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1.教会学生读懂题目
(1)题目冗长。应用题中对事件的过多赘述,往往造成学生对题目的阅读产生疲惫感,以至于无法在题目中及时有效地把握正确的信息进行解答,甚至做出错误的判断。(2)给出的已知条件表述不直接。应用题中或许不总会正面给出学生做题所需的已知量,缺乏分析能力的学生也许就不能正确找到隐含条件,并运用此已知量来求得答案。(3)不能正确判断比较量。在一些应用题中,往往出现A 物比B 物大多少,B 物比C 物大多少,已知A 物,求C 物等题。在处理这些问题中,学生们往往不能清晰辨认出各方之间的关系,导致做题困难。(4)概念不清。在一些应用题中,已知条件给出的是半径还是直径,求半圆周长抑或是圆周长,学生们也不时会弄错。但这除了是概念不清外,也有可能是粗心导致的结果。(5)错误的习惯性思维。部分学生认为给出的条件都有用,给出的条件都只用一次。但这并不总是如此。相反,有些题目给出的条件就是混淆视听、而有些条件却需要用上两次才能解决。
2.教会学生运用直观式方法解答小学数学应用题
2.1 会借助图形解答应用题
在小学数学应用题的解答过程中,动用线段等图形辅助工具解答题目是最直观且准确率最高的方法之一。小学生的思维正处于以具体形象思维为主,向以抽象逻辑思维为主的过渡阶段。思考总是离不开形象的材料作为辅助手段,对于抽象的总是理解起来比较困难。而这一转变往往依靠一定量的直观思维做基础,学生才可以在遇到相类似题目时迅速反应过来。而当学生们在面对此类题目也无需再依靠画图便能准备理清各者之间的关系时,便是抽象思维的培养。例1:十棵树苗,要栽五行,每行四棵,请你想法。解符合题目要求的图形应是一个五角星。4×5÷2=10。因为五角星的5条边交叉重复,应减去一半。
2.2 会利用方程解答应用题
同任何一种知识点的学习一样,利用方程解决实际问题的教学也决不能仅仅停留在“会”的层面,而应该以“会”为依托支点 ,追求更为深入的数学化, 只有这样方程思维模型的抽象构建才能实现。方程这个名词在小学生看来像是一个极其复杂的内容,为此,老师务必引导学生正确接受方程这一解题方法,使学生从图像思维模式过渡到运用准确的数学语言解答小学数学应用题。算术算法的特点是未知数不参加列式,根据题里的数量关系,确定是怎样用已知数算出未知数,再列式计算;而方程算法的特点是,未知数是用字母表示,然后参加列式,根据题意找出数量间的相等关系,再列方程解。
3.训练小学生加、减、乘、除运算能力
【关键词】云计算 分布存储 关键技术
云计算是未来计算模式的重要基础,也是信息技术的发展必然趋势。云计算主要是依靠数据中心来完成数据的分布及存储的。凡事都具有两面性,没有哪一种事物是绝对完美的。此类存储中心普遍规格极大,也普遍存在数据失效的重大缺陷。数据失效导致云计算的运行成本较高,给云计算的应用和推广带来了较严重的限制。可以说,云计算的运用虽然给社会经济和信息技术的发展带来了很大的便利,但其技术存在的不完善也给社会经济和信息技术的发展带来了一定的制约影响。
1 云计算环境下分布存储关键技术的产生背景
信息技术的发展速度是十分迅猛的,甚至可以说已经渗透到了日常生活和各行各界的每个角落之中。不可否认,计算机技术使得人们的生产生活变得十分便捷,但也正因如此,生产生活所产生的相关数据呈现出来爆炸性增长的趋势。为了切实满足这一使用需要,计算机的数据存储能力也进行必要的扩大提升。云计算应运而生。
云计算背景下的分布存储技术,其实就是使用者基于个人使用实情对使用所需的存储总量进行一定的分析及预估,然后再通过购买、租赁或其他方式来得到预想所需的互联网存储空间,以此满足个人使用产生的数据存储需求。云计算的数据中心可以依据具体的使用情况,选择对应的不同节点并将数据存储其上。数据中心会选择适用的计算机程序对所存储的数据进行一定的编排处理,并通过专用端口将这些处理过的数据呈现给使用者。
2 云计算环境下分布存储关键技术的组织结构
云计算实质上是一种基于互联网背景对数据进行基础共享的全新运算模式。其组织结构主要可被分为以下三种:
2.1 以服务器为核心
以服务器为核心的结构,主要是通过网线来连接各个服务器终端的,有助于确保服务器能够迅速处理并存数大批量的数据信息,并于任务完成后及时向用户进行数据信息的传输转发。此类结构的组成及连接较为简便,可以省去很多不必要的设备(例如转换器等),并且直接向用户提供相关数据的处理服务及存储服务,还可以迅速完成与他网所含数据信息的交流共享,能够显著提高计算机路由算法的实效性。
2.2 以交换机为核心
以交换机为核心的结构,则主要通过交换机来完成所有数据的传输及存储。云计算尚未得到普及应用前,此类结构堪称是当时数据存储相关技术之中实用性最高的一种。交换机是连接各个用户数据并完成数据传输的主要媒介,包括了核心层、边缘层与聚合曾这三大结构部分。此类结构的典型优势,就是具备较强的穿透性,其连接与操作也都十分简单,可以节省很多计算机资源,并且还具备很高的扩展性,有助于确保数据处理及存储的工作效率。
2.3 服务器与交换机相结合
上文中第一种结构必然会占用较大量的计算机资源,但是其操作的简便性及对路由算法的开发提高性十分显著;第二种结构的操作和连接都很简单,也不会占用过多的计算机资源,但其结构特性也决定了此类结构的存储容量相对较小。由此可见,这两种结构既有显著优势也有明显弊端。因此,如若将服务器与交换机进行有机结合,就可以完成这两种结构的取长补短。这种混合结构能够有效弥补单一结构的缺陷,并形成很大的叠加优势,有助于满足数据信息的大批量处理及传输任务。
3 云计算环境下分布存储关键技术的弊端问题
3.1 容错性问题
容错性是可以利用相关技术完成提升的。以往人们会使用RAID技术来完成对容错性的提升。配置性能较高的服务器或是设置专用的存储设备都可以有效提高容错性。随着数据量的不断扩大,数据总量的增长液使得数据节点不断增加,数据失效若不能很好解决,必然会导致失效率越来越高。不仅会给服务提供商带来较严重的影响,而且会造成客户信息的巨大损失。可以说,提升容错性是云计算谋求未来发展必须解决的一大重点问题。
3.2 扩展性问题
解决扩展性的一大主要方式就是预留一定的冗余磁盘。这种方法确实可以扩展出一定的存储空间,但是若数据信息量过大,使用预留冗余磁盘的方法来扩展存储量,必然就显得很不切实际。数据信息的发展趋势据诶定了数据信息的总量必然是越来越大的。为了迎合这一趋势,数据中心网络必须进行存储量的扩展,并对数据组织结构进行一定的必要提升。
3.3 成本情况的控制
云计算技术诞生并实现推过应用之前,分布存储所涉及到的数据信息一般规模较小,因此对数据进行存储处理所产生的相关能耗也并没有什么具体的要求。正因如此,传统的分布存储技术成本还是较低的。但是随着数据信息总量的不断增长,数据信息的规模也日益扩大,如何做好相关的成本控制就成为了一大难题。如何在确保服务质量的基础上,通过降低能耗来控制成本以谋取更多的经济效益,就成为众多生产制造商的研究重点。
4 云计算环境下分布存储关键技术的技术分析
时代不断发展,科技不断进步。现如今,解决容错问题和成本控制也已逐渐不再那么困难。以下两种技术对于分布存储技术就具有很大的问题解决作用。
4.1 容错技术
容错技术的诞生对于云计算中的分布存储是具有相当重要的意义的,堪称分布存储发展进步的关键技术之一。该项技术是一种及时系统运行中出现了一定的错误激活,也能确保数据传输不会出现间断的全新数据服务。容错技术使得系统的可靠性和应用性都得到了很大提升,也可以提升数据的访问率。
容错技术主要包括了纠删码容错和复制容错这两大类:
纠删码容错是一种利用多个数据对象同时编码产生新的编码数据,以此实现数据信息的完全复制来减少存储所占量,但该技术会生成比较大的计算开销。此外,当出现多个数据块须要容忍时,部分冗余信息很可能出现信息失效。若要解决这一问题,信息修复的成本又较高。
复制容错是将具体数据对象进行复制生成多个相同模块并将其分布于各个节点中的容错技术。即使某部分模块的数据出现了失效,用户也可以从其他节点上获取相同的所需数据。
4.2 节能技术
据相关统计数据显示,储存系统在日常运行中所产生的能耗约为45%,属于能耗较高的部分。因此,减少该部分系统运行所产生的能耗,不仅可以实现能耗降低以减少成本,而且有助于维护生态环境,具有很深远的研发和推广意义的。
现行的节能技术主要包括以下两种:
4.2.1 软件节能技术
软件节能的主要目标,就是在系统的运行性能不受影响的前提下,尽可能减少存储数据所产生的能耗。该技术主要的管理对象就是各个节点和数据信息。管理节点可以分析云计算中存储节点的具体分布情况,自动选择关闭部分节点以降低能耗。管理数据信息则是以动态及静态的数据信息进行一定的管理,或是针对相关数据信息的预取缓存进行管理。
4.2.2 硬件节能技术
硬件节能则是从硬件层面进行具体的节能控制。具体的硬件技术又可被分为数据中心的相关方面及计算机的整体方面这两大中。数据中心的相关节能技术,就是将能耗较高的相关设备换位高性能低能耗的设备;计算机的整体节能技术,则是采用全新的节能体系结构,以此实现计算机的整体节能。
5 结语
云计算技术的产生也很好地实现了生产生活中庞大数据信息的分布存储和处理传输。但正因数据总量巨大,实际运用中时常出现数据丢失或是数据失效的情况。本文针对这些情况进行了具体分析,并就现有的解决方案和相关技术进行了相关阐述,希望对云计算的今后发展创新有所裨益。
参考文献
[1]郭翠云.云计算环境下的分布存储关键技术分析[J].硅谷,2013(16).
