距離的數(shù)據(jù)傳輸同樣加重了簇頭的能耗，加速了節(jié)點死亡，從而降低了網(wǎng)絡生存時間。（2）不同的網(wǎng)絡規(guī)模下，分簇的數(shù)量應根據(jù)網(wǎng)絡規(guī)模進行自適應調(diào)整。如果分簇過少，則會出現(xiàn)每個簇過大，簇內(nèi)成員過多，簇頭節(jié)點無法完成過多的數(shù)據(jù)處理，造成信息傳輸效率降低。分簇過多時，簇頭節(jié)點過多，則出現(xiàn)網(wǎng)絡大部分數(shù)據(jù)傳輸都是單跳的，這樣失去傳感器網(wǎng)絡多跳的優(yōu)勢，不能達到延長網(wǎng)絡壽命的目的?！糂T1〗〖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(wǎng)絡能耗得出最優(yōu)簇頭數(shù)量，然后均衡最優(yōu)簇頭概率、節(jié)點剩余能量以及節(jié)點距離sink的距離來選擇簇頭節(jié)點。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)絡能耗來計算最優(yōu)簇頭數(shù)，其中網(wǎng)絡能耗由簇的形成階段能耗與穩(wěn)定傳輸階段能耗組成。假設在M×M的網(wǎng)絡區(qū)域內(nèi)均勻分布n個傳感器節(jié)點，網(wǎng)絡分成k個簇，每個簇由一個簇頭節(jié)點和SX（nkSX）-1個普通節(jié)點組成。網(wǎng)絡傳輸能耗模型與LEACH算法相同，設傳輸數(shù)據(jù)為Lbit。在簇的形成階段，網(wǎng)絡的主要能耗來自3個部分，分別為：節(jié)點宣告成為簇頭消息的能耗、普通節(jié)點加入簇內(nèi)以及簇頭分配TDMA時隙的能耗。其中簇頭節(jié)點的主要能耗包含：開始廣播簇頭消息的能耗、接收簇內(nèi)節(jié)點加入簇的能耗和廣播TDMA時隙的能耗。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，因為全網(wǎng)廣播，所以采用多徑衰落傳輸模型。dtoCH為簇內(nèi)節(jié)點到簇頭的距離。在該階段簇內(nèi)普通節(jié)點的能耗主要包含：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，主要能耗來源于簇頭數(shù)據(jù)收集和普通節(jié)點數(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。其中簇頭節(jié)點在穩(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(shù)據(jù)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(nèi)普通節(jié)點在穩(wěn)定傳輸階段每一幀能耗主要來自發(fā)送數(shù)據(jù)給簇頭節(jié)點，可以得出所有普通節(jié)點在穩(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)點根據(jù)自身的TDMA時隙，在指定時間內(nèi)發(fā)送自身感知數(shù)據(jù)以及自身ID和當前剩余能量給簇頭節(jié)點，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)進一步發(fā)送至sink節(jié)點，sink節(jié)點根據(jù)最新的全網(wǎng)剩余能量可以計算出當前的最佳分簇和最優(yōu)簇頭概率，選擇新一輪簇頭時，再將該信息廣播至全網(wǎng)。其它節(jié)點再根據(jù)自身能量選舉簇頭，以進入新的一輪網(wǎng)絡循環(huán)運行。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(wǎng)絡生存時間、網(wǎng)絡總能耗以及sink接收數(shù)據(jù)量等方面進行分析和比較。實驗網(wǎng)絡環(huán)境假設為：在100m100m的正方形區(qū)域內(nèi)均勻分布100個傳感器節(jié)點，節(jié)點均為同構(gòu)的且具有GPS定位裝置。Sink節(jié)點位于網(wǎng)絡外固定位置。表1為實驗參數(shù)設定。3.2實驗結(jié)果分析

