绿色信息通信网络中的节能减排技术应用

王洋

（中国移动通信集团山西有限公司 太原 030009）

1 引言

随着全球信息化程度的逐步深化，信息通信技术（Information and Communications Technology，ICT）已经渗透到了社会生产、生活的各个领域。信息通信技术是融合了信息技术与通信技术而产生的新型技术领域，该技术依托强大的信息化网络和高效的计算机系统，结合了现代信息处理技术、现代无线通信技术等先进技术理论，提供数据信息传输、音视频会议、电话、传真、即时通信等多种类型的应用服务。据国际电信联盟（International Telecommunication Union，ITU）统计，ICT能帮助全球减少二氧化碳排放量15%～40%[1]。截至2020年，ICT技术可在全球范围内将二氧化碳排放量降低15%[2]。

在我国每年80亿的政府能源消耗中，50%来自IT产品的能源消耗。2007年，我国IT产品的总耗电量在300～500亿度之间，而且IT产品能源消耗还以每年8%～10%的速度增长，CO2的排放主要来自计算机（40%）、服务器（23%）和固定、移动通信（共占24%）[3]。2008年，中国电信、中国移动、中国联通总耗电量超过200亿度，相当于至少排放二氧化碳20万吨（我国每生产消耗1度电相当于排放约1kg二氧化碳），因此，信息通信网络自身的绿色化进程直接关系到我国对国际社会节能减排的承诺和可持续发展战略的实现。

2 信息通信网络研发与运营中的绿色实践

信息通信网络的有效绿色进程直接受到了设备制造商、信息通信运营企业、相关职能部门以及国际组织的影响，通过这三方面主体在信息通信行业的有效沟通可以促进我国在信息通信产业的节能减排应用。在节能减排工作探索过程中，设备制造商与信息通信运营企业共同探讨实践节能减排技术方案，通过这种合作方式更能加速绿色技术方案的转化效能。

在信息通信网络运行过程中，主要能耗系统设备包括信息通信设备系统、温湿控制调节系统、电源系统、照明系统4部分，运维管理系统、绿色营销计划等同样涉及到相应的绿色节能环节。

2.1 绿色信息通信设备系统

我国GSM网络载频数量约400万，每年基站消耗的能源至少需要100万吨煤（按照1kg煤炭产生3kWh计算），其中不包括机房相关辅助设施（空调、变电、传输等）[4]。随着3G技术的逐步深化，旧设备集成度低、功耗大、温度湿度要求较敏感等问题逐步凸显，因此对于新旧设备逐步替代以及新设备的可扩展升级性成为了新的技术研究关注点。设备生产商可以通过选用最新的功放芯片在相同体积的PCB上实现更高的功放效率，降低单盘厚度和面积，提高光电器件密集度优化PCB电路布局，从而减小设备体积；选用高等级的电子元器件，提高设备在较高温度下的正常运转可靠性，进而降低空调耗能；改进散热片设计减少热阻，提高热传导性能。

结合大城市人们的生活工作规律，即“潮汐效应”：工作时段大规模的“客户终端”涌向中央商务区，下班时段生活区则成为了“客户终端”的密集区。结合上述相关规律，基站设备的节能减排技术则应运而生：基于负荷的TRX关断（BSC根据每个载频板的话务情况进行判断，将空闲时长超过门限时间的话音信道载频板所对应的功放模块PA工作电压关闭，当监控的话务负荷上升，超过一定门限时，BSC会立即激活被关断的TRX，以满足话务需求。载频启动时间最高达分钟级）；基于负荷的PA关断（BSC根据每个载频板的话务情况进行判断，将空闲时长超过门限时间的话音信道载频板所对应的功放模块PA偏置电压关闭，在话务增长时以毫秒级的时间内重新打开功放偏置电压以满足话务需求）；基站采用BUU+RRU分布式基站设计等等[5]。

2.2 绿色温湿控制调节系统与机房设计

温湿控制调节系统作为信息通信设备系统的辅助设备有着重要的地位，通常空调温湿控制设备功耗中，25%左右的功耗来源于空调的制冷系统所产生的功耗，12%左右的功耗来源于空调的送风和回风系统所产生的功耗。