[2]任帅,李笑满.基于云计算环境下的分布存储关键技术分析[J].信息系统工程,2015(09).
[3]杨明熬.云计算环境下的分布存储关键技术[J].计算机光盘软件与应用,2013(06).
作者简介
张乐(1987-),女,山西省运城市人。硕士学位。现为运城学院助教。研究方向为云计算。
技术基础:节能要从何入手
对PC设备来说,能耗最大的主要有四大部件:其是处理器,目前高端PC上用的四核处理器功耗水准普遍在120瓦以上,耗电量颇为可观,其二是图形系统,该领域的激烈竞争迫使NVIDIA-AMD都竞相朝着高效能方向挺进,但也导致了显卡功耗从最初的肘瓦飙升到现在的200-300瓦耗电量极为惊人,第三个耗电的部件就是显示器,尽管LCD要比过去的CRT节能得多,但是大尺寸的LCD耗电普遍也在几十瓦级别,至于大屏幕平板电视,能耗普遍都在300瓦以上,显然这些设备是家庭中的耗电大户,第四个能耗高的对象就是存储系统,PC、笔记本电脑的硬盘仅消耗区区几瓦的电能,但服务器和企业存储系统中往往包含数量巨大的SAS硬盘,整体的能耗也颇为可观。
要降低计算系统的整体能耗,最直观的做法就是降低芯片的功耗指标,半导体厂商除了积极通过导人新工艺来降低能耗外,优化芯片的设计提高能效比以及发展节能技术也都是非常有效的途径。最终实现能源的按需分配。而从宏观的角度来看,将任务指派给能源效率最高的硬件是聪明的做法,从而实现整个系统的能源利用最佳化,其中的典型例子就是将高并行计算任务交给GPU完成。如果从更长远的角度来看,云计算的普及可以让用户使用低能耗的瘦终端,从而有效降低整个IT环境的能源总消耗。而服务器本身则可以采取弹性的任务分派和灵活的能源配比来实现节能的目标。
微处理器的节能:制造工艺、逻辑优化与创新设计
处理器是PC系统耗能的关键部件,在总的方向上,提升效能与降低功耗永远都是一对矛盾,但是设计者仍有相当多的手段可以优化能源效率,使得性能的提升大于功耗的增长,这些措施横贯半导体工艺到芯片的架构设计等讦多方向。
引入新工艺是降低芯片功耗最直接的办法,无论从90纳米到65纳米,还是65纳米到45纳米,每一次制造工艺的提升,总是令芯片功耗大幅度降低――在同等情况下,芯片能耗往往可以有20%-30%的可观降幅。新工艺使得芯片内的连接线宽更小,诸如High-K材料,SOI工艺等新技术的导入又大大削减了漏电流的产生,使得芯片的能耗值显著降低。现在,半导体工业开始朝着32纳米进军,英特尔公司将在2009年底推出32纳米处理器,标志着新一代工艺的成熟。台积电等代工企业也朝着40纳米进军,而IBM甚至开始向22纳米工艺迈进。
通过改革芯片的逻辑架构,实现能效的提升,这也是降低能耗的有效手段。这个领域的典型案例当属英特尔从Pentium 4到Core架构的改变,前者以能效低著称,芯片功耗巨大,同时效能不尽理想,而Core架构通过4路并行解码,宏指令融合与微指令融合等技术,大幅度提升了芯片的每瓦性能,最终在获得性能大幅度提升的同时,显著降低了处理器的功耗水准。类似的例子还有当年AMD从K7到K8的转换。K8架构将内存控制器集成,降低了内存延迟,借此处理器可获得20%左右的性能提升,而芯片的功耗并没有因此提升。
这样的节能思路在未来显然将会继续进行,作为一种先进的设计思想,协处理单元的纳入、构建超多核处理器已成为微处理器工业界的新趋势。所谓超多核处理器,即在当前双核,四核处理器的基础上,集成大量的协处理单元,这些协处理单元可以负责Java程序解释、物理计算、Flash硬件加速等,专用的协处理单元效率更高,在完成同样任务时消耗的能源更少,而主CPU单元只需负责任务的指派,通过这种主从协作模式,可以在显著提升效能的情况下同时实现能耗的降低。
能源的按需分配是处理器节能的另一个思路,事实上当前的移动处理器已经充分具有按需分配能源的风采了,以AMD Puma平台为例,其双核Turion 64 x2处理器的内存控制器、高速缓存与CPU内核的供电分离,系统可以根据任务的需要来灵活决定能源的供应与否;同样,英特尔的移动处理器也引人类似技术――早在Pentium M时代,处理器的高速缓存就采用能源配比制度,即通常只有1/32的二级缓存处于供电状态,由于高速缓存一贯都是处理器的能耗大户,此项技术为Pentium M的能耗降低立下汗马功能。按需分配的另一个角度就是,根据任务需要来调整处理器的电压和频率,大家耳熟能详的英特尔SpeedStep技术,AMD PowerNow!便属此列。按需分配的思想未来将更为普遍,尤其是伴随着多核,超多核处理器流行,能源按需分配被认为是降低能耗的法宝。比如在处理简单的商务办公应用时,CPU只需开一个核心,并降低频率运作,如果需要完成多任务,或多线程程序,那么其它核心才被自动开启,这种按需运行的模式能够实现能源配置的最佳化。
图形系统的节能:按任务弹性分配
图形系统与微处理器系统非常相似,GPU是图形系统的核心,高性能GPU则是电力资源的杀手。而除了GPU之外,图形系统中的高速显存同样也是能源杀手。既然如此,节能技术就必须同时从GPU与显存系统着眼。
与处理器类似,导入新工艺是降低GPU和显存能耗的法宝,不过GPU与显存的逻辑结构都比较固定,能效改进的结构相当有限,所以无论NVIDIA还是AMD,都很难通过革新设计获得能源效率的提升,双方的性能竞赛更像是场流处理器数量的堆砌,在这样的背景下,GPU能耗高是必然的,即便引入新的工艺,激烈市场竞争又会使得双方推出能耗高的新一代产品。
导入能源按需指派是非常理想的做法,事实上这也是图形工业一直努力的方向所在。我们知道,GPU内部除了负责3D渲染和通用计算的流处理器单元外,还具有2D显示高清视频引擎等不同的逻辑单元,假如用户只是在处理办公文档,那么显卡其实只要求提供2D显示和能满足操作系统3D视觉的简单3D性能,此时GPU中的大多数流处理器都可以关闭,只需留下个位数的流处理单元和2D显示单元即可。当然显存系统的大部分供电也可以被关闭,假如用户在观赏视频,那么同样地,不需要使用的硬件单元可以暂时关闭。从技术上讲,这样的设计完全是可以实现的,NVIDIA在GPU中采用的PowerMizer技术,AMD的PowerPlay技术,都可以在一定程度上做到这点。