3.2.1權(quán)重因子λ取值〖JP2〗MEC-LEACH算法簇頭節(jié)點選擇時需要考慮節(jié)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(quán)重因子取不同值分析其對網(wǎng)絡壽命以及網(wǎng)絡能耗的影響，從而確定一個最優(yōu)值。由式（16）中λ取值范圍，分別對權(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。實驗結(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)絡的存活時間逐漸延長，網(wǎng)絡能耗逐漸降低，當λ=0.6時，網(wǎng)絡總能耗最低并且網(wǎng)絡存活時間最長。此后λ逐漸增大，網(wǎng)絡存活時間下降而網(wǎng)絡能耗也隨之增加，可見權(quán)重因子取值0.6時，即選擇簇頭時節(jié)點的剩余能量占比60%，簇頭與sink的距離占比40%時，網(wǎng)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(wǎng)絡生存時間網(wǎng)絡生存時間直接關(guān)系到網(wǎng)絡性能好壞，本文借助統(tǒng)計網(wǎng)絡內(nèi)每隔一段時間存活的節(jié)點數(shù)目來衡量網(wǎng)絡生存時間長短。3種算法的網(wǎng)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(xiàn)死亡節(jié)點并且網(wǎng)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(wǎng)絡實時變化導致最優(yōu)簇頭的變化，導致網(wǎng)絡分簇不均，簇頭節(jié)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(yōu)分簇以及簇頭距離sink的遠近，所以其相比EH-LEACH算法，網(wǎng)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(wǎng)絡能耗網(wǎng)絡系統(tǒng)總的能量消耗，可以衡量系統(tǒng)性能好壞以及網(wǎng)絡能量消耗均衡性。3種算法對應的網(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)絡簇頭個數(shù)始終不變，這樣導致網(wǎng)絡運行后期，有的簇內(nèi)可能剩下的都是剩余能量較低的節(jié)點，加劇了節(jié)點死亡，增加了網(wǎng)絡能耗。文獻[9]同樣沒有考慮網(wǎng)絡運行過程中簇頭數(shù)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(wǎng)絡總能耗的增加。本文分簇算法由最小化網(wǎng)絡能耗得到最優(yōu)簇頭，以及選擇簇頭時綜合考慮節(jié)點剩余能量和簇頭距離sink的遠近，可以有效降低和均衡網(wǎng)絡能耗。

3.2.4sink接收數(shù)據(jù)量通過對sink接收數(shù)據(jù)量分析，可以直觀顯示出網(wǎng)絡的傳輸效率，進而衡量網(wǎng)絡性能的好壞。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)點時均沒有考慮簇頭距離sink 的遠近因素，可能會出現(xiàn)距離sink較遠的節(jié)點成為簇頭節(jié)點，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)的時間。所以相同時間內(nèi)，EH-LEACH算法和文獻[9]算法sink接收數(shù)據(jù)量均沒有本文分簇算法多。此外，由于能耗不均，導致網(wǎng)絡生存時間降低，相同時間內(nèi)，本文分簇算法存活節(jié)點更多，發(fā)送數(shù)據(jù)越多，sink節(jié)點接收的數(shù)據(jù)也越多。網(wǎng)絡運行至1600s左右時，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[9]的算法（約CM152 000），分別提升了48%和34%。

4結(jié)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(wǎng)絡能耗來得到最優(yōu)的分簇個數(shù)。在簇頭節(jié)點選擇上，考慮了最優(yōu)簇頭概率、簇頭節(jié)點的剩余能量以及簇頭與sink節(jié)點間的距離，使得剩余能量較高、距離sink較近的節(jié)點更容易成為簇頭節(jié)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(wǎng)絡生存時間，降低和均衡網(wǎng)絡能耗，提高網(wǎng)絡sink節(jié)點接收數(shù)據(jù)量，進而提升網(wǎng)絡性能。

參考文獻：[1]李曉維.無線傳感器網(wǎng)絡技術(shù)[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(xié)議[J].軟件導刊，2015（3）：114116.

[7]吳標，余劍，易仁杰.基于節(jié)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(jié)點位置與剩余能量的LEACH協(xié)議優(yōu)化[J].傳感器與微系統(tǒng)，2016，35（5）：139141.

[9]譚軍.簇首選擇改進的 LEACH 無線傳感器路由協(xié)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(wǎng)絡路由協(xié)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(xiàn)代化信息化建設中，數(shù)據(jù)中心（機房）處于信息交互管理的核心位置。良好的機房環(huán)境是設備正常工作和延長使用壽命的基礎。傳統(tǒng)的機房監(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)，無法完全覆蓋機房內(nèi)所有區(qū)域，并且存在過度制冷與局部高溫問題。大大增加了機房內(nèi)非IT設備能耗，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(wǎng)絡的監(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系統(tǒng)。通過遠程監(jiān)控管理系統(tǒng)，可以實時監(jiān)測機房內(nèi)溫度變化情況，并作出相應送風調(diào)節(jié)（調(diào)節(jié)包括空調(diào)功率與智能風閥）。

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)的承載與傳輸實體也迎來了大發(fā)展時期。中國數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)中心的綠色化水平低，能耗程度較高，大量數(shù)據(jù)中心沒有對能源利用效率進行有效監(jiān)控，數(shù)據(jù)中心的高能耗增加了企業(yè)成本，也造成了社會能源的浪費。有數(shù)據(jù)顯示，近年來，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)成為國家及數(shù)據(jù)中心行業(yè)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(shù)據(jù)處理任務，各類IT設備和冷卻系統(tǒng)需要不間斷供電，因此相比同體量的辦公建筑，數(shù)據(jù)機房的用電量非常大。

