通信机房空调节能技改效果评估方法研究

邵正忠

（中国电信股份有限公司 南京分公司，江苏 南京 210008）

0 引 言

随着国家“双碳”政策的推进，为了进一步提高机房能效水平，对于通信机房空调开展了一系列的节能技改[1]。重点研究如何评估节能技改效果，从而指导节能技改方案的选择。

1 准备工作

节能技改前要测试一段时间，节能技改后再测试一段时间，记录相关数据，包括静态数据和动态数据。

1.1 静态数据

静态数据主要记录机房面积、建筑形式、空调形式、空调规格、空调数量以及送风方式等。机房静态数据包括序号、机房名称、面积、层高以及窗户是否封堵等。建筑形式包括砖混、活动板房等。空调形式包括水冷却水系统中央空调、风冷却水系统中央空调、风冷却气系统中央空调以及风冷专用空调等。空调形式包括房间空调、列间空调、背板空调等。空调规格包括序号、机组厂家、机组种类、机组型号、主用/备用额定制冷量、实际制冷量、送风形式、空调是否变频以及风速是否可调等。送风方式包括风管上送风、风帽上送风、柜内精确送风、地板下送风、封闭冷通道列间送风以及封闭热通道列间送风等[2]。

1.2 动态数据

动态数据主要记录测试时间、环境温度、环境湿度、负载大小、空调耗电量以及通信设备耗电量等。测试日逐时测试数据包括日期、时间、环境温度、环境湿度以及通信设备功率等。具体测试动态数据包括日期、平均温度、平均湿度、机房温度设置值、通信设备平均功率、空调用电量、通信设备用电量、总用电量以及电源使用效率（Power Usage- Effectiveness，PUE）值等[3]。为了便于分析，对技改前后各项数据对象用相应符号表示，如表1所示。之外，节电率用Rps表示。

表1 技改前后数据对象

2 评估方法

2.1 电量直接比较法

电量直接比较法直接对技改前、后的空调用电量进行比较，计算节电率。如果技改前后日平均温度、日通信设备平均功率基本无变化，可以采用此方法进行评估。

节电率=（技改前空调用电量-技改后空调用电量）/技改前空调用电量=1-技改后空调用电量/技改前空调用电量。若Tem0=Tem1、Tset0=Tset1、Pit0=Pit1、Wit0=Wit1，则Rps=1-Wairc1/Wairc0

2.2 电量折算法

电量折算法将技改前的空调用电量折算成与技改后同负载水平下的空调用电量，再与技改后的空调用电量进行比较，计算节电率[4]。假定空调用电量与通信设备用电量成正比关系，如果技改前后时间段日平均温度变化不大、通信设备平均功率变化较大，可以采用此方法进行评估。

技改前折算空调用电量=技改前空调用电量×（技改后通信设备用电量/技改前通信设备用电量），节电率=（技改前折算空调用电量-技改后空调用电量）/技改前折算空调用电量=1-技改后空调用电量/技改前折算空调用电量。若Tem0=Tem1、Tset0=Tset1，则Rps=1-(Wairc1×Wit0)/(Wairc0×Wit1)。

2.3 电量归一法

电量归一法将技改前后的负载均等效为1，计算技改前后的等效空调用电量即空调因子，通过比较技改前后的空调因子，计算节电率。如果技改前后日平均温度变化不大、通信设备平均功率变化较大，可以采用此方法进行评估[5]。

技改前空调因子GLE0=技改前空调用电量/技改前通信设备用电量，技改后空调因子GLE1=技改后空调用电量/技改后通信设备用电量，节电率=（技改前空调因子-技改后空调因子）/技改前空调因子=1-技改后空调因子/技改前空调因子。若Tem0=Tem1、Tset0=Tset1，则Rps=1-GLE1/GLE0。

通过整合可以发现，Rps=1-GLE1/GLE0=1-(Wairc1×Wit0)/(Wairc0×Wit1)，此方法与电量折算法计算结果一致。

2.4 温度校正电量直接比较法

温度校正电量直接比较法将测试数据全部折算为同一温度情况，再对折算后的数据进行比较，计算节电率。如果技改前后日平均温度有较大变化、通信设备平均功率变化不大，可以采用此方法进行评估。

（1）获取不同温度下的测试数据，如表2所示。

表2 不同温度下的测试数据格式

（2）计算单位温度下空调用电量变化率。选取技改前或技改后数据中温度相差较大的两行数据，即若T0与T3差值较大，则以T0作为基准温度，计算空调用电量变化率Rat。

温度变化ΔT=T3-T0，空调用电量变化ΔWairc=Wairc3-Wairc0，单位温度空调用电量变化ΔWairc/ΔT=(Wairc3-Wairc0)/(T3-T0)，单位温度空调用电量变化率Rat=(ΔWairc/ΔT)/Wairc0。