混合多显卡模式的出现,也能够有效降低整机的能耗。NVIDIA的Hybrid SLI技术体系中曾经支持项名为Hybrid Power的节能技术,即当用户在从事一些非3D的常规任务时,独立显卡可以被关闭、系统只依靠芯片组集成的GPU来完成显示――由于集成GPU能耗要大大低于独立显卡,此举可以显著降低整机的能耗。不过,NVIDIA现在已经在桌面显卡中取消了这技术,对此NVIDIA解释说其独立显卡目前已能支持高效的节能技术,在常规任务下显卡的能耗可以同集成GPU相差无几,Hybrid Power就失去了价值。这一声明的背后源自NVIDIA的另一举措在2008年8月份,NVIDIA以2500万美金的代价获得全美达LongRun、LongRun2节能技术的授权,前者可以根据任务对芯片的频率/电压实施近乎动态的调整,后者则可以将芯片内部的漏电流削减到原先的1/70,相信这两项技术已逐渐融入NVIDIA的新一代产品中,使之能够获得理想的节能表现。假如NVIDIA能够在移动GPU中也快速导入这些技术的话,那么有望改变长久以来移动GPU能耗一直高于AMD的情况。
宏观角度的节能:将任务分配给能效最高的部件
如果将注意力放在处理器、GPU局部,固然可以实现能源效率的提高,但未必能够做到能源利用的最佳化。我们知道,CPU适合处理带分支预测的转向程序,而GPU适合3D渲染和高并行,不带分支的计算程序,假如让CPU来渲染3D图形,那么后果可想而知,在提供与GPU相同渲染性能的条件下,CPU所耗费的能源也许是GPU的100倍以上;这个例子告诉我们任何一项计算任务,应该交给最适合处理该任务的计算芯片,这样才能够实现能源利用的最佳化。
但在现实应用中,违背此种情况的例子随处可见,比如气象模拟DNA排序之类的科学计算都涉及到大量的复杂浮点运算,通常需要大型计算机方可胜任,而大型计算机中负责运算的则是微处理器。事实上,如果采用GPU来处理这些任务,那么效率会高出10倍以上,这意味着系统只要消耗少得多的能源,就能够完成同样的任务。在这个领域,NVIDIA目前同样居于领先地位,它所推出的CUDA平台在通用计算领域占据事实上的垄断,借助CUDA,开发者可以编写出GPU加速的计算程序,从而实现能源效率的大幅提升。
值得一提的是,通用计算同样可以用于普通的PC用户比如说现在的图像处理、Flash播放都是依靠CPU进行的,在执行这类任务时,CPU占用率正常都在100%,假如能够支持GPU加速,那么任务可以完成得又快又好,所耗费的能源也要低得多。
随着GPu通用计算的不断成熟,GPU会承担越来越多的浮点计算任务,包括物理计算、光线追踪、图像处理,3D桌面,Flash播放,PDF阅览等许多应用领域。
存储系统的节能:使用绿色产品
硬盘本身已经是一个功耗很低的部件,继续在硬盘身上挖掘剩余能源显然是不现实的,因为目前硬盘工业最紧要的问题是提升性能而非降低功耗。不过事事无绝对,随着应用的个性化,硬盘产品也出现包括发烧性能、节能这样的产品细分。
西部数据的GreenPower绿盘是节能硬盘的典范,这类节能型硬盘通常只有5400rpm的速度,而且在没有寻道,读写动作时可以处于休眠状态,因此它的读写性能要比常规硬盘慢一些,好处就是功耗只有常规硬盘的60%左右,每个硬盘平均可节省4-5瓦电能――对PC而言,区区4~5瓦功耗算不了什么,但对拥有成百上千个硬盘的数据仓库来说,所节约的能源就非常可观。因此对大型企业,数据中心等单位来说,改用节能型硬盘是降低运营成本的有效举措。
另一项节能措施就是根据情况,及早更换新款、大容量的硬盘。硬盘的能耗主要取决于电机系统,而与容量没有多大关系,一个1TB的硬盘,消耗的能源甚至可以比一个100GB硬盘还要低,那么用一个1TB硬盘来代替10个100GB硬盘,间接起到的效果就是将能耗值降低整整90%。因此对数据中心来说,虽然更换硬盘需耗费一定的成本,但从综合角度来看也许仍然划算。
LED助力显示系统的节能
LCD显示产品的功耗主要来自于背光系统,比如22英寸产品一般用2根CCFL灯管,24英寸以上就要使用4根,至于大尺寸液晶电视一般都具有8根灯管以上,否则无法满足符合要求的亮度输出。改用LED背光技术为LCD产品打开了节能的窗LED是一种半导体发光器件,属于片状光源,早期LED器件发光效率只有30im/w(流明佤)左右,而CCFL发光效率基本都在601m/W(流明/瓦)级别,在提供同样亮度时LED背光耗费的电能要比cCFL灯管高一倍。但在日亚(Nichia)为首的工业界的努力下,LED器件的光效逐年快速提高,目前商品化LED的光效普遍超过1501m/W,节能特性已全面优于CCFL。
片状光源的性质让LED光源在配置上有更高的灵活性,从而为进一步节能打下基础――夏普在自己的液晶电视产品中引入了一种区域点亮(Local Dimming)技术,该技术采用直下型LED背照灯,1个画面被分割成多个区域,根据每个图像显示区域的亮度对LED进行点亮。夏普表示,该技术可以将液晶电视的即时耗电量减至原来的1/3,年耗电量减少一半,节能效果非常显著。
OLED显示器被视作LCD的接替者,从原理上讲,OLED构件更为简单,它就相当于一个可以在像素级别进行控制的LED器件,无需像LCD那样需经过液晶板的遮挡,输出的亮度直接抵达人眼。这种简单的结构赋予OLED出色的低能耗特性。只是受限于寿命问题,OLED产品预计在2012年前都很难进人实质性的商用化阶段,尽管如此,业界对这项革命性技术仍然高度期待。
云计算降低IT环境的整体能耗
无论是IBM,SUN还是Google,都将云计算视作计算工业的未来形态,IBM侧重于构建云计算的基础环境,SUN则实质性地推出硬件产品,而Google却推行着Gmail,Google Apps在内的多种云服务。假如云计算模式能够成为主导,计算能力变为像水、电一样的基础资源,那么整个社会的IT环境耗电开支将会大大下降――尽管云计算需要大量强有力的服务器作为后端,但用户的终端设备可以实现“瘦身”和“低能耗”化,比如像智能手机这种级别的硬件就能够通过云计算平台畅玩大型3D游戏,高性能,高耗电,结构臃肿的PC机不再必要,由此可以节约出大量的能源。
从能效比的角度来看,云计算模式优于传统的Pc应用,因为在云计算体系中,PC的能源浪费实际上被彻底杜绝,而服务器本身可以根据负载的需要进行部署,这意味着每一份电力都可以物尽其用,不会在闲置中白白浪费。
服务器的节能:低能耗平台、严密的监控与专用途设计
大型数据中心每个月动辄需要花费数百万的电费开支,如果能够降低服务器的能耗,就意味着企业能够出现可观 的“额外利润”,正因为如此,企业用户对服务器的要求不再仅仅只是性能,低能耗的产品更受欢迎。