1.2 傳統(tǒng)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(diào)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(zhuǎn)。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(jiān)控系統(tǒng)也亟待發(fā)展。目前許多機房監(jiān)控采用的是 24 小時專人值守的傳統(tǒng)管理模式，定時巡查機房內(nèi)各種系統(tǒng)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(nèi)的設備故障，對事故發(fā)生時間和責任追究也沒有科學的認定和分析。目前國內(nèi)普遍缺乏機房管理的專業(yè)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(chǎn)生的巨大噪音和電磁輻射，多數(shù)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(tǒng)機房監(jiān)控也缺乏預警和控制的設置，不能真正高效的實現(xiàn)預警功能。目前國內(nèi)機房環(huán)境監(jiān)控有以下幾種形式：

（1）人工檢測儀監(jiān)測形式；

（2）集中監(jiān)測形式。

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)在機房空調(diào)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(diào)的特殊要求，對機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房空調(diào)利用效率更高的方法，并且結(jié)合無線傳感器使機房空調(diào)實現(xiàn)遠程管理和控制，滿足機房環(huán)境需求、節(jié)能需求、可靠性需求。

利用散布在機房內(nèi)的無線熱傳感器收集機房內(nèi)各點的實時溫度，通過無線傳感器網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳送到中間級控制中心?？刂浦行膶?shù)據(jù)進行初步處理（如數(shù)據(jù)融合，清洗等），并將初步處理過的數(shù)據(jù)傳送到遠程監(jiān)控中心，實現(xiàn)機房的實時溫度監(jiān)控。利用該模型控制機房內(nèi)空調(diào)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(tài)，當發(fā)生事故時，第一時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 機房

機房內(nèi)設備主要包括溫度傳感器網(wǎng)以及智能風閥兩個部分。溫度傳感器網(wǎng)負責收集機房內(nèi)各點的實時溫度，將數(shù)據(jù)匯總之后通過網(wǎng)絡傳輸?shù)街虚g級控制中心的數(shù)據(jù)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(jù)指令來實現(xiàn)智能化控制，通過控制風閥的開，關(guān)，旋轉(zhuǎn)方向等變量來實現(xiàn)精密制冷。

2.1.2 中間級控制中心

中間級控制中心包含數(shù)據(jù)處理設備和控制設備兩部分。數(shù)據(jù)處理設備負責匯總溫度傳感器網(wǎng)傳來的數(shù)據(jù)，并進行初步的數(shù)據(jù)處理，包括數(shù)據(jù)融合以及清洗，進一步減少數(shù)據(jù)傳輸所帶來的能量損耗。之后數(shù)據(jù)處理設備將處理過的數(shù)據(jù)上傳到遠程監(jiān)控中心進行進一步處理?？刂圃O備將用于接收遠程控制中心下發(fā)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(gòu)處。

2.1.3 遠程控制中心

遠程控制中心主要負責對數(shù)據(jù)的進一步處理以及下發(fā)控制指令。當中間級控制中心將數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h程控制中心后，中心將會對數(shù)據(jù)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(yōu)化降溫方案并自動下發(fā)空調(diào)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(xiàn)緊急事故時，遠程控制中心將會把事故代碼自動發(fā)送到APP上，這樣工作人員可以在到達事故現(xiàn)場前就做好技術(shù)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(wǎng)

無線傳感器網(wǎng)絡（Wireless Sensor Networks，WSN）是計算機、通信、傳感器、微機電系統(tǒng)和網(wǎng)絡等多項技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，通過大量分布式傳感節(jié)點協(xié)作實時地感知、采集和處理覆蓋區(qū)域內(nèi)的各種目標信息，以多跳自組的方式形成網(wǎng)絡系統(tǒng)，由嵌入式計算資源對信息進行處理，利用無線通信技術(shù)將采集的信息發(fā)送到遠程終端。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，低功耗低成本的場合。它具有以下幾個特點：

（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)絡結(jié)構(gòu)；

（6）超大的網(wǎng)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(wǎng)絡。不但實現(xiàn)了數(shù)據(jù)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(huán)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(chǎn)熱也持續(xù)不間斷。本方案計劃利用ZigBee與溫度傳感器相結(jié)合的無線傳感器網(wǎng)絡對機房溫度實行實時監(jiān)測。通信機房里設備眾多，種類多樣，而且規(guī)模和結(jié)構(gòu)各不相同，結(jié)合ZigBee無線通信協(xié)議的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，把系統(tǒng)按照不同的功能需要劃分為遠程監(jiān)控中心、協(xié)調(diào)器、路由器和終端節(jié)點四部分。

