通信机房节能研究

2014-02-11李鹏

通信电源技术 2014年1期

李鹏

（中国铁通集团有限公司技术与计划部，北京100044）

当前，节能已成为我国的一项基本国策，国家“十二五”规划中明确提出了 “未来五年实现单位国内生产总值能源消耗降低16%，单位国内生产总值二氧化碳排放降低17%”的目标。在通信领域，则面临着通过节能减排减少运营成本、实现可持续发展的外在及内在要求。在通信领域能源消耗中，通信机房数量众多，能耗占比大，根据统计，通信机房能耗约占整个通信能耗的70%以上，而从费用上，也占到整个正常运营费用的30%左右，因此，如何建设绿色通信机房已成为通信领域节能工作的焦点和重点。

1 通信机房节能存在问题

通过对大量现有通信机房用电现状的调查情况可以看出，当前通信机房节能主要存在以下问题：

1）在管理节能方面普遍存在着机房空调温度设置过低、机房照明不节能、现有设备利用率不高、能耗数据台账不完善、相关统计数据不精确、没有节能管理制度及有相应奖罚措施等情况。

2）在技术节能方面存在着老旧设备比例大、耗电率高；动力电源、制冷系统老化，发电及制冷效率低；机房内结构布局不合理、冷却利用效果不佳；节能新技术应用较少等情况。

3）在结构节能方面仍存在着现有网络和设备向数字化、IP化、全光化方向转变进程慢等情况。

2 通信机房能耗构成

要对通信机房进行节能，首先需要清楚通信机房的能耗构成，做到有的放矢。经过统计，通信机房电力能耗情况大致有如下比例：通信设备及IT设备耗能约占机房总能耗的40%左右，空调系统耗能约占45%，电源系统、照明系统等其他耗能约占15%。随着通信网络的演进和新技术的不断应用，特别是当前“云计算”、“物联网”、“移动互联网”等的快速发展，通信机房的能耗呈现爆发式增长，如果能够对通信机房各个耗能部分采取有效的节能措施，将会带来极大的节能效果。

3 通信机房管理节能

相对于其它节能途径，管理节能是基础，它能够以无成本或低成本的方式达到长期的节能效果。管理节能的重点在于：重视开展通信机房节能滚动规划工作，从制度建设、机构设置、投资计划等方面作出系统性安排，将通信机房节能与生产经营和投资活动同步规划、同步实施；建立并完善通信机房节能规章制度及规范体系；建设通信机房能耗日常监测系统，加大能耗统计监测力度；开展绿色机房分级评估认证，细化考核奖惩指标，分级落实节能责任。在具体落实时，还应该注意以下细节：

（1）管理节能要以数据评估为基础，通过能效指标PUE测算出通信机房的节能效率，用以实现节能的目标。PUE＝Ptotal／Pmain，其中，Ptotal代表通信机房总能耗；Pmain代表通信机房通信设备能耗，PUE是一个比率，基准是2，越接近1表明能效水平越好。

（2）要合理设定通信机房温度、湿度值？。通信机房空调的温度设置不能过低，一般在摄氏24℃至26℃之间。根据相关数据，通信机房空调设置温度每调高1℃，可以节能约5%左右，在冷热相对均衡的条件下，通过放宽机房温度范围，可以大大减少空调的耗电。在温度优先的前提下，还可放宽湿度控制标准，夏季通过提高室内相对湿度值减少空调除湿时间；冬季机房通过降低室内相对湿度值减少空调加湿时间，此外，根据条件，还可以考虑关闭空调加湿和加热功能。在调整机房温湿度时，必须注意不能对通信机房内设备的可靠性、使用寿命等产生不良影响。

（3）通信机房照明应采用节能设备。将通信机房传统灯具更换为高效照明节能型灯具，如电子节能灯等。

（4）在满足通信机房制冷量情况下，关闭备用空调，节约风机工作能量；加强空调机组的维护工作，认真检查制冷系统的运行状况，确保制冷系统不渗漏液、制冷液充足，并及时清理附着在空调室外机组上的各种杂物以及改善影响其散热的周围环境，提升压缩机制冷效率；进出通信机房应随手关门，避免冷气外泄，造成空调能耗加大，影响制冷效果；在无人值守通信机房完成工作离开时随手关闭照明灯。

4 通信机房技术节能

有了管理节能作为基础，技术节能就成为通信机房节能的关键。

4.1 通信设备节能

对于超期使用造成效率下降、能耗大幅提升的通信设备进行更新换代，富余设备直接下电，不断提高现有设备的利用率以降低能耗。在采购新的通信设备时，必须考虑节能功效，优先采用低能耗设备。应采用电源供应器输出转换效率达到80%以上的服务器设备，同时采用软件智能关断技术等软件方式实现功耗下降，达到节能效果。

4.2 制冷设备节能

采用变频空调系统。目前在通信机房空中，主要有中央空调水系统变频调速节能方式和机房专用空调压缩机变频方式两种变频节能技术。通过变频空调系统，可以根据室内的温度和气流状况条件调节送风量，一方面降低空调系统开关损耗，另一方面提高空调系统低频运转时的能效。

采用空调系统智能控制技术，实现对空调系统的节能控制。监测通信机房主设备实时散热量、冷量分布、风量扩张循环等实时数据，动态调节空调的制冷量，精确控制空调开启与关闭的数量，使空调始终处于合理的最佳工作状态，节约空调能源消耗，延长空调压缩机使用寿命。

采用自然冷源新风系统节能。利用通信机房室外自然环境作为冷源，当室外空气温度比室内低一定程度时，将机房外部冷空气直接引入，把机房内部热空气直接排出，或者室外空气不直接进入室内，室内空气通过换热冷却后再被送回室内，从而实现通信机房内设备的自然降温，减少了空调的使用时间，实现室内散热，达到降低机房内部温度、节约电能的效果。