对拥有许多服务器的数据中心来说,如何从整体上保证能源使用的最佳化就成为个难题。在这个领域,IBM公司推出的EnergyScaIe技术堪称典范,该技术应用于IBM Power 6服务器系统中,它可以不停地收集服务器的功耗数据,并将这些数据显示在IBM的“Systems Director Active Enemv Manager”功耗管理软件中。通过这些数据,管理员可以预测一天一周或个月内数据中心的电能消耗情况,并对负载进行管理调控。假如所使用的服务器系统支持power capping功能的话,管理员还可以直接设定一个合适的最高功耗水平、强迫服务器的整体功耗不超过这一设定值。此外,IBM服务器还支持Power Saver Mode省电模式,该模式允许管理员将CPU电压和频率下调一个固定的百分比,借此达到节能的目的。Power Saver Mode在实际应用中可以发挥不俗的效用,它可以将服务器平均功耗降低20%-30%之多。另外IBMPower 6处理器使用了一种名为“Nap”的低功耗模式,可以在无任务状态下停止处理器的执行,以此来降低功耗。假如操作系统处于空闲状态,Nap可以将整体能耗降低30%-35%而当操作系统繁忙时,Nap也可以实现10%的功耗降低。最后,Power 6也支持类似speedStep的节能技术,它可以动态地调整处理器的频率和电压,从而有效降低运作功耗。
服务器节能的另一个方向就是采用专用途的芯片,该领域的成功案例就是SUN的UltraSPARC T2(代号Niagara 2)平台,UltraSPARC T2拥有8个内核和64个线程,它的浮点运算功能非常弱小+而重点强调多线程的事务处理能力,因此虽然拥有8内核,但处理器的能耗也不到95瓦。UItraSPARC T2的每个线程都可以独立运行一个操作系统,因此理论上一枚UltraSPARC T2处理器可以最多支持64个系统并行,在Web服务器,邮件服务器,文件服务器在内的事务处理任务中,UltraSPARC T2的每瓦性能达到英特尔Xeon平台的2.5倍,它也因此成为事务处理能效最高的服务器处理器。
专用化思想也蔓延到大型计算系统的构建,譬如在以浮点计算为主的集群系统中,GPU cell之类的协处理器被大量部署,这种设计比传统的单纯依靠处理器的模式更为科学。假如任务足够单一,那么硬件系统可以更为专业化在很多时候,CPU反而可以成为配角,而依靠高效率的协处理器进行运算。与通用设计相比,这种专用设计虽然任务弹性很低,但在完成单一任务时可提供相当优秀的能源效率。
关键词:既有建筑;节能技术;价值工程;优化
中图分类号: TE08 文献标识码: A
前言
节约能源和可持续发展,已成为21世纪世界各国发展的重要目标之一。20世纪70年代的石油危机给人们敲响了能源危机的警钟,同时也让人们逐渐认识到节约能源和可持续发展的重大意义。建筑节能,尤其是既有建筑节能,是关系我国经济社会可持续发展全局的重大问题。全面开展既有建筑节能工作,有利于减少建筑能耗,节约能源;有利于减少温室气体排放,减轻大气污染、改善环境质量;有利于传统建筑业的改造和提升,转变城乡建设调整经济产业结构,实现我国建设事业可持续发展战略。
1 既有建筑节能技术发展史
在节约能源和可持续发展的演变发展过程中,相继经历了三个阶段:第一阶段,20世纪70年代至80年代末,节能主要是缘于“安全推动”,主要通过减少能源使用和保持能源稳定等手段确保各国经济、社会的有序发展;第二阶段,20世纪90年代,节能主要是缘于“环保推动”,主要通过提高能源效率和减排CO2等手段保障全球经济、社会的健康发展;第三阶段,从21世纪初至今,主要是缘于“能源价值推动”的推动,表现为基于循环经济的理论,大量使用可再生能源,充分利用建筑的功能保持建筑热量,用有限资源和最小能源代价获取最大经济和社会效益,既满足人类对资源日益增长的需求,又减少建筑耗能对环境质量的不利影响,进而推动全球经济和社会的可持续发展。
2 国内外研究现状与趋势
国内外建筑节能技术研究与应用的新进展主要体现在建筑设计节能技术、建筑设备节能技术和热回收、废热及可再生能源利用技术三个方面。
(1)建筑围护结构是建筑和与其共生环境之间发生热交换的直接途径,是节能设计研究热点。例如,复合墙体结构技术能大大增加墙体保温隔热性能。
(2)门窗是耗能的最大部位,热损失率达40%。根据季节不同,合理选用双层玻璃中充填气体,节能效果大大提高。
(3)屋面也是建筑物传热的一个重要途径。在屋面保温隔热节能方面,国外主要大多采用坡屋顶,同时加强绿色屋面、双层屋面、植被屋面及植被的物种、生长特性的研究。
(4)HVAC系统节能措施。HVAC系统是供热、通风、空调、制冷系统的总称,其能耗在整个建筑能耗中占有相当大的比例。因此积极采用各种节能技术降低HVAC系统在整个建筑中的能耗也是建筑节能的一个重要手段。
3 既有建筑耗能的影响因素
建筑能耗有广义和狭义之分,狭义能耗是指在建筑物使用过程中的能耗,主要包括建筑采暖、空调、热水供应等方面的能耗,即民生能耗;广义的建筑能耗是指建筑寿命周期能耗,包括建材生产与建筑建造过程的能耗、建筑运行使用能耗及建筑报废拆除回收能耗。这里讨论的是广义的建筑能耗。
伴随着生产活动的进行,人类也在不断的消耗自然资源和能源。对建筑的全寿命期而言,建筑耗能涉及到建材的开采加工、建造前的建筑设计、建造及正常的运行维护和建筑拆除、垃圾回收等生产活动过程。建筑耗能的影响因素可归纳为如下三类:
4 既有建筑节能改造技术方法
4.1我国的既有建筑耗能分析
(1)既有建筑规模大
我国既有建筑规模十分巨大,在全面建筑小康社会目标的指引下,城镇化加速发展,预计到2020年底全国房屋建筑面积达平方米。全国房屋建筑面积增长趋势,见图1。
图1 全国房屋建筑面积增长趋势
(2)既有建筑耗能高
我国各建筑气候区既有建筑维护结构95%为传统的实心粘土砖;门窗普遍不密封保温,除严寒地区使用双层窗外,其它普遍使用单层窗。与气候条件接近的发达国家相比,我国建筑外墙保温隔热性能相差4-5倍,门窗气密性差3-6倍,单位建筑面积的采暖能耗约为同等条件下发达国家的3-6倍。此外,我国建筑采暖基本上以燃煤为主,对环境的影响比用油、天然气采暖的发达国家更加严重。国内外建筑护结构传热系统如图2所示。
图2 不同国家建筑结构传热系数对比
按照现在我国每年住宅建筑发展规模,建筑能耗增长速度将大大超过能源生产增长的速度,建筑节能工作抓得越晚,不但材料生产耗能越多,而且耗能建筑也越来越多,国家对建筑耗能的负担越来越沉重,今后住房节能改造的任务也必然加重。
5 既有建筑节能技术的优化
5.1 建筑节能技术优化方法
如果将建筑耗能的影响因素看成一些状态参量,那么既有建筑节能技术优化就是指利用的技术手段,如计算机软件模拟、事宜的算法等,研究如何合理地确定单个或多个状态参量的值,或者在一切可行方案中选中最优方案的过程,达到预期目标。目前国内外建筑节能技术优化手段主要有三种:一是利用计算机模拟软件辅助优化设计,二是利用适宜的方法进行技术方案优化从而达到建筑节能的目的,三是通过改变系统中单个或多个变量的参数达到建筑节能的目标。
5.2基于价值工程的既有建筑节能技术优化
5.2.1价值工程及工作方法
价值工程又称价值分析,以谋求最低的产品全寿命周期成本,可靠地实现使用者所需的必要功能,对产品的功能成本进行有组织的系统分析的一种技术方法。
