通信行業(yè)專(zhuān)用空調節能方案分析

節能減排工作是我國的國家戰略任務(wù)。機房空調是通信行業(yè)的耗能大戶(hù)，節能減排有巨大挖掘潛力。本文介紹了針對基站及機房的幾種不同空調節能解決方案，并探討了每種節能方案的原理、實(shí)際應用條件和節能價(jià)值。分析有助于幫助通信運營(yíng)商根據自身實(shí)際情況選擇合適的節能方案，推動(dòng)節能減排工作進(jìn)展。

1、引言

眾所周知，能源是經(jīng)濟發(fā)展的物質(zhì)基礎，也是經(jīng)濟社會(huì )可持續發(fā)展的重要制約因素，通信行業(yè)內雖然每個(gè)單體基站其所消耗的電能和產(chǎn)生的二氧化碳相比于鋼鐵和冶金等高耗能產(chǎn)業(yè)微乎其微，但是隨著(zhù)我E130建設速度的不斷加快、數據互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的不斷增長(cháng)，基站數量及中大型數據機房比例也逐漸上升。以中國移動(dòng)為例，在一年多內完成基站建設總量幾乎超過(guò)了過(guò)去10年建設量的總和。如此飛速的增長(cháng)自然帶來(lái)了嚴峻的能耗問(wèn)題。

為了降低數量龐大的通信基站、機房的能耗，通信運營(yíng)商紛紛積極投入到尋找節能新辦法的行動(dòng)中，而對于基站、機房環(huán)境來(lái)說(shuō)，空調的耗電量占據了接近50％，是除主設各外能耗的最大部分，如何提高空調系統的利用率是實(shí)現節能的重點(diǎn)。因此，本文著(zhù)重針對基站、機房空調節能的多種方法做—探討。

2、基站空調節能方案——新風(fēng)技術(shù)

對于通信運營(yíng)商來(lái)說(shuō)，大量的基站能耗占了總能耗的很大比重，而傳統基站中用于制冷的空調系統能耗又占了基站能耗的近50％，對于此類(lèi)站點(diǎn)采用新風(fēng)技術(shù)、引入室外新風(fēng)可減少空調的使用頻率，達到節能降耗的目的。

新風(fēng)技術(shù)應用并不是一個(gè)新的課題，其應用相對簡(jiǎn)單，投入小、節能效果明顯，在很多基站已經(jīng)有應用，但新風(fēng)技術(shù)應如何安全、科學(xué)應用還可更進(jìn)一步進(jìn)行探討。

首先，新風(fēng)方案的應用地點(diǎn)不應該是非常偏遠的站點(diǎn)，因為新風(fēng)多少都會(huì )將外界的塵土、雜質(zhì)帶入基站內，配合室內的過(guò)濾網(wǎng)，塵土可以被大部分過(guò)濾，此時(shí)過(guò)濾網(wǎng)就需要定期的更換、清洗，并且，也需要定期對基站內的潔凈度、腐蝕程度進(jìn)行*估，從而判斷如何調整新風(fēng)功能開(kāi)啟時(shí)間。


圖1基站能耗分布示意圖

其次，新風(fēng)技術(shù)不應該是僅僅簡(jiǎn)單的將室外冷風(fēng)引入基站，而是必須在安全引入的基礎上實(shí)現新風(fēng)節能，這樣的節能效果才是最終要達到的。因此，新風(fēng)的功能性需要進(jìn)一步探討，至少需實(shí)現如下功能：

（1）根據房間負荷自動(dòng)判斷、切換新風(fēng)及空調開(kāi)啟。新風(fēng)開(kāi)啟的溫度不是一成不變的，應該是跟基站內熱負荷相對應的，小的熱負荷可以對應較高的新風(fēng)開(kāi)啟溫度，實(shí)現最大的節能效果。

（2）能判斷室外濕度，高濕時(shí)切斷新風(fēng)。室外環(huán)境相對濕度較高、空氣含濕量較多時(shí)應關(guān)閉新風(fēng)，防止室外過(guò)多的水分隨空氣進(jìn)入到室內，否則房間內空氣濕度過(guò)大，容易產(chǎn)生凝露，造成器件腐蝕、短路、擊穿等故障。

（3）新風(fēng)正壓送風(fēng)設計，防止灰塵進(jìn)入。新風(fēng)進(jìn)入機房的方式應該是正壓送入，在室內形成一個(gè)相對室外的正壓環(huán)境，這樣房間人的潔凈度可最大程度得到保證。


圖2具有新風(fēng)功能的空調示意圖

綜上所述，新風(fēng)功能在應用中還需要注意很多地方，需要根據實(shí)際情況進(jìn)行選擇、調整，因此僅僅采用通新風(fēng)的方式是不科學(xué)的，機房運行的前提下是安全，只有圍繞著(zhù)安所進(jìn)行的節能措施才是具有實(shí)際意義的。

3、基站空調節能方案——休眠技術(shù)

機房空調運行時(shí)具有三種基本狀態(tài)，分別是冷狀態(tài)、送風(fēng)狀態(tài)、停機狀態(tài)。對于機房環(huán)境來(lái)說(shuō)，本質(zhì)上只需要其提供冷量，所以?xún)H僅制冷狀態(tài)是必需的。但對于空調來(lái)說(shuō)，當機房環(huán)境溫度達到設定值時(shí)，制冷狀態(tài)結束，空調轉為送風(fēng)狀態(tài)。此時(shí)機組的壓縮機已經(jīng)停機運行，即不輸出冷量，但為了采集室內溫濕度信息，空調的室內風(fēng)機還是繼續運行，此時(shí)對于機房環(huán)境來(lái)說(shuō)，這種狀態(tài)無(wú)關(guān)制冷，某種意義上講是在耗能狀態(tài)。因此，如何將空調在不需要提供量的時(shí)候直接轉為停機狀態(tài)是實(shí)現節能的一個(gè)方向，此技術(shù)可稱(chēng)為整機休眠技術(shù)。

