通信机房节能降耗技术的实践探析

2021-11-23

中国管理信息化 2021年6期

（中国石油天然气股份有限公司长庆油田分公司通信处，西安 710000）

0 引言

通信机房在运行期间，对温度、湿度等要求非常高，为了控制通信机房中的温度，通常会用到空调系统，不仅会消耗许多能源，还会对环境造成污染［1］。因此，为了改善这些问题，必须通过多种方法来改进通信机房系统的节能，并完善通信机房设备的各项性能，通过一些先进的节能降耗技术来实现自动化控制，以便最大限度地提高节能降耗效果

1 通信机房的主要节能类型

1.1 IT 设备系统

IT 设备主要是指服务器、存储等设备。服务器设备主要用到降频技术、休眠技术等。降频技术是一种调节处理器内核工作频率随业务压力变化而展开动态调整的技术，如果负载较高，处理器的工作频率就越高，消耗的能源也就越大；如果负载较低，处理器的工作频率就越低，消耗的能源也就越小。休眠技术是一种在处理器空闲时，控制其中一个或者多个内核使其进入休眠状态的一种技术，通过休眠技术能够进一步减少通信机房中闲置服务器的能源消耗，它能够和处理器降频技术一起使用。

存储设备主要用到磁盘利用率提高技术和分层存储技术。磁盘利用率提高技术内含自动精简配置技术和存储虚拟化技术等。自动精简配置技术主要指通过软件方法，为用户和应用软件分配更大容量的虚拟存储容量，而不是实际的物理空间容量。该技术能够降低存储资源的预留空间，从而实现磁盘的高效利用；而存储虚拟化技术主要指通过多种设备的容量来创建一个虚拟化的存储容量池，从而缓解每个设备的数据存储问题。分层存储技术指依据数据的重要程度、访问频率、储存期限、储存量和性能等指标，把数据通过不同的存储方式分别存储在不同性能的存储设备中。

1.2 空调系统

空调系统中的节能技术包括空调制冷系统节能技术和空调送风、回风系统节能技术。空调制冷系统节能技术又包括换热器技术和智能新风技术。换热器技术主要指将室外的自然环境当成冷源，在室外温度比室内温度低于5～7 ℃的情况下，以热交换的形式释放机房内的热量，以降低机房内部的温度；智能新风技术主要指使用智能控制来净化、处理外部的冷空气，然后引入机房制冷系统，从而释放机房内的热空气。空调送风、回风系统节能技术主要指把传统机房的送风方式转变成精确送风方式，以进一步调节数据机房的温度。

1.3 供电系统

第一种是高压直流供电，主要通过380 V 直流供电技术来简化供电结构；第二种是模块化不间断电源（Uninterruptible Power Supply，UPS），主要指通过模块化UPS 来增加UPS 的负载率，以便使其在高效运行的基础上，达到供电系统节能的目的。

2 通信机房的建设现状

随着我国社会经济的迅速发展，我国逐渐成为全球能源消耗量较大的国家之一，我国的资源和能源尽管非常充足，但是我国人口众多，每个人的拥有量依旧无法紧跟国际平均水平［2］。在能源和资源方面，因为缺乏先进的科学技术，使利用率相对较低，再加上人们的节能意识有待加强，造成了许多不必要的能源浪费。因为通信行业本身就需要消耗很多电能，更要高度重视节能降耗技术的应用。目前，大部分通信运营商机房空调都是以“强制制冷25 ℃”或者是“自动28 ℃启动”的模式进行运行，部分空调系统甚至整年都在运行，极大增加了不必要的能源消耗，不仅会影响经济效益，还会阻碍通信行业的长远发展。根据调查表明，一个地市级通信运营商通常会建设上千个不同的通信局站，配置了数千台空调，这些空调每年的电量消耗超过10 000 kW/h，在通信机房的总能耗中占了1/5～3/5，再加上其他运营项目的电能消耗，导致总能耗量巨大，因此，通信机房的节能降耗工作已经迫在眉睫。

3 通信机房节能降耗技术的实践措施

3.1 新风节能系统

新风节能系统的关键技术是以智能控制技术和温湿度传感技术共同支撑的，在二者的共同作用下，能够实现扬长补短，同时基于气体学和热学的相关理论，能够使通信机房室内外的温差效应的应用更加科学合理，从而有效发挥气体热交换的效果，这样就能够通过该系统彻底排出通信机房内的所有热量，从而不断降低室内温度，达到节能降耗的目的［3］。然而该系统的运行条件会受到一定的限制，必须要根据实际情况进行针对性的分析，在通信机房室外温度较低时，必须马上停止空调系统的运行，减少不必要的电能消耗，同时还可在通信机房内部引入经过新风系统净化过的室外冷空气，从而对设备发挥散热效果，也能实现节能消耗。如果通信机房的室外温度高于标准要求值，应立即开启空调系统来降低室内温度。通过这种分时间段的方式来控制空调系统的运行，不仅能够维持新风节能空调的规律性间歇运行，还能实现节能效果。通常情况下，机房空调配置的功率在2 kW～5 kW，而新风节能系统的功率仅有100 W 左右，可以发现运用新风节能空调能够有效提高节能消耗效果。