价值工程是一种系统化的应用技术,通过对产品或服务的功能分析,建立功能的货币价值模型,以最低的总费用可靠地实现必要的功能,其数学模型可用公式(1)表示:
(1)
式中:
——研究目标的价值;
——第i组分的功能;
——第i组分的寿命周期成本为产品从设计制造到交付使用,直到报废为止的全寿命期生产费用和使用费用之和,即;
——第i组分功能权重系数;由不同组分对住宅建筑节能的贡献大小决定;
——表示一个完整方案中组分数目。
价值和功能关系见图3。
图3 价值和功能关系
图3中,是产品运行成本费用,是产品的生产成本费用。随着,产品功能F的逐渐提升,产品的生产成本逐渐增加,而当产品功能F很低时,产品的运行费用是较高的,产品的功能越好,使用成本越低。倒置抛物面C为上述和二曲线的叠加最低点B反映了二种费用总和效应的最低点。图中阴影部分为不可取区域,即尽管生产成本低但由于运行成本高,产品功能低,其总和效益仍然不高。
价值工程是一项有组织的管理活动,运用价值工程的表述可通过对建筑功能和成本的比较,在建筑产品的全寿命周期中以最低成本可靠地实现使用者所需的功能。
6 总结
相对新建筑节能而言,既有建筑的节能改造技术更为复杂,更强调节能技术的优化,对科学评价节能效益方法的需要更为迫切。既有建筑的节能是建筑节能工作的主要领域和困难所在。为了建设节约型社会,必须在加大力度推行新建筑的严格节能标准的同时,深入开展既有建筑的节能技术优化和评价研究。
参考文献
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[4]刘玲.价值工程(VE)与建筑节能.工业建筑
[5]陈顺治.推进建筑节能的政府行为与政策研究,博士学位论文.云南财经大学
一、深入学习,对标先进。通过这次区委、区政府组织的到江苏六市考察学习产业转型升级、园区建设、文化产业、重点项目建设、科技创新等方面的好经验好做法,开拓了视野和思路,提升了标准和境界。对比江阴等先进地区的城镇化建设、常州五地的工业园区建设情况,对照我区还需进一步狠抓技术升级改造和淘汰落后产能工作的落实,提高抢抓机遇、创新发展的主动性和积极性。但与此同时,也进一步增强了创新发展、规模化产业化发展、低能耗高回报发展的信心和决心。
二、二次创业,理念创新。做好二次创业工作,创新理念必不可少。对标省外的江阴,对标省内的龙口,我们在园区发展、项目投入上有差距,在发展理念、创新精神上更有差距。因此,我们必须善谋全局,常怀远虑,跳出临淄看临淄,站在全省、全国坐标系中审视自身的发展,敢于同发达城市、先进地区竞争赶超,善于同世界一流企业、顶尖人才对话合作。下一步,经信局将按照区委、区政府部署要求,紧紧围绕企业"二次创业",立足职能,加大措施,全力搞好服务工作。一是进一步深入发动,组织企业制定完善发展规划,明确创业目标;二是继续加强培训,提高企业家创业意识;三是抓好项目建设管理,提前谋划建立明年项目库;四是进一步帮助企业解决困难问题,及时收集汇总企业需求诉求,加大协调办理力度,破解企业二次创业瓶颈。
三、联系实际,真抓实干。经信局作为临淄区工业经济的主管部门,本着服务我区企业,带动我区工业经济发展的宗旨,从上到下打造真抓实干的工作作风,对2017年做好以下工作
1,全力保障工业经济平稳运行。做好模以上工业企业的排查培育,加强经济运行监测分析,及时了解企业发展中的问题并积极帮助解决。
在“十二五”期间将重点发展的战略性新兴产业中,干支线和通用飞机等航空装备制造是高端装备制造产业的重要分支,有关支线航空和通用航空的市场配套基础设施建设,以及空域管理体制改革等也将受到重点推进。这一系列的改革和发展信号,意味着我国通用航空的发展具有无限潜力。特别是从2010年开始,我国低空空域逐步开放,有关人士预测,到2015年我国将拥有通航飞机4460架,其中新增3230架,按单架飞机平均价格500万元,产业拉动比例1:10估算,年均市场需求320亿元,较过去5年的平均需求70亿元增长3.6倍。此外,包括运营、服务、维修、培训、空管系统、飞机制造等在内的整个通用航空产业链也将迅猛发展。
家电行业:节能是重要主题
“十二五”期间,在产业升级、低碳节能的主导趋势下,家电产品中的能效标准将会涉及范围更广、实施标准更严,不符合标准的低能效家电产品将被迫退出市场。市场的竞争焦点也越来越集中于产品技术创新,企业也只有通过技术创新,实现产品的不断升级,才能避免由于价格恶性竞争带来的盈利能力下降,才能在未来的消费升级趋势下,保持较强的市场竞争力。
节能减排:面临发展新契机
从十七届五中全会会议公告来看,政府落实节能减排的决心和目标超出预期,环保行业在政策和资金上将得到很大的支持,“十二五”将是环保行业的黄金发展时期。在“十二五”期间,预计我国环保投资将达到3万亿以上,未来5年行业复合增长率至少有20%,到2015年将达到GDP的7%~8%,到2020年环保将成为国民经济的支柱产业。就节能减排的细分行业而言,以下四个投资方向值得重点关注:节能技术和相关产品的推广,重点领域是工业节能的电机节能和余热、余压利用;资源回收领域和综合利用领域,重点是核电燃料回收、海水综合利用等;“三废”治理中,重点关注脱硝政策出台和垃圾焚烧事业的破冰;撬动节能环保产业的相关专业中介服务等。
云计算:第四次IT革命
所谓“云计算”,是指一种基于因特网的超级计算模式,通过建立大型的、集中性的远程计算中心,为普通用户提供安全、快速的数据存储和网络计算服务。云计算产业被认为是继大型计算机、个人计算机、互联网之后的第四次IT产业革命。云计算在目前甚至是未来几年内在中国仍是一门新兴产业,其未来的发展尚有赖于云计算知识的普及以及相关使用者的评价和反馈。有关人士预测,未来五年云端服务的平均年复合增长率可望达到30%以上,发展速度是传统IT行业的6倍以上。
关键词:建筑节能;现状;节能技术;节能理念
Abstract: The energy problem is to restrict our country economy development and the improvement of people’s living standard, the building energy consumption is the total energy consumption in the proportion of relatively easy and improves part. Innovation idea of architectural energy saving and explore energy saving technology is to improve the energy utilization rate is the most important way.
