多措并举降低通信机房能耗成本

杨淑婷，牛悦薇

（中国联通河北分公司，河北 石家庄 056000）

0 引 言

2020年9月中国明确提出了2030年“碳达峰”与2060年“碳中和”目标。中国联通在中央双碳领导小组带领下，打造绿色新型信息基础设施，在机房电量和成本管理上持续改进，采用多种方法，减少生产电费各项能耗支出。在“双碳”实施中，将解决能耗高、降低通信机房电费问题作为这几年的关键工作。

中国联通河北分公司根据集团“双碳”规划，首先从通信机房用电设备类型和电费组成进行分析，查找原因。并根据机房现场情况科学研究、统筹规划低碳发展，充分利用自然能的根本目标，通过自制风机、远程关闭空调等相应的节能方案，降低运维能耗成本[1-3]。

1 通信机房电费高分析

1.1 生产电费能耗高

空调是空气调节器的简称，是一门工程技术。空调是一种人为的气候调节装置，可以对房间进行降温、减湿、加热、加湿、通风和净化等操作来调节室内的温度、湿度、气流速度、洁净度等参数指标，从而使设备处于恒温恒湿的空气环境中。

空调按用途分类如下文所述。

（1）工艺性空调。该空调参数值的选择须满足工艺过程对空气参数的要求，如机房精密空调、手术室空调、电子厂房空调等。

（2）舒适性空调。该空调参数值的选择须满足人的工作条件和休息条件，如家用空调、商用空调等。

通信机房常用的是工艺性空调。

近几年，机房整合工作的开展，通信建设规模的扩大，通信设备负荷集中致使机房空调用电量增大。机房电源利用效率（Power Usage Effectiveness，PUE）便成为节能技术衡量一个工具的指标，即通信机房的空调耗能越大，通信机房PUE越高；通信机房空调耗能越小，机房PUE越小。通信机房的PUE最低为1，最大基础为2。

为了掌握通信机房PUE情况，中国联通河北分公司对已实施空调设备与通信设备用电计量的机房，进行了PUE计算和统计，得出PUE超过1.5核心机房占比为80%，PUE超过1.5的汇聚机房占比为76%，PUE超过1.2的接入机房占比为50%，PUE超过1.2的自留基站机房占比为45%。机房PUE超标是通信机房能耗高的主要特征。

1.2 生产电费能耗高

电费成本支出=电量×单价，全省固网每月总电量为4 019万kW·h，公司每月的的电量和单价如下：转供电平均单价为1.03元，直供电单价为0.58元。平均单价每降低0.01元，全省每月少支付40万，全年少支出500万。

全省通信机房转供电、平均单价过高是生产电费过高的主要特征。

通过以上数据分析得出，公司生产能耗支出高有两个关键因素：一是通信机房PUE过高即空调电量占比高；二是全省机房转供电、平均电价高。

2 电费支出控制关键点

中国联通河北分公司根据以上电费能耗特征，开展了以下两种能耗成本降低工作。

2.1 降低通信机房PUE值

2.1.1 对通信机房的智能电表系统采取针对性的方案和措施

对中国联通河北分公司2017年已安装智能电表的5 000个核心局、汇聚局、互联网数据中心（Internet Date Center，IDC）、接入及自留基站的通信机房的智能电表系统，采取了针对性的方案和措施。

（1）确保智能电表采集PUE值正确和通信正常。对于通信机房PUE值分析，需要机房各个智能电表数据的正常采集。为了确保智能电表数据实时性，中国联通河北分公司对河北智能电表系统制定了异常PUE按周考核通报，基准分值为8分，对应覆盖率为98%，每低于1个百分点扣0.5分。异常PUE值数据包括核心局PUE=1、PUE=0、通信中断和长期未采集PUE机房。

（2）制定PUE值管控机房。依据河北智能电表系统采集数据，确定全年PUE管控机房清单。核心、IDC机房全年PUE超过1.6，接入局站、自留基站全年PUE超过1.3的机房设置为管控机房。要求地市针对这些管控机房PUE超高原因进行分析，提出解决方案，实现机房全年PUE降低，达到合格目标。

（3）关注PUE超标机房。对河北智能电表系统中全年没有超过管控值的核心局、IDC、接入局站、自留基站，每月也要关注是否有PUE超标。发现超高，分析原因，同样从根本上解决，杜绝再次出现。