空调系统的容量大小、设备的选型、系统的配备以及设计方案等技术参数的最终确定均取决于通信设备所处的地理位置（相同月份各地市间气候差异较大，相同月份相同地区不同地域气候差异较大），机房材质不同导致保温性能差异，机房面积、安装设备密度、设备在网络结构中的重要性，风道设计规划、环境智能感知控制、制冷调湿设备维护等方面有着直接联系。

通常采用的节能温湿控制调节系统及其技术包括如下。

2.2.1 新风节能系统

新风节能系统（如图1）是基于温湿度传感、气体学、热学原理的智能控制技术，利用机房室内外温差形成热交换，依靠大量的风道有效地将机房内的热量迅速向外迁移，从而达到有效降低机房内部温度的目的。当室外温度较低时，关闭空调，通过新风节能系统将室外冷空气经过滤后引入机房内对设备散热。新风节能系统采用壁挂式小体积安装，在外界温度较低时节能效果明显，但是根据机房内部运行网络设备工作环境要求温度范围为15℃～30℃、湿度为40%～65%、防尘要求灰尘粒子浓度达标和无腐蚀性尘埃的要求，新风促进机房内对流达到降温的同时不可避免的要增加机房内灰尘颗粒[6]。

图1 新风节能系统

2.2.2 热交换器系统[7]

热交换器（如图2）在完全隔离内外空气的前提下，利用外界冷源对内部环境进行冷却，从而达到减少空调运行时间以实现节能的目的。具体实现：通过两组风机分别抽吸外部的冷空气（外循环）和内部的热空气（内循环），冷、热空气在热交换芯体中进行热量交换，通过热交换芯体膜片，外部冷空气在芯体处通过膜片吸收内部空气的热量，最终将被加热后的外部空气被直接送出机房外。该系统与新风节能系统相比，在双向换气的基础上增加了热交换器，避免室内的冷(热)气流失混合流失，同时热交换系统的密封性保持了机房内部的清洁度。

图2 热交换器

2.2.3 空调降温系统

空调降温节能系统主要是指采用了较为先进的节能技术或节能手段而构成的空调组构成的热交换体统，例如：调变频空调、水冷空调、乙二醇自然冷却节能空调、基于模糊控制理论的自适应空调[8]。空调系统长期运行会出现油分子沉积在组件内部，形成大量油膜，油膜严重阻碍了金属壁的热传导，同时系统本身摩擦损耗加大，轴承温度随之升高，压缩机使用寿命缩短、空调能效下降快等问题，通过添加空调节能添加剂可以有效提高空调能效、节约能源；节能空调换热器纳米喷涂技术对提高空调系统热交换效率、降低空调能耗作试点测试工作，以防止空调铝箔污染和腐蚀，并减少热交换器的不必要能量损失。上述节能温湿控制调节系统在实际应用中可以取长补短、综合运用以便达到最好的节能效果。

在温湿控制调节系统实践中，机房的设计对于温湿控制调节系统的功耗有很大的影响，因此在新机房设计中建议按照基本操作流程：（1）新机房安装设备建议采用面对面、背靠背的排列方式，机柜安装列之间的间距大于1.5m；（2）准确评估各设备的制冷量需求，架设通向每个机柜的单独的空调冷风送风管道：根据每个机柜的制冷风量测算需求，计算空调系统需要配置的风量及冷量用于精确送风，并适当考虑系统维修、故障冗余及空调效率水平，保证空调冷量、出风量、出风湿度达到设计要求。建议采用“上走线、下送风、先冷设备、再冷环境”的组建方式。架空地板下严禁铺设其他管线（消防线缆除外），同时也需要定期检测架空地板的漏风率，空调配置采取N+1（N≤5）的组合方式[9]。（3）动态制冷控制系统动态调整每个机柜到达的制冷气流温湿度、风量，彻底解决机房局部过热和降低空调能耗的问题。机房设计方案力求具有可扩展性和可升级性，信息通信设备、走线架、风管等由通信电气工程师总体设计完成，防止各功能模块间的不匹配。除此之外，在新机房的选材方面建议：减少建筑物的体形系数，建设紧凑型基站；选取隔热、保温、防辐射、隔音性能好的建材；需要安装玻璃的机房建议采用中空玻璃、低辐射玻璃以及断热桥框料；在基站建筑外表面粉刷隔热凉水性绝热反射膏，基站建筑内表面设置保温层。