Key words: building energy conservation; present situation; energy-saving technology; energy saving concept
中图分类号:TU201.5 文献标识码:A 文章编号
能源是经济发展和科技发展的关键因素,与我们的衣食住行息息相关,而能源紧张是当今社会所面临的现状,已成为未来发展的关键制约因素。2007年,中国国务院新闻办发表的《中国的能源状况与政策》白皮书指出中国虽然拥有丰富的能源资源,但人均占有量却处于世界较低水平行列,其中,煤炭和水力资源人均拥有量相当于世界平均水平的50%,石油、天然气人均资源量仅为世界平均水平的十五分之一左右。如何解决好能源问题已成为当今社会发展的重要任务之一。
据统计,建筑能耗占全国能源消耗三成左右,建筑节能对缓解能源危机有着十分重要的作用。建筑节能是指在建筑材料生产、房屋建筑和构筑物施工及使用过程中,满足同等需要或达到相同目的的条件下,尽可能降低能耗。现阶段,建筑能耗主要集中在两方面,即室内温度调节及其他家用电器能耗。室内温度调节主要是采暖及减低室温。
目前我国城市一般采暖主要是暖气片式的集体供暖与地暖,而乡村则大多是单户锅炉式供暖。这些供暖方式或依赖煤炭或依赖电力来提高室内温度,由于冬季采暖是一个连续三个月不间断的过程,能耗大且会引起环境污染。近几年来,为了节约采暖能耗,许多研究者开了新的采暖模式,较为典型的有硅晶地暖和阳光天暖。硅晶地暖采用优质专用材料制成,其具有固定的电阻值,在短时间内就可以达到指定温度,其电能几乎全部可以转化为热能,热效率极高,因此节能效果也很明显。此外,阳光天暖也是具有代表性的新型节能设备。所谓阳光天暖就是将固态的热射板固定在室内的天花板上,一般一间屋子固定一二块即可,天暖是运用红外低温辐射原理设计的电能采暖设备。身临家居中,如沐春天里,那么温暖、温存、温馨、惬意。好似阳光沐浴,故称阳光天暖。发热元件可为中高温PTC电热膜或高强度光导发热丝缆。薄膜的反面贴着是2.5厘米厚,高密度玻璃纤维板,正面覆盖着颗粒状远红外辐射涂料,由铝合金框架将整个薄板牢固。热射板发出99%输入能量的热射输出,即电热转换效率为99%。
而我国家庭在夏季一般采用空调调节气温。空调的功率大,耗电量高,随着人们生活水平的提高,一般家庭中都装有两三台空调,在炎热的天气里,如果整个居民区同时开启空调设备,那么耗电量可想而知。由于高耗电量,一些电缆常常因承受不住高压而受到损坏,导致电路受阻,不得不停止供电,反复维修,不但消耗了大量的电力能源,而且还加大了维修费用,干扰了居民的正常生活。
其他家用电器能耗包括洗衣机用电、电视机用电、照明用电及电脑用电等。这些能耗虽不及采暖及空调能耗,但其总量也很可观。随着人们对物质生活追求的提高,家用电器也多了起来,各种花式照明灯及各种电动装饰开始走入普通家庭。这些用具在一点一滴中催促着电表的行动步伐,背后隐藏的是能耗的增长。一般越发达的城市耗电量越高,而百分之五的高收入人群的家庭能耗占全国的百分之二十以上,这说明家用电器的奢侈消费促进经济发展的同时,也造成了严重的能源耗费。
现阶段,建筑节能已经不再是一个口号,它已经深入到我们生活的各个细节,抓住生活中的点点滴滴,提高能源利用率是我们每个公民应尽的义务。
做好建筑节能首先人们要在意识上树立起节能观念。居民是能源的使用主体,其节能意识直接关系到能源的消耗量。有些家庭不注意节约用电,当家中无人时电器还开着,不仅给自己带来一定的经济损失,还造成了能源的浪费。尤其是一些办公楼,由于是单位缴纳电费,员工常常一进办公室就打开空调,直到下半时才关闭。而使用中央空调的单位,每个办公室不能自己调节温度,往往总控制室会温度调的很低而满足大家的避暑要求,因此员工有时会抱怨温度太低而要披毯子。这些错误观念导致的能源浪费是应该人们重视的。对此,我国一些省份开始执行计划用电,家庭用电超标的用户除缴纳基本电费外,还要缴纳附加费,希望以此来警示人们节约用电。建筑节能主体的选择是制约能耗量的关键,只有人们不断提高节能意识,注意生活中的用电的点点滴滴,才能真正将能源用到实处。
其次,建筑公司还应在建筑理念核技术上不断创新,对已有建筑和在建建筑、未来规划项目进行合理的规划与调整。我国的能源结构不同,因此所利用的能源一般也就有所差别。但从整体来看,居民区的建设已经开始趋向于采用环保、节能为一体的新兴技术。然而,这些新技术、新设计理念一般只针对在建建筑或规划建筑,对旧有的居民区很少关注。这主要是因为旧有建筑区的居民已经形成固定的能耗模式,而且建筑商在交纳房屋时已经完成交易,不会额外对这些居民实施线路、管道改造,新的能源结构和技术应用于新建的建筑似乎更有意义。其实不然,从居住现状来说,已有建筑是人们居住的地方,是能源消耗的主体,改造现有建筑能源布局更具有现实意义,能源是有限的,在现阶段浪费,而计划在未来节能的想法显然是荒谬的。从能源的整体利用来说,我们应该做好现阶段的节能及节能技术在未来规划中的合理应用。
从根本上来看,提高能源的利用率无疑是节能的最有效途径,而提高能源利用率就需要我们不断的创新理念,发掘新的节能技术。
新的节能理念应该是将环保、节能、舒适相结合,充分利用地缘结构和气候特点来替代不可再生的能源消耗。当前可操作的节能理念主要有以下几种:一、利用风能、水能等发电,支撑建筑用电量。风能、水能发电的技术早已得到应用,三峡发电站就是一个典型的例子,但作为建筑用电的主要来源,还尚未普及。像南方的一些地方水源充足,内蒙古、西北地区又多风,将这些水能、风能充分利用,以满足人们的用电要求既可以节省不可再生能源,又可以起到环保作用,可谓是一举两得。二、利用自然环境来吸取热量或遮挡寒风,以此来保证室内温度适宜。现今人们越来越喜欢树木茂密,较为安静的居住环境,在这样的环境中不但可以感受到大自然清新的气息,而且由于树木遮挡了阳光的照射和风沙的侵袭,温度较为适宜。若在建筑物的周围也以树木来遮蔽,那将会延缓了冬季和夏季的周期,也必将节省采暖及降温消耗的能源。
节能技术是利用物质条件、应用方式或其他可再生资源来提高能源的利用率或替换能源结构。赵刚在《建筑节能技术选择若干问题探讨》一文中,将建筑节能技术作了如下解释:“建筑节能技术是一种以建筑节能科学为基础,同时需以不影响人们感觉舒适度为前提的包含了建筑、施工、采暖、通风、空调、照明、电器、建材、热工、能源、环境、检测、计算机应用、管理等多个领域的综合性技术。”可见,建筑节能包含了居住、生活、环境的各个方面。节能技术是一个整体的规划,首先要确定房屋的常年风向,建立通风设施,集体供暖或使用中央空调的单位,应根据户外的温度调节室内温度。另外,还要控制输送管道的调节作用,替换旧有的能耗高的供热设备等。此外,人们在不断研发新技术的同时,又在思索在没有电器的古代,人们是怎样抗寒抗暑的?从古史记载来看,古人在设计建筑物时尽量挑取那些遮蔽度高的材质,在严寒的冬季,人们用暖炉取暖,而会收集一些冰块,储存于地窖之中。待酷暑到来时,则将冰块取出,打碎,洒在屋内各个角落,这种人工祛暑法相较于现在的空调去热虽然有点笨拙,但与利用自然界可利用的物质来改善我们能源紧张现状的思路有异曲同工之处。
总之,节能是发展的必要条件,建筑节能就是要充分利用一切可再生能源和先进的节能技术去提高能源的利用率,缓解能源紧张的现状,从自然条件与地缘条件出发,寻求适合当地建筑及环境的方式去改善能源利用结构,将自然、居住环境、人的需求融洽的结合起来,追求人与自然和谐共生的状态。当然,建筑节能尤其是家庭能耗需要人们意识的转变,真正认识到节能的重要性,注意生活中的每一个细节,使节能从生活点滴做起。
参考文献:
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【关键词】港口;皮带机;传输系统;节能技术
1.前言