（4）掌握机房空调基本原理和运行状况。机房专用空调主要由6个部分组成：供风子系统、制冷子系统、加热子系统、加湿子系统、除湿子系统以及控制子系统。空调主要部分是制冷系统，制冷系统是利用制冷剂在系统内连续不断地循环流动，在蒸发器、压缩机、冷凝器和膨胀阀等部件进行热力变化，将室内热量移到室外，为空调器提供冷源，室外冷热交换为冷凝器，室内冷热交换为蒸发器，能量驱动核心为压缩机。

空调机的制冷量指空气通过蒸发器、表面冷却后被降温所需的冷量。在稳定的工况下，空调机的制冷量等于空调冷负荷、送风管道冷量损失和排风的冷量损失之和。

空调制冷效果取决于室内蒸发器、室外冷凝器冷热交换。

2.1.2 PUE过高主要原因分析

根据空调工作原理，PUE过高通报站点现场工作环境的查看和分析，目前得出PUE过高的主要原因如下文所述。

（2）局部热点问题。老式机房通常采用上送风方式，空调由于机房机柜的布放，对机房的冷却风产生了阻碍，冷却风不能达到所有的被冷却的设备，造成机房不同部位的局部过热。以往解决机房局部过热采取的措施：一是在局部过热点增加空调；二是降低空调启动温度，增加空调制冷量。这两种方式都造成空调耗电量的增加和机房PUE值过高。新的局部过热解决方式：唐山分公司、廊坊分公司等地市对存在局部热点造成PUE值过高的机房，采用了“天花板静压送风”方式进行节能优化整治。

（3）冷热混风问题。汇聚机房整合，许多电源动力设备和业务设备综合到一个机房，电源散出的热量无法送入空调。机房处于冷风和热风混风状态。空调回风温度始终高于制冷设定值。唐山分公司针对此问题的高开区二楼综合机房，利用热自排技术将高耗能设备散发的高热空气排出机房，结合湿膜风机技术，降低机房PUE值。如图1所示。

图1 利用热自排技术将高耗能设备散发的高热空气排出机房

（4）接入局站、自留基站问题。接入局站空调主要问题是空调运行时间控制不好、接入机房未使用任何节能措施。在确保机房环境温度符合要求的状态下，各地市根据机房实际问题，采用了相应节能措施。

例如：各地市对接入机房温度设置为 28 ℃；河北省廊坊市燕郊县局自主设计将报废的自助缴费终端机改造为智能风机并启用，节能效果明显。目前已在县中心综合机房等多个机房安装使用；河北省邯郸市、石家庄市、廊坊市等市接入机房安装定时器，夏季00:00—06:00点关闭空调。目前，定时器邯郸市已安装40个，廊坊安装了 2 个，石家庄安装了 1 个。

（5）管控机房PUE过高问题。石家庄和河北省唐山市互联网数据中心（Internet Date Center，IDC）机房由于业务迁移，留存的服务器零星散布在各个机房内，空调功率大。各地市核心机房安装的湿膜风机全部处于停用状态（除唐山启用外），主要原因是细过滤网更换价钱2 000元左右，成本高。核心机房为了保障机房温度，所有空调全部处于运行状态，空调处于无人管控状态。处理保障措施：在确保机房环境温度符合要求的前提下，各地市为了降低管控机房PUE值，根据实际现象，应用各种办法，降低管控机房PUE。各地市对核心机房全部采用了关闭多余运行空调措施。整治修理风机。邯郸市、河北省沧州市等市对已安装湿膜风机的机房，风机过滤网全部清洗，在10月至3月期间运行湿膜风机。河北省张家口市桥东区纬一路邮政局2楼B类汇聚机房11月风机安装完毕，11月27日就投入运行。自风机使用以来，PUE值降到1.1以下。空调耗电量由之前每天300 kW·h降到现在每天30 kW·h左右。石家庄鹿泉IDC机房，7楼机房设备整合到3楼，7楼机房腾退。7楼IDC机房11月费节约电量4 000 kW·h。石家庄鹿泉IDC5楼机房（大机房）、鹿泉IDC3楼机房（大机房）采用防静电地板下安装隔板的方式，减少空调运转时间。

2.2 降低电费单价

根据目前各地市转供电数量和所占比例，制定各地市转改直数量计划，并跟踪改进数量。同时，响应国家号召，根据地区使用电网公司，展开直采电洽谈工作。

2.2.1 转供电改直供电

“我们下一步正在推进宽带乡村、高清泸州的工程建设，推进5G商用和IPV6（互联网协议第6版 ）规模部署，建设高速、移动、安全、泛在的信息基础设施。同时泸州市还要深度拓展智慧应用，实施‘互联网+’行动计划，推动公益互联网平台建设，持续开展‘万企上云’的活动。”刘春表示。