送风管道、送风方式的选择需要结合当地的地理位置、气候情况等方面综合考虑，一般室外循环风道布置要求“北进南出”或“东进西出”；循环风道布置要求“下进上出”；室外循环风道管道口需要设置金属防护网，防止小动物进入，影响设备安全；基站墙体开孔采用专用工具施工，不得直接砸洞，影响房屋强度系数；基站墙体开孔要求“内高外低”，避免防雨罩密封不严时，雨水流入基站；对于偏远山区等野外基站不要选用室外型设备，防止设备丢失。

2.3 绿色新能源动力

我国幅员辽阔，有着丰富的太阳能、风能、潮汐能等自然资源，正因为这样在全国各地的信息通信运营服务设备都可以因地制宜的利用当地的自然资源用于信息通信设备运营能源供给。2009年中国移动已在世界屋脊西藏建成全球通信领域最大的太阳能基站群。预计到2010年末，中国移动在西藏新增基站中应用太阳能发电的将占90%以上，每年可节约标准煤550t，相应减排二氧化硫11.6t，减排二氧化碳1813t，减排烟尘135t。

电力系统作为信息通信设备的能源供给基础，在信息承载支撑、通信业务服务方面起着决定性作用。当电流流经非线性特性负载时，与所加的电压不呈线性关系，就形成非正弦电流，即电路谐波产生。谐波会降低发电、输电及用电设备的效率，电容器、电缆等设备过热、绝缘老化、寿命缩短，进而导致由于电气测量设备波动引起的继电保护和自动装置的误动作；干扰邻近通信系统，噪声降低通信质量，甚至干扰通信系统正常工作，因此在工程方案设计中应当做相应的技术处理。

由于信息通信行业的特殊性要求信息通信网络全天候保持可靠运转状态，蓄电池成为了保证服务质量的基础设施之一，但是温度过高或过低对蓄电池的安全运行和寿命影响较大，所以在机房设置蓄电池安装时需要考虑到这方面的因素；蓄电池可以通过自然资源存储、释放能量，为信息通信设备提供部分时段甚至全天候的工作能源，选用带有整流模块轮换休眠工作方式的高频开关电源，最大限度提高系统及单只模块的带载能力，降低热备份和换流损耗。

2.4 绿色照明系统

绿色照明系统主要是指采用效率高、寿命长、安全性能稳定的照明产品（电光源、灯具、控制系统等）达到节电减排效果，采取的方法包括：

（1）机房内原有照明设施保持不变，通过开关线路整改实现功能区域划分控制，通常处于关闭状态，仅在施工或维护工作时进行照明，同时加装LED光源灯具作为常设照明设备；

（2）将监控室、办公室、楼道等区域光源由原普通日光灯更换为节能灯，公共区域辅助安装声光控功能模块并合理设置光源间距；

（3）楼道、洗手间等公共区域的照明更换为节能灯并安装声光控开关控制；

（4）所有的走线槽、电源线等材料均使用阻燃型材料并且严禁与信息通信设备相连。

2.5 绿色运维与绿色理念

作为信息通信行业的运营商，在运营的各个环节中都应时刻牢记绿色环保的社会责任。在信息通信设备的采购环节要选择达到绿色环保标准的产品，重视整个产品的生命周期的各个环节是否具备绿色要求（功能设计-研发-产品原料选型、制造-供应链-产品安装-退网回收再利用）。