（3）选定技改前后统一折算的基准温度T'，作为技改前或技改后的基准温度。

（4）计算技改前同等温度下的折算空调用电量。根据单位温度空调用电量变化率，将技改前不同温度下的空调用电量数据折算成同一温度下的数据，折算后的数据如表3所示。其中Waric'00=Waric00[1+Rat(T'-T00)]，其余类同。

表3 技改前不同温度下的折算数据

计算技改前折算空调用电量平均值，即Waric'0=(Waric'00+Waric'01+…)/n，其中n为折算空调用电量个数。

（5）计算技改后在同等温度下的折算空调用电量。根据单位温度空调用电量变化率，将技改后不同温度下的空调用电量数据折算成同一温度下的数据，折算后数据如表4所示。其中Waric'10=Waric10[1+Rat(T'-T10)]，其余类同。

表4 技改后不同温度下的折算数据

（6）计算技改后折算空调用电量平均值，即Waric'1=(Waric'10+Waric'11+…)/n，其中n为折算空调用电量个数。

（7）根据折算空调用电量计算节电率。节电率=（技改前折算空调用电量平均值-技改后折算空调用电量平均值）/技改前折算空调用电量平均值=1-技改后折算空调用电量平均值/技改前折算空调用电量平均值，即Rps=(Waric'0-Waric'1)/Waric'0=1-Waric'1/Waric'0。

2.5 温度校正电量折算法

温度校正电量折算法将测试数据全部折算为同一温度、同一负载情况，再对折算后的数据进行比较，计算节电率。如果技改前后日平均温度有较大变化、通信设备平均功率有较大变化，可以采用此方法进行评估。

（1）获取不同温度下的测试数据，如表5所示。

表5 不同温度下的测试数据

（2）第一次按温度对空调用电量进行折算。计算单位温度下空调用电量变化率，选取技改前或技改后数据中温度相差较大的两行数据，即若T0与T3差值较大，则以T0作为基准温度，计算单位温度空调用电量变化率Rat=(ΔWairc/ΔT)/Wairc0。选定技改前后统一折算基准温度T'，作为技改前或技改后的基准温度。根据单位温度空调用电量变化率，将技改前后不同温度下的空调用电量数据折算成同一温度下的数据，如表6所示。其中Waric'00=Waric00[1+Rat(T'-T00)]，其余类同。

表6 同等温度折算后的空调用电量

（3）第二次按通信设备用电量对空调用电量进行折算。技改前按温度及通信设备折算空调用电量=技改前温度折算空调用电量×（技改后通信设备用电量/技改前通信设备用电量），即Waric''0=Waric'0(Wit1/Wit0)，结果如表7所示。

表7 按通信设备用电量折算后的空调用电量

（4）根据折算后的空调用电量计算节电率。节电率=（技改前按温度及通信设备折算空调用电量-技改后按温度及通信设备折算空调用电量）/技改前按温度及通信设备折算空调用电量=1-技改后按温度及通信设备折算空调用电量/技改前按温度及通信设备折算空调用电量，即Rps=1-Waric''1/Waric''0。

2.6 温度校正电量归一法

温度校正归一法将空调用电量测试数据先采用归一法进行等效，得出不同温度下的等效空调用电量，再全部折算为同一温度情况数据，并对折算后的数据进行比较，计算出节电率。如果技改前后日平均温度有较大变化、通信设备平均功率有较大变化，可以采用此方法进行评估。

（1）获取不同温度下的测试数据，如表8所示。

表8 不同温度下的测试数据

（2）计算空调因子。空调因子=空调用电量/通信设备用电量，计算结果如表9所示。

表9 不同温度下的空调因子

（3）选定技改前后统一折算温度。选定技改前后统一折算的温度T'，作为技改前或技改后的基准温度。

（4）计算单位温度下空调因子变化率。选取技改前或后数据中温度相差较大的两行数据，即若发现T0与T4差值较大，则以T0作为基准温度，计算空调因子变化率Raft。

温度变化ΔT=T4-T0，空调因子变化(ΔGLF=GLF4-GLF0，单位温度空调因子变化ΔGLF/ΔT=(GLF4-GLF0)/(T4-T0)，单位温度空调因子变化率Raft=(ΔGLF/ΔT)/GLF0。

（5）计算技改前或技改后在同等温度下的折算空调因子。根据已有技改前或技改后各项平均值，计算空调因子平均值，即GLF0=Waric0/Wit0。根据单位温度下的空调因子变化率将技改前或技改后的平均空调因子折算成基准温度下的数据，即GLF0'=GLF0[1+Raft(T'-T0)]。

折算后的数据如表10所示。

表10 不同温度下的折算数据

（6）根据折算空调因子计算节电率。节电率=（技改前折算空调因子平均值-技改后折算空调因子平均值）/技改前折算空调因子平均值=1-技改后折算空调因子平均值/技改前折算空调因子平均值，即Rps=(GLF0'-GLF1')/GLF0'=1-GLF0'/GLF1'。