各地市按照省公司下达的指标任务，对转供电机房进行转改直工作。图2为保定分公司目前已改直供电的具体状况。

图2 保定分公司转改直详单表单

2.2.2 直采电（直接和发电供电签订用电合同）

依据集团公司与中国华电集团公司、华润电力控股有限公司、中国大唐集团有限公司签订的战略合作框架协议，河北联通12个地市分公司结合自身通信业务合作情况、业务拓展意向，参考“三重一大”决策制度，选定电力直接交易代理单位。

相应合作方售电业务范围介绍如下。河北南网：中国华电集团公司、华润电力控股有限公司、中国大唐集团有限公司。河北北网：华润电力控股有限公司、中国大唐集团有限公司。

各地市主管与以上相关电力公司展开联系和沟通，并对已确认的站点签订了合同。

3 多举措施成效

3.1 降低通信机房PUE值成效

3.1.1 对智能电表监控站点实施PUE管控的成效

对河北省智能电表监控站点实施PUE管控以来，在以下两个方面成效非常明显。

（1）异常数据通报工作开展后，全省接入站点智能电表在线量有了很大的变化。在2020年全省拆除站点155个情况下，2020年8月接入站点在线数量4 610个，比2019年8月4 540个增加了70个；2020年9月在线数量4 610个，比2019年9月的4 520个增加了90个；2020年10月在线数量4 591个，比2019年10月的4 491个增加了100个；2020年11月4 599个，比2019年11月4475增加了124个；2020年12月的4 595个，比2019年12月4 494个增加了101个。

（2）空调关闭量。在保证机房温度符合设备工作的情况下，河北省2020年8月空调耗电量为零机房数为1 429个，占接入、自留机房总量为31%，比2019年增加133个，占比率增加了2.45%。2020年9月空调耗电量为零机房数为1 521个，占接入、自留机房总量32.99%，比2019年增加215个，占比率增加4.1%。2020年10月空调耗电量为零机房数为2 135个，比 2019年增加626个，占比率增加12.9%。2020年11月2 742个，比2019年增加656个，站比率增加13.01%。2020年12月空调耗电量为零机房数为3 131个，比2019年增加535个，占比率增加10.37%。

2021年与2020年空调关闭每月比较如图3所示。

图3 2021年与2020年空调关闭比较

3.1.2 以上措施节电效果

（1）2021年1月节电效果。2021年1月，核心管控机房改善数24个，改善率72.73%，节约地电量24.25万kW·h。IDC管控机房改善数6个，改善率60%，节约电量20.52万kW·h。接入机房管控机房改善数467个，改善率46.75%，节约电量为10.12万kW·h。自留基站管控机房改善数15个，改善率为46.88%，节约电量0.69万kW·h。在采用关闭空调、启用风机等节能措施后，河北省2021年1月同比2020年1月节约电量70万kW·h。

（2）2021年2月节电效果。2021年2月，核心及IDC管控机房改善数32个，改善率84%，同比1月增加14%，节约电量44.19万kW·h。河北接入站点管控机房改善数383个，改善率40.2%，同比1月降低了6.55%，节约电量为10.81万kW·h。在采用关闭空调、启用风机等节能措施后，河北省2021年2月同比2020年2月节约电量95万kW·h。

（3）2021年3月节电效果。2021年3月，核心及IDC管控机房改善数31个，改善率74%，同比2月下降10%，节约电量47.6万kW·h。接入站点管控机房改善数466个，改善率49.6%，同比2月增加了9.4%，节约电量为8.08万kW·h。河北省2021年3月同比2020年3月节约电量70万度；一季度全省节电235万kW·h。

3.2 降低电费单价成效

通过河北省转改直、直采电等措施的开展，截至2022年6月份全省转改直共计完成394个站点，预计全年节约电费373万元。直采电各地市预计年底完成核心局，节约电费100万元。

4 结 论

通过以上的两种方式降低运维能耗成本，使一线维护人员具有了主动节能意识，利用维护工作的小细节和小方法提高空调能效比，并通过多种创新技术，改变生产环境，达到绿色环保节能、降低机房能耗成本的最终目的。