皮带机的发展已经有一个半世纪,而作为带式传输机,它能够很好地运输散装物料,拥有高速度、自动化、连续性的特点。港口装卸货物多采用皮带机传输系统,能够减少运输投资和维修费用。采用皮带运输机是物料输送中最经济的方式,随着我国国民经济的发展,带式输送机的运送量与运输效率都有了提高,但是相比发达国家来说,我国皮带机传输系统仍然存在很大的发展空间,电动机和拖动设备比外国要比较低,并且系统的运行效率不高,在节能方面,我国皮带机传输系统技术落后,装备水平达不到标准。因此必须提高我国港口皮带机传输系统节能技术,本文将从我国港口皮带机的发展进行阐述,并且找出运输系统落后的原因并提出节能措施。
2.皮带机传输系统加强节能的重要性
2.1 电动机能耗现状
电动机节能是皮带机传输系统节能的重要组成部分,也是整个工业界节能的重点。我国与国外相比,以美国为例,我国的电动机能耗与美国相距甚大,美国于1997年以立法形式确立了高效电机运行,并且早已经推进使用电机节能技术,为美国工业界节能15%。就我国目前情况来看,虽然国家发改委已经颁布节能规划,但是我国的电动机能耗比起美国仍然处于落后水平,低于先进水平20%~30%。因此改造电动机成为推进皮带传输系统节能的重要措施。
2.2 皮带机传输系统的特点
一般来说,皮带机传输系统分为管理级、监控级、控制级和现场级,管理级负责监测企业的运行状况,通常由行政管理人员使用,对所得数据进行分析监测,预测可能出现的情况。监控级一般采用现场总线控制,运行员操作站、工程师站和计算站属于监控级的设备。控制级一般用于中控室综合操作,确保系统的运行或者停止;现场级是以电气控制系统、驱动系统和运输系统为主要设备,负责现场输送。在四个级别中,现场及最耗费能源,而在现场级中电动机为主要设备,因此需要加强对电动机的改造,减少能源消耗和运输成本。
2.3 “节能减排”的重要性
“节能减排”是目前世界环保发展的重要措施,目前节能减排面向建设能源节约型发展,只有在节能减排的基础要求上才能创造更多的财富。节能减排措施的实施能够促进企业的竞争力,提高资源能源的利用率。节能减排能为企业节省生产成本,并且提高设备的运行效率,并且能够提高设备的使用寿命,减少企业设备维修费用,最终提高企业的经济效益。
3.港口皮带机传输系统的缺陷
3.1 电动机多采用传统的起动方法
目前我国电动机的传统起动方法有全压启动、降压启动和变频启动三种。这三种起动方法都有自身的优缺点。其中全压启动成本低,有较高的稳定性,能够促使电机高转矩和缩短加速时间,其缺点是增加了电流冲击,促使电流冲击变大甚至最大值能够达到额定电流的5~7倍,对电网的冲击过大,促使电网使用时限缩短。降压启动能够明显减小起动转矩,但是难以自动连续调节电压,起动转矩一旦确定便不可调动,在启动过程中,可能会产生二次冲击电流。变频启动相比前两者要更加使用频繁一些,它不仅能够调节点击的电压以及电压频率,在启动时能够保持电压和频率的比值不变,并且它能够最大限度地起动转矩到额定转矩的10倍,电流也保持在1.5倍左右,但是使用变频器起动会为企业的经济造成很大的影响,促使企业投入资金成本很高。
3.2 港口皮带机传输系统效率低
港口皮带机使用效率低下主要是由于低效电动机的使用,由于负荷特性和电动机输出转矩特性不一致,电压和频率的比值变动幅度很大。一旦电动机带着低负荷工作,那么传输速度就会减慢,运输效率减低。要想电机高速度运作,必须保证负荷和点击额定输出功率匹配,才是最高效的运作方案。在设计皮带机时,为了确保点击能够正常启动,应该选用额定功率较大的电动机,这样才能确保港口皮带机传输运送系统能够正常平稳运行。在选择减速机和电动机的时候,必须遵从“等级靠大不靠小”的原则,选择惯性力矩较大的机械设备就必须配合较大功率的点攻击,确保电动机能够经常处于轻载状态。另外由于堆料和取料皮带机上容易出现物料堆放不均匀的状况,可能导致皮带机的运行负荷超过额定的负荷标准。这些是导致电机使用效率低下的原因,不仅会导致使用效率低下,而且会增加电路不必要的损耗,电网的使用时限也会减少。
4.如何促进港口皮带机传输系统节能工作的进行
4.1 自动控制皮带机传输流量
皮带机流量自动控制技术是为了防止皮带机运行负荷变大的技术,它能够促使皮带机上的物料具有更强的连续性和物料堆放的均匀性。皮带流量自动控制技术是通过检测皮带机实时传送量来对其运行速度进行控制调整的技术,它能够帮助操作人员及时调整物料堆放情况,并且能够保证皮带机运行的稳定性。只有皮带机上的物料在堆放均匀连续的情况下,系统的耗电量才会降到最低,对电路的损耗也在电网可以承受的范围许可内。这种技术目前已经运用于实践,它不仅降低了系统能耗,而且能够为物料传输缩短时间,提高工人的工作效率。
4.2 改变电动机连接方式
电动机的连接方式有三角形和星形两种,其中星形接法的点击所需要的励磁无功功率是三角形接法的1/3。目前我国浙江舟山港和连云港都采用了三角形接法启动电动机,利用星形接法运行皮带机,目前已经取得较大的效果。同时连云港采用了XZS系列节电器对-Y接法进行反复切换,这不仅能够解决电动机频繁启动的难题,而且能够很大程度上节约电能,为企业的发展也节省了电动机维修费用,避免了不必要的损失。
4.3 减电机运行节能技术
在一些运输系统皮带机额定能力比较大的港口,基本上会有两台或者以上的电动机作为驱动,而且在皮带机的运行过程中,都是所有的电机同时投入使用。但是在运送过程中,皮带机上可能出现空载或者轻载的情况,这使得电机的损耗加大,造成了资源的浪费。因此必须通过采取减电机运行节能技术对运行点击的数量进行实时改变。虽然这是一种比较新型的节能技术,但是目前在秦皇岛港口实施后取得了显著的节能效果。减电机运行节能技术是指通过随时根据皮带机负载量的大笑来更改电动机的起动数量,以此来达到节能效果。而秦皇岛港口即采用了皮带双击启动、单机助力消耗运行技术将降低了企业能源的消耗。
5.小结
在科技迅速发展的当代,“节能减排”已经成为全球企业共同的意识,因此港口皮带机传输系统也应该做好节能降耗工作,确保高效利用能源,降低不必要的能源损耗。电机节能是港口皮带机传输系统既能的重要组成部分,避免国家电力资源的浪费,提高电机系统的能源利用率是企业皮带机传输系统的必要措施,不仅能够节约能源,而且能够保护环境,同时能够为企业创造更好的经济效益。
参考文献
[1]倪晓东,李占军.港口皮带机传输系统节能探讨[J].才智,2011,12(30):34-36.
[2]张奎.论港口皮带机的节能[J].中国新技术新产品,2011,7(5):94-96.
全自动上下卷技术
为追求更高的工作效率,凹印企业要求设备的运转速度越来越高,但这样做带来的问题就是,上下卷的频率越来越高,操作人员的劳动强度越来越大。为此,全自动上下卷技术应运而生。
全自动上下卷技术通过机械手的逻辑控制,实现料卷从上卷到定位的自动控制,用机械结构替换了原来的人工操作,由原来的双人操作上下卷变为现在的单人操作上下卷,节约了人工成本和印前的准备时间,提高了生产效率。
在生产过程中,全自动上下卷技术通过精确测量检测,将不同卷径、不同料宽的卷筒料自动升至装夹工位,然后升降装置自动将成品卷筒料由设备工位移出,在升降过程中自动检测原料和成品的重量,与生产管理工作相互衔接,替代了人工搬运的方式,不仅解决了设备要发挥正常效率而辅助功能无法满足的瓶颈,而且大大提高了生产效率,降低了劳动成本,减少了操作人员的劳动强度,保证了工作环境的绝对安全,使生产和管理得到了有机的统一。
全自动裁切技术
采用全自动裁切技术后,整个全自动裁切过程只需将料卷放置在放料架上,之后的裁切过程无需人工参与,即可完成整个裁切动作。
全自动裁切的主要过程:①放卷A轴计算卷径小于等于控制系统HMI设定的回转卷径时,回转架转动,裁刀大臂下落到裁切位置,同时放卷B轴预驱动与主机线速度同步;②放卷A轴料卷根据速度和料膜厚度计算出压辊直径;③裁刀压辊压下,完成裁切动作;④放卷裁切完成后,系统自动计长;⑤当料长走过机身料长+3m时,收卷并完成自动裁切。
以厚度为0.018mm的BOPP薄膜为例,全自动裁切可将料卷残料长度控制在10m以内。全自动裁切技术在凹印设备上的应用,减少了设备对操作人员的依赖,提高了工作效率,也提升了设备的自动化和智能化水平。
智能预套印技术
智能预套印技术的应用主要是在初期对版过程中,减少操作人员使用标尺手动对版的步骤,直接利用版辊上的键槽和版面上的马克线(如图1所示)一一对应的关系,通过版辊机械零位的自动确认,实现初期对版过程。