市场调研机构IDC最近发布的报告显示，企业使用的服务器有近40%其利用率低于50%；空闲时关掉CRT监视器可节省台式机72%的能耗；CRT屏幕的全白背景与全黑背景能耗分别是74 W和59W；一台台式计算机设备的耗电 110～200W，笔记本电脑为台式机的1/3。这些数字都说明了在信息通信行业中可以节能的绿色环节：有效利用服务器；关闭空闲监视或者将其待机；降低监视器亮度，液晶监视器屏幕代替CRT监视器屏幕；搭建集中化、无纸化智能传真平台，可以实现对传统传真的集中化管理和无纸、无污染化流转；将无人值守机房的普通摄像机更换为红外线摄像机，在无人时关闭照明系统，合理关闭各营业厅热风幕。

信息通信服务运营商是直接与消费者进行交流的最终服务环节，中国移动依托其高效的服务平台将其绿色理念渗透到企业的各项服务活动中：推进“绿色行动计划”；开展“绿箱子”环保计划；开展移动通信行业应对气候变化相关课题研究；加强基站电磁辐射检测，建立内部评估制度，主动预防风险；建立SIM卡“旧卡新用”业务（目前的卡基的制作材料主要为PVC和ABS工程塑料，一个卡基相当于一个塑料袋，而用户在办理新的SIM卡后，随即将卡基丢弃，使其混入到了普通垃圾中进行处理。塑料无法自然降解，将对环境造成危害。）；“空中充值”可以有效减少纸质充值卡；“绿箱子”活动废旧电子产品回收等活动或倡议。

3 绿色信息通信技术标准的制定

国际电信联盟（ITU）于2008年分别在日本和英国举行两次有关ICT和气候变化的专题研讨会，议题探讨了ICT在解决气候变化方面的问题，涉及标准设计、环境监测、缓解气候变化等方面开展工作；国际电联电信标准化顾问组（TSAG）于2008年7月在日内瓦举行的会议上成立了ITU-T有关ICT和气候变化的焦点组，主要对如何利用ICT减少GHG排放、评估方法等开展研究；由欧盟主导的JRC组织、欧洲电信标准协会（ETSI）的环境工程技术委员会（EE）也着手制定相应的ICT环境标准。

欧洲共同体委员会2009年7月发布了白皮书《实现欧盟ICT标准化的现代化》，白皮书内容涉及ICT标准化的现代化政策、欧盟ICT标准化现代化（ICT标准在公共采购中的应用，鼓励ICT研究、创新和标准化之间的协作，ICT标准中的知识产权等）等方面。

我国通信标准化工作由国家质量监督检验检疫总局、工业和信息化部管理，具体由中国通信标准化协会（CCSA）执行。标准涉及通信节能基础、管理、方法；材料性能标准；机房环境的节能降耗；机房环境、设施布局、空调系统的有效性、新型节能降耗技术的使用等方面。

4 小结

随着ICT技术的进一步发展和国内外相关标准的制定以及技术开发商、网络运营商、终端用户的共同努力，绿色通信息技术必然会向着标准化、集约化、高效化的方向稳健的发展，最终实现减少对生存环境的污染，养成良好的使用ICT产品的“绿色”习惯，推进我国信息化产业的良性循环，建设环境友好型和资源友好型的绿色信息社会。

[1]刘建明, 赵峰. ICT网络模式的关键技术与发展. 电力系统通信, 2009,（4）

[2]GeSI. SMART 2020: Enabling the Low Carbon Economy in the Information Age. 10, 2008

[3]李洁. ICT与节能减排及标准研究进展. 电信网技术, 2009,（9）

[4]吕钱浩, 毛文勇, 朱洁. 引领环保趋势的绿色GSM网络方案.邮电设计技术, 2009,（6）

[5]周红, 樊耀东. 基站节能技术综合评估. 移动通信, 2009,(10)

[6]YD/T 1109-2001, 交换机技术规范

[7]谢代锋, 葛俊, 杨栋. 智能热交换器与空调系统构建的“绿色基站”解决方案与实践. 信息通信技术, 2009,(4)

[8]蒋青泉. 通信网络能耗分析与节能技术应用. 中南大学学报(自然科学版), 2009(4):464～470

[9]周航, 彭殿贞. 通信机房节能热管理设计探讨. 邮电设计技术, 2009,(3)