4.3 电源设备节能

通信电源设备节能的重点是采用节能型设备（如：模块化UPS、高压直流供电系统等），降低设备运行损耗，逐步淘汰低效率电源设备，实现更高的设备效率。对于具备智能休眠功能整流模块的高频开关电源系统，积极启动整流模块的休眠功能，对于不具备智能休眠功能整流模块的高频开关电源系统，优化配置每套系统的模块数量，提升电源系统带载率，降低系统输入功率，提高电源系统的整体运行效率。采用整组蓄电池中落后电池的修复技术，提高整组蓄电池的使用寿命，降低蓄电池的更换频度，间接减少发电机发电的次数和时间，节约燃油费用。

4.4 机房建筑节能

建设年代较早的一些通信机房由于未考虑机房建筑节能，围护结构传热损失较大，机房和办公用房混用，窗墙比例偏大，这些因素都增加了空调负荷，因此，有必要对新建机房加强建筑节能设计，同时对既有通信机房进行改造。机房墙体及屋面保温节能应符合《公共建筑节能设计标准》（GB50189－2005）的要求，当不满足要求时，通过在机房四周墙面及屋面上增设保温层及隔热措施的方法，加强墙体、屋面的保温隔热性能，防止热桥产生。提高机房门窗的保温隔热性能，采取有效的遮阳设施。通信机房若采用下送风空调方式时，防静电活动地板下及沿墙面、柱面均需作封闭防尘处理，保证通信机房的送风效果及洁净度；若采用上送风空调方式时，通信机房地面采用防静电水磨石、防静电半硬质塑料、防静电地板毡、防静电自流平等方式。

4.5 机房空调气流优化节能

随着通信设备集成度的日益提高，机房内设备的功率密度越来越高，耗电量平均3～4 kW／机架的情况变得越来越常见，设备的发热量也越来越大。目前多数通信机房专用空调机组采用传统的“先冷环境再冷设备”的送风方式，不仅不能适应大功率机房的需求，难以避免机房内局部过热的存在，而且也造成空调系统并未达到满负载状态，浪费大量电能的情况，因此，有必要在“先冷设备、再冷环境”的原则下，根据不同设备发热量的需求，对通信机房气流管理进行合理规划。采用冷／热通道隔离、合理选择送风方式和大功耗设备布局优化等方式避免机房热区带来的安全隐患、实现机房冷量的合理分配、提高通信机房的冷却效率，节省电能。

（1）冷／热通道隔离。应尽量采用标准尺寸机架和水平前后通风的架构，机架布局遵循“面对面、背对背”的原则，相邻两列设备的吸风面（正面）安装在冷通道上，排风面（背面）安装在热通道上，实现分隔冷热气流。机架之间或者机架内部如果存在未使用的空间，应该在正面垂直位置设置隔离挡板，保证冷热通道的隔离，通过冷／热通道隔离方式可以有效地改善通信机房内的气流组织。

（2）合理选择送风方式。通信机房的送风方式应通过对机房装机率、机架功耗、维护难易程度、投资等几方面比较后选择合适的送风方式：对于支撑机房及数据机房宜采用机柜自带冷风通道的架空地板下送风方式，机柜采用自带冷风通道方式的定制机柜，冷风经架空地板下部，并通过送风通道直接进入机柜，机柜间的通道上均采用密封性能良好的地板。若单侧送风距离大于15 m或机房为高功率密度时，可在在机房中设置回风吊顶或在热通道上设置回风管，空调回风口对应机柜热通道，机柜排出的热风通过回风吊顶或回风管进入空调，避免冷热气流混合。如无条件做回风吊顶或风管时，可采取提高空调送风风压或设置强制排风单元等措施。对于交换机房宜采用架空地板下送风方式。在机房内设置架空地板，地板高度随机房内单机柜功耗的不同而变化，并选用下送风方式的机房专用空调，为避免楼板结露，机房地面需保温处理。机柜按照冷热通道间隔的方式布置，空调冷风在架空地板下通过冷通道上设置的开孔地板（送风口）和机柜前门进入机柜内，空调回风口尽量设置在热通道上，依靠空调回风压力将机柜排出的热风吸回。对于传输机房及电力机房宜采用风管上送风方式。机柜按照冷热通道间隔的方式布置，选用上送风方式的机房专用空调，布置上送风风管，空调送风口对应机柜冷通道，回风口尽量设置在热通道上，依靠空调回风压力将机柜排出的热风吸回。

5 通信机房结构节能

管理节能是基础，技术节能是关键，而结构节能则是节能挖潜的重点。结构节能就是要通过现网改造和发展、网络技术演进等手段实现更大程度的节能。

当前，通信网络正加速向IP化、全光化、宽带化、融合化的下一代通信网络转变。对于传统电缆网络，通过光进铜退改造，可以缩短工程建设工期、便于维护管理、减少材料及能源消耗；对于传统语音交换网络，特别是在固话网络业务萎缩、网络及设备利用率下降的现状下，通过对固网设备改造、整合和缩容并向软交换、IMS网络转变，可以大大节约机房面积、有效提高设备和网络的利用效率、节能潜力巨大。

随着传统电信业务向ICT业务的转型，各种ICT信息化应用、互联网应用已经逐步超越传统通信业务成为重点业务，由此带来的耗电等能源消耗则呈现快速增长。针对这种情况，要积极采用云计算、虚拟化等先进技术对分散在各处的各种信息化基础设施，如网络通信设施、IT硬件设施、数据中心机房等进行统筹规划，采用优化布局、集中建设、能耗集中管理等手段，最终达到资源共享、节能减排、降本增效、提高资源利用率的目的。