無線監(jiān)測終端實現(xiàn)溫度的采集，并通過以蓄電池為電源的ZigBee 無線通信網(wǎng)絡上報數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳輸?shù)铰酚晒?jié)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(jié)點加入這個網(wǎng)絡，數(shù)據(jù)在路由節(jié)點經(jīng)過簡單的數(shù)據(jù)存儲處理上傳到中間級控制中心；中間級控制中心對數(shù)據(jù)進行融合與清洗，保證數(shù)據(jù)的有效性與利用率；經(jīng)過中間級控制中心的數(shù)據(jù)通過串口、GPRS 等被送往遠程監(jiān)控中心可以實現(xiàn)與監(jiān)控中心；遠程控制中心通過分析如在一段時間內(nèi)沒有異常溫度產(chǎn)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(shù)據(jù)。如果有異常溫度產(chǎn)生，則連續(xù)采集。通過此方式可以大大節(jié)省能耗，達到數(shù)據(jù)中心高效節(jié)能目的。

3.2 機房制冷

3.2.1 分布式空調(diào)在本方案中的應用

調(diào)查顯示國內(nèi)外對此問題研究很少，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)部分設備工作在相反的制冷和加熱狀態(tài)，產(chǎn)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(diào)系統(tǒng)――分布式空調(diào)系統(tǒng)。本系統(tǒng)將一個機柜設置為一個單元，每個單元包含三個子系統(tǒng)――控制系統(tǒng)、溫度檢測系統(tǒng)及智能風閥控制系統(tǒng)。溫度檢測系統(tǒng)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(cè)。安裝較多的傳感器是基于溫度傳感器安裝得越多，所檢測的周圍溫度越準確，越能使得周圍的環(huán)境溫度均勻，但是成本也會相應提高。

智能風閥控制系統(tǒng)，即機械系統(tǒng)按照工作空間的要求設計為盒狀，由扇葉、電機等機械結(jié)構(gòu)組成，它的作用是調(diào)節(jié)送風量。除了單元內(nèi)的系統(tǒng)外，還有送風管道系統(tǒng)及空調(diào)總控制系統(tǒng)。送風管道系統(tǒng)的布置線路采用類似于網(wǎng)絡中的總線結(jié)構(gòu)，先鋪設一根主管道（與空調(diào)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(yōu)點

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

（1）節(jié)能效率較高；

（2）實現(xiàn)遠程監(jiān)控；

（3）解決傳統(tǒng)問題；

（4）發(fā)現(xiàn)問題及時。

本方案中采用分布式空調(diào)，實現(xiàn)精細管理、網(wǎng)格化管理，不同于傳統(tǒng)集中式空調(diào)統(tǒng)一送風方案需要時時保證較大的空調(diào)功率，根據(jù)溫度傳感器采集的數(shù)據(jù)進行實時數(shù)據(jù)分析，若溫度過高則通過控制中心減小空調(diào)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(yōu)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(shù)據(jù)中心出現(xiàn)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(jiān)控系統(tǒng)可根據(jù)數(shù)據(jù)分析自動、智能的進行空調(diào)功率及智能風閥的控制，并且可實現(xiàn)預警功能；移動終端APP實現(xiàn)遠程故障監(jiān)控，可在環(huán)境產(chǎn)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(xiàn)遠程管理，提供更好的優(yōu)化方案。 基于無線傳感器監(jiān)控方案，可實現(xiàn)預測系統(tǒng)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(yè)務，出現(xiàn)故障，影響客戶使用。

5 結(jié)語

本文從傳統(tǒng)集中式降溫空調(diào)的缺點入手，提出了基于無線傳感器網(wǎng)、分布式空調(diào)的綜合降溫方案，以解決“局部高溫”，“過度制冷”等問題。并設計了系統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)，提出了遠程監(jiān)控的思想。并將預測與控制相結(jié)合，進一步完善降溫方案，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方面的研究：

（1）從無線傳感器網(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)進行控制的全封閉冷通道精確送風系統(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，過制冷等問題。同時引入反饋機制，實時改變空調(diào)功率以減小能耗。

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

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

（4）實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心機房熱環(huán)境局部熱點區(qū)域的預測，數(shù)據(jù)來源于實時更新的無線傳感器網(wǎng)絡系統(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，實時控制空調(diào)功率，及時預測，改善無線傳感器網(wǎng)發(fā)送消息規(guī)則，遠程控制，數(shù)據(jù)融合幾個關(guān)鍵性技術(shù)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(xù)發(fā)展。

由于機房監(jiān)控預警話題較新，特別是機房熱環(huán)境的局部熱點區(qū)域發(fā)現(xiàn)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(xiàn)場測試以確定整個系統(tǒng)的可靠性。