休眠技術(shù)的節能出發(fā)點(diǎn)是節省空調不制令時(shí)風(fēng)機的功率，要實(shí)現風(fēng)機節能必須保證空調在不開(kāi)風(fēng)機的情況上能采集到環(huán)境溫濕度信息，因此，可以采用外置遠程傳感器的方法為解決這個(gè)問(wèn)題，可以將外置的傳感器放置到機房?jì)戎髟O備出風(fēng)口處或者發(fā)熱設備附近，一旦此處達到設定值則空調開(kāi)始整機休眠，風(fēng)機節能開(kāi)始；一旦此處溫度超過(guò)設定值，則空調開(kāi)啟，輸出冷量。通過(guò)以上設計，空調達到節能效果。


圖3 整體休眠功能實(shí)現示意圖

此方案由于僅通過(guò)收集局部環(huán)境的溫度為控制空調工作狀態(tài)，因此其應用時(shí)需要注意局部區域設置不能過(guò)多，且適用于負載變化較大的場(chǎng)所。因此，此方案針對基站環(huán)境中較為適用?？烧{協(xié)1-2個(gè)控制區域來(lái)實(shí)現，其節能性平均可達到20%以上，效果明顯。

4、機房空調節能方案—制冷劑循環(huán)技術(shù)

在常規機房空調能耗中，壓縮面能耗是主要部分，可占到近80%的比例。如何在保證壓縮機安全、穩定運行的前提下，盡可能的降低壓縮機能耗成為行業(yè)追逐的目標。因此，降低機房能耗要從降低空調能耗著(zhù)手，而降低空調能耗關(guān)鍵是降低壓縮機能耗。


圖4 空調系統能耗分布示意圖

目前機房冷卻系統的問(wèn)題在冬季或者春秋季時(shí)間，一方面到外溫度很低，另一方面機房?jì)仍O備依然散發(fā)大量妲，無(wú)法排至室外，導致空調依然要正常運行，空調能耗依然居高不下。如果能充分利用室外自然冷源，則無(wú)需開(kāi)啟壓縮機，空調能耗就會(huì )大大降低。為了利用室外自然冷源，一種方式是直接引入新風(fēng)，對機房進(jìn)行冷卻，但是這種空調只能應用于潔凈工要求不高的場(chǎng)合，如通信基站等，不適合大規模應用；另一種方式則是開(kāi)啟特質(zhì)的制冷劑泵，驅動(dòng)制劑液體在室內外換熱進(jìn)行循環(huán)換熱，在冷凝器中與室外冷空氣換熱，器，實(shí)現對機房的供冷。


圖5制冷劑循環(huán)枝術(shù)

顯然，第二種制冷劑循環(huán)技術(shù)解決了機房在密閉環(huán)境下如何利用室外自然冷源的問(wèn)題，并且在同一套系統中實(shí)現了機械制冷和制冷劑循環(huán)制冷的雙重功能，即簡(jiǎn)單又可靠，節能效果也非常明顯，經(jīng)過(guò)實(shí)際測試，在室外環(huán)境0℃時(shí)其節能效果已經(jīng)達到近40％，對于冬季較寒冷的我國大部分地區均值得推廣。

5、機房空調節能方案高集成、高功率密度機房設計

隨著(zhù)通信行業(yè)的飛速發(fā)展，主設各廠(chǎng)家也在積極開(kāi)發(fā)先進(jìn)技術(shù)以達到主設各更高能效、更低成本的目的。因此越來(lái)越多的主設各向著(zhù)高集成、高功率、高效率的方向發(fā)展。刀片服務(wù)器、四核CPU等等新一代的產(chǎn)品也紛紛大量應用，那么這些新技術(shù)給我們帶來(lái)的新思路就是機房設計也可以遵循高集咸、高功率密度的方向進(jìn)行，這種設計會(huì )降低機房的平均功耗、減小資本投入，應該說(shuō)是新一代節能機房設計的關(guān)鍵。我們從以下案例進(jìn)行分析：

案例⒈傳統機房設計方式。采用傳統機房設計方式時(shí)，一個(gè)用電367 kW的機房需3 KW的機柜約120個(gè)，占地500m2.

案例⒉高功率密度機房設計方式。采用高功率密度機房設計方式時(shí)，采用高集成的主設各，將原有部分機柜進(jìn)行合并為12 kW/RACK，這樣機柜的總體數量可減少為約60個(gè)，占地面積減小約65％。


圖6 兩種設計方案對比

通過(guò)以上兩種設計方案對比，可以發(fā)現，采用高功率密度方案設計時(shí)，機房的面積減小了，房間的環(huán)境熱負荷也隨之減小，因此空調的數量也就減少了，從而達到了最基本的節能設計。結合以上設計，再采用特定的供冷方式，可以將大面積供冷的無(wú)謂耗散也降低到最低，達到更進(jìn)一步的綜合節能，可以說(shuō)在未來(lái)的大型機房設計中，高功率密度機房設計會(huì )成為主流的設計形式，其高效、低耗的特性注定是機房節能的關(guān)鍵路徑。

6、結論

通過(guò)以上論述，分析了幾種基站、機房節能的方向，這幾種節能的方式容易實(shí)現，可操作性強，并且效果明顯，便于追蹤比較，可以通過(guò)試點(diǎn)進(jìn)行實(shí)際的對比驗證，在科學(xué)、客觀(guān)的基礎上再進(jìn)行實(shí)施，從而推進(jìn)節能減排工作的進(jìn)行。