2.7 平均PUE法

平均PUE法利用技改前后的平均PUE测算节电量，是一种长周期评估方法，评估周期以年为单位，能够忽略温度及负载的变化。利用该方法计算时，节电率=（技改前平均PUE-技改后平均PUE）/（技改前平均PUE-1）

2.8 方法对比

以上方法适用于风冷系统空调节电率的计算，环境温度应取环境干球温度，此时可不考虑湿度。对于水冷系统空调节电率的计算，应将环境干球温度换算成环境湿球温度，其他方法同上。此外，不同机房单位温度下的空调用电量变化率、空调因子变化率均有所不同。以上各种方法总结如表11所示。

表11 方法总结

3 案例分析

某机房技改前后测试数据如表12所示。

表12 某机房技改前后测试数据

3.1 根据不同方法计算节电率

（1）电量直接比较法。采用技改前和技改后的空调用电量平均值进行比较，节电率=1-技改后空调用电量/技改前空调用电量=（1-4 111.3/4 635.1）×100%≈11.3%。

（2）电量折算法。技改前折算空调用电量=技改前空调用电量×（技改后通信设备用电量/技改前通信设备用电量）=4 635.1×(8 897.8/9 599.4)≈4 296.3，具体折算数据如表13所示。

表13 空调用电量折算结果

根据表13，节电率=1-技改后空调用电量 /技改前折算空调用电量 =（1-4 111.3/4 96.3）×100%≈4.3%。

（3）电量归一法。引入空调因子，空调因子=空调用电量/通信设备用电量，具体数据如表14所示。

根据表14，节电率=1-技改后空调因子/技改前空调因子=（1-0.462/0.483）×100%≈4.3%。

表14 空调因子计算结果

（4）温度校正电量直接比较法。查看表12发现第2行与第3行温差比较大，可以据此计算单位温度下的空调用电量变化率。基准温度T'=5.0 ℃，单位温度空调用电量变化率Rat=(ΔWairc/ΔT)/Wairc0[(4 839.6-4 380.8)/(13.5-5.0)]/4 380.8×100%≈1.23%。根据温度系数调整测试数据，结果如表15所示。

表15 温度校正后的空调用电量数据

根据表15，节电率=1-技改后折算空调用电量平均值/技改前折算空调用电量平均值=（1-4 160.4/4 312.2）×100% ≈ 3.5%。

（5）温度校正电量折算法。采用与温度校正电量直接比较法相同的方式获取温度校正后的空调用电量数据，如表16所示。

表16 温度校正后的空调用电量数据

按通信设备用电量折算空调用电量，结果如表17所示。

表17 按通信设备用电量折算空调用电量

根据表17，节电率=1-技改后通信设备折算空调用电量/技改前通信设备折算空调用电量=（1-4 160.4/3 997.03）×100% ≈ -4.1%

（6）温度校正归一法。计算空调因子，结果如表18所示。

表18 空调因子计算结果

查看表18发现第2行与第3行温度相差较大，可以据此计算单位温度下的空调因子变化率。基准温度T'=5.0 ℃，单位温度空调因子变化率R=(ΔGLF/ΔT)/GLF0[(0.502-0.459)/(13.5-5)]/0.459×100%≈1.1%。根据温度系数调整测试数据如表19所示。

表19 温度校正后空调因子数据

根据表19，节电率=1-技改后折算空调因子平均值/技改前折算空调因子平均值=（1-0.467/0.454）×100%

（7）平均PUE法。采用该方法时，节电率=（技改前平均PUE-技改后平均PUE）/（技改前平均PUE-1）=(1.483-1.462)/(1.483-1)×100%≈4.3%。

3.2 对比分析

汇总上述各评估方法得到的结果，如表20所示。

表20 不同评估方法结果

由于本案例温度变化较大且负载在技改前后变化也较大，因此采用温度校正电量折算法或温度校正归一法比较符合实际情况。

4 结 论

综上所述，本文提出了6种评估方法并分别分析了其实际应用。当技改前后平均温度变化不大、通信设备平均功率变化不大时，可以选用电量直接比较法；当技改前后日平均温度变化不大、通信设备平均功率变化较大时，可以选用电量折算法、电量归一法；当技改前后日平均温度变化较大、通信设备平均功率变化不大时，可以选用温度校正电量直接比较法；当技改前后日平均温度变化较大、通信设备平均功率变化较大时，可以选用温度校正电量折算法、温度校正电量归一法；当评估周期较长或以年为单位时，可以选用平均PUE法。需要注意的是，每种评估方法的适用场景和评估结果均不同，应根据节能项目所在场景选择合适的评估方法。