在新风节能空调系统的应用过程中，必须注意以下两个方面。一方面，在通信机房内部引入室外的新鲜空气时，尽管做了净化和过滤处理，但是经常会形成大量的灰尘，需要花费许多人力进行清理，而且还很容易使通信设备出现故障而导致无法正常运行。因此，最好不要在大型机房，如一些高层的通信枢纽楼和中央交换局等地方安装新风节能系统，应安装在一般的机房和移动通信基站，从而提高通信质量；另一方面，在原先封闭的机房内重新安装引风窗口，会进一步影响通信机房的消防安全性，因此应在进风口或者出风口安装防火阀，并且一直打开，以便在发生火灾时，熔断器能够自动关闭阀门，使空气无法流通，从而阻断火势的蔓延。

3.2 热交换器节能系统

通过热交换节能系统进行空调节能减排，其工作原理是彻底和内外空气隔离，利用室外的冷源实现内部环境的冷却效果，从而缩短空调的开启时长来实现节能降耗。热交换芯体作为该系统的关键零件，如果其具备较高的工作效率，那么就能够极大地提高整个系统的节能效果。热交换芯体在空气热传感器中的运行主要是换热器通过多个换热膜片形成彻底隔离的通道，通过交叉式的空气热交换器来增加换热通道中热空气的流通范围，使其满足标准要求，同时风速值也可以达标，以便将通道内形成的垃圾和粉尘清理干净，从而增加空调系统的寿命，达到节能降耗的目的。热交换器节能系统在某些方面类似于新风节能系统的工作原理，当然也有不同之处。比如，热交换器系统实施的是室内外冷热空气的热量交换，是把两种气体各自展开处理的，而新风节能空调系统是过滤室外冷空气后和室内空气同时进行处理的，因此这两种的运行效果也有一定的差异。热交换器系统的优势在于可以维持机房的密闭状态，空调的运行不会带来灰尘和垃圾，但是比起新风节能系统，该系统的热交换效率较低。

3.3 自适应控制空调节能系统

自适应控制空调节能系统的核心技术通常包括以下方面。首先是模糊控制技术。该技术系统能够针对早晚、气候、室内外环境温湿度值的变化情况，自动分析出通信机房中的标准温湿度值。其次是比例积分微分（Proportion Integration Differentiation，PID）技术。该技术能够针对空调设备的开启状态，在智能化控制算法软件的基础上，对系统压缩机的运行周期进行改进和创新，并确保空调设备供冷量和标准温度值之间的平衡。最后是计算机温度模拟技术。该技术能够结合通信机房中的具体运行状态、空调冷量分布情况、风量扩张循环状况等，不断优化冷量配置效率。自适应控制空调节能系统的所有的运行参数都是通过计算机监控系统自动生成的，和以往的手动设定完全不同，不仅运行效率极高，而且该系统还能够自动根据早晚、气候、当地温湿度的具体情况，自动调节空调的开启和关闭，以便在不需要空调时能够自动停止运行，从而时刻进行节能降耗。同时增设多个回风口温湿度监测点进行实时监测，能够使温湿度动态数据的监测更加精确。该系统还彻底打破了以往多个设备一个一个运行的方式，逐渐转变成了多个设备同时运行的方式，运行效率大大提高，也实现了资源的优化配置，并实现了节能降耗。

3.4 使用空调节能添加剂

在特殊情况下还可以使用空调节能添加剂，该方法也能够实现节能降耗。由于空调系统是在封闭的环境中进行循环运行的，在长期、高速的运行过程中，空调的压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器难免会出现各种故障和问题，比如形成油泡、油膜、内部构件磨损和零件腐蚀等。一般情况下，空调内液态状的制冷剂遇到冷冻油，在蒸发作用下就会形成油泡，因为油泡不载冷，会使热传递的效率越来越低。再加上空调运行时间过长，各个零件中的冷冻油凝结就会形成许多沉积油膜，这些油膜的导热系数是铜的1/100，在极大程度上降低了空调系统的热传递效率。而且随着空调内压缩机长时间、高速的运作，造成的损耗非常大，密封效果会慢慢降低，使用寿命也会缩短，同时还会引起空调内部冷冻油的持续氧化，进一步加大电能消耗量。而空调节能添加剂不仅可以有效改善这些问题，还能对空调发挥保养效果，从而实现节能降耗。