初期对版过程完成之后,系统根据色间料长的计算,版辊的相位自动旋转到可实现自动预套准的位置,自动实现预套准功能。
带有下递墨辊的半封闭墨槽
带有下递墨辊的半封闭墨槽主要由下递墨辊和墨槽构成(如图2所示),与带有电机的传统递墨辊相比,其结构简单,减少了传统递墨辊的驱动电机和传动系统,主要特点如下:
(1)可有效防止在高速运转状态下的甩墨现象。
(2)半封闭墨槽可减少有机溶剂的挥发,保证在高速印刷过程中油墨的稳定性。
(3)油墨的循环使用量由原来的18L左右减少到现在的9.8L左右,减少了油墨的循环使用量,同时也减少了油墨的浪费。
(4)由于下递墨辊和版辊之间始终保证有1~1.5mm的间隙,在下递墨辊和版辊对滚过程中,可有效促进油墨转移到版辊的网穴中,从而更好地实现浅网阶调还原。
智能数据管理系统
智能数据管理系统(如图3所示)是针对凹印设备开发的数据管理平台,主要功能如下:
(1)可通过无线(WIFI)和有线(宽带)两种方式进行访问。
(2)现场智能数据平台可读取选定机台控制系统的运行参数和状态,实现必要的监控和参数备份存储,同时还可读取控制系统HMI内的所有配方参数,然后进行存储。
(3)现场智能数据平台(机台工控机)可接受远端智能数据平台(如办公室电脑)下达的工艺参数和相关订单要求,并实施授权来决定是否将远端智能数据平台下达的工艺参数下达到控制系统HMI。对于现场智能数据平台下达的新的工艺参数,须人工操作建立新的配方,若不建立配方,则只能作为当前配方临时参数使用,系统断电后不做存储。
(4)现场智能数据平台保存配方的方式是唯一的,即从控制系统HMI读取再保存。
(5)智能数据管理系统对其存储的备份参数可以表单形式打印。
(6)可实现两个摄像头的视频实时监控。
(7)可拓展为多机台管理系统。
(8)可实现远程诊断功能。
云服务系统
如今“云”的概念已经家喻户晓,目前陕西北人印刷机械有限责任公司(以下简称“陕西北人”)的云服务中心已经建成,云服务系统也已在凹印设备上开始应用。
陕西北人云服务平台是基于一套智能互动通讯装备、陕西北人云服务中心和智能数据管理系统构成的。当客户的设备出现问题时,使用智能互动通讯装备与陕西北人云服务中心连接,此时云服务中心就会被授权显示客户设备的所有性能参数,然后在线专家根据信息反馈远程视频指导客户维修或维护设备。
云服务平台可为用户提供使用说明、维修手册、在线查询、行业信息和远程培训等服务,还可为用户现场的设备进行程序的储存、远程视频的诊断、远程维修、保养提醒和网络机长的服务。
此外,云服务中心还汇聚了凹印行业的各种专家,包括机械专家、电气专家、色彩专家、油墨专家、涂布专家等,这些专家既可为用户解决设备运转过程中出现的各种问题,还可为用户解决生产过程中遇到的工艺问题。
数字化张力
目前,在国产凹印设备中,设备张力的设定大多是通过手动阀设定气压来实现的,只有熟练的设备操作人员才能对设备张力进行设定,而且设定得也不是十分准确。
数字化张力是将手动阀设定气压更新为人机界面直接设定所需张力值,设备每段的张力值在人机界面中通过数字形象、准确地表达出来,不仅减少了设备在生产过程中对操作人员的依赖,而且提高了设备的智能化操作。
热风节能技术
目前,凹印机、复合机、涂布机采用的干燥方式均为具有热流密度的空气在基材待干燥层强制热交换,带走挥发的溶剂。
干燥过程中,干燥核心三要素为热流密度、风速以及气体溶剂浓度梯度。要满足产品完全干燥和残留溶剂不超标的要求,我们目前经常采用的办法是:①升高温度、增加热流密度干燥;②提高风压与流量、提高风嘴风速干燥;③建立进风量和排风量的相对平衡环境,烘箱的进风量与排风量接近1∶1.3的平衡,形成良好的气体溶剂浓度梯度。
但是,升高温度、增加热流密度干燥,可能会导致材料拉伸、表面结皮等缺陷,而且温度越高,耗能越大;提高风压与流量、提高风嘴风速干燥,会导致风机增大,从而带来功率的增大;建立进风量和排风量的相对平衡环境,烘箱的进风量与排风量接近1∶1.3的平衡,大量的排废会带来后续气体的处理难题和排风机能耗的增加。以上3种方案都会带来能耗增加的问题。然而,低碳环保、节能减排却是当前凹印行业十分关注的话题,因此热风节能技术在凹印设备上的应用就显得格外重要。
目前,在凹印设备上应用的热风节能技术主要有热泵供热技术、热管技术和带有LEL控制的全自动热风循环系统3种。
1.热泵供热技术
近年来,一种新兴的热风节能技术开始应用于凹印行业,即热泵供热技术。凹印干燥专用热泵机组主要由蒸发器、压缩机、冷凝器、节流阀4部分组成。
热泵供热技术的工作原理是:接通电源后,风扇开始运转,排风系统排出的带有余热的热风通过蒸发器进行交换,温度降低后的空气被风扇排出系统,同时蒸发器内部的工质吸热汽化后被吸入压缩机,压缩机将这种低压工质气体压缩成高温高压气体送入冷凝器,同时新鲜空气通过冷凝器,冷凝器对新鲜风进行预热,而此时工质也由气体变成液体,通过节流阀降温后再次流入蒸发器,流入蒸发器以后,重复循环以上过程。
热泵分为空气能、水源、地源和复合热泵,均是按逆卡诺循环原理工作的。其中,空气能热泵能将输入的电能按约1∶2.5的转换比转换为热能,其他热泵则能将输入的电能按约1∶4的转换比转换为热能。因此,热泵能效远高于电加热,目前凹印设备上使用的热泵一般为空气能热泵,实际测试可节能60%~70%。
2.热管技术
热管(heat pipe)技术以往被广泛应用于宇航、军工等行业,自从被引入散热器制造行业以来,使得人们改变了传统散热器的设计思路。近年来,热管技术在凹印设备上也得到了广泛应用。
热管由管壳、吸液芯和端盖3部分组成,热量由热管的一端传至另―端。热管在实现这一热量转移的过程中,包含了以下6个相互关联的过程。
(1)热量通过热管管壁和充满工作液体的吸液芯传递到液-气分界面。
(2)液体在蒸发端内的液-气分界面上蒸发。
(3)蒸气腔内的蒸气从蒸发端流到冷凝端。
(4)蒸气在冷凝端内的气-液分界面上凝结。
(5)热量从气-液分界面通过吸液芯、工作液体和热管管壁传给冷源。
(6)在吸液芯内由于毛细作用使冷凝后的工作液体回流到蒸发端。
采用热管技术的热风系统在运行时,热风进入烘箱,经出风口排出,出风口处配置二次回风装置,一部分出风参与二次热能循环直接利用,另一部分出风作为安全排风排出系统。作为安全排风的这部分热风,采用热管换热器对其余热进行高效回收利用。
热管换热器的工作原理是:排风经过热管换热器的蒸发端,受热后吸液芯中的液体迅速蒸发,蒸气在微小的压力差下流向冷凝端,新鲜空气通过冷凝端时,热管中的介质蒸气遇冷释放出热量,重新凝结成液体,液体则沿热管内部多孔材料靠毛细力的作用流回到蒸发端,如此循环不止,热量由热管的一端传至另一端,传热效率最高可达到60%以上。
3.带有LEL控制的全自动热风循环系统
LEL是Lower Explosive Limit最低爆炸极限的缩写,在这里特指溶剂挥发形成的气体与空气混合后形成的混合气体所能发生爆炸的最低混合比例。
带有LEL控制的全自动热风循环系统的工作原理是:新鲜空气通过风机从平衡风门吸入,经加热器加热之后,吹入烘箱,对料膜进行干燥,然后从烘箱的排风口排出,一部分进入回风管道进行二次利用,另一部分从排风管道排出。
在进风口安装有平衡风门,在排风口和二次回风口都安装有电动风门,LEL检测头安装在出烘箱口的排风管道上,对排风中的残留溶剂进行检测。如果排风中的溶剂浓度超过最低爆炸极限的40%,则排风风门打开,同时二次回风的风门减小。此时,由于排风量增大,进风口的平衡风门打开,吸入的新鲜空气量增大(排风量和进风口的风量相等才能保证整个系统的平衡)。吸入的新鲜空气量增大后,溶剂浓度降低,二次回风的风门增大,排风的风门减小,同时平衡风门也减小,直至溶剂浓度再次达到LEL最低爆炸极限的40%时,循环以上过程。
采用带有LEL控制的全自动热风循环系统,可以达到以下效果:
(1)由于二次回风量的增大,在满足LEL最低爆炸极限和残留溶剂不超标的前提下,最大限度地对二次回风进行利用,可节能45%左右,尾气减排30%~50%,同时避免了干燥系统爆炸、燃烧的风险。