通信行業專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。機房空調是通信行業的耗能大戶，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、實際應用條件和節能價值。分析有助于幫助通信運營商根據自身實際情況選擇合適的節能方案，推動節能減排工作進展。

1、引言

眾所周知，能源是經濟發展的物質基礎，也是經濟社會可持續發展的重要制約因素，通信行業內雖然每個單體基站其所消耗的電能和產生的二氧化碳相比于鋼鐵和冶金等高耗能產業微乎其微，但是隨著我E130建設速度的不斷加快、數據互聯網業務的不斷增長，基站數量及中大型數據機房比例也逐漸上升。以中國移動為例，在一年多內完成基站建設總量幾乎超過了過去10年建設量的總和。如此飛速的增長自然帶來了嚴峻的能耗問題。

為了降低數量龐大的通信基站、機房的能耗，通信運營商紛紛積極投入到尋找節能新辦法的行動中，而對于基站、機房環境來說，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現節能的重點。因此，本文著重針對基站、機房空調節能的多種方法做—探討。

2、基站空調節能方案——新風技術

對于通信運營商來說，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％，對于此類站點采用新風技術、引入室外新風可減少空調的使用頻率，達到節能降耗的目的。

新風技術應用并不是一個新的課題，其應用相對簡單，投入小、節能效果明顯，在很多基站已經有應用，但新風技術應如何安全、科學應用還可更進一步進行探討。

首先，新風方案的應用地點不應該是非常偏遠的站點，因為新風多少都會將外界的塵土、雜質帶入基站內，配合室內的過濾網，塵土可以被大部分過濾，此時過濾網就需要定期的更換、清洗，并且，也需要定期對基站內的潔凈度、腐蝕程度進行*估，從而判斷如何調整新風功能開啟時間。


圖1基站能耗分布示意圖

其次，新風技術不應該是僅僅簡單的將室外冷風引入基站，而是必須在安全引入的基礎上實現新風節能，這樣的節能效果才是最終要達到的。因此，新風的功能性需要進一步探討，至少需實現如下功能：

（1）根據房間負荷自動判斷、切換新風及空調開啟。新風開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開啟溫度，實現最大的節能效果。

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

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


圖2具有新風功能的空調示意圖

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

3、基站空調節能方案——休眠技術

機房空調運行時具有三種基本狀態，分別是冷狀態、送風狀態、停機狀態。對于機房環境來說，本質上只需要其提供冷量，所以僅僅制冷狀態是必需的。但對于空調來說，當機房環境溫度達到設定值時，制冷狀態結束，空調轉為送風狀態。此時機組的壓縮機已經停機運行，即不輸出冷量，但為了采集室內溫濕度信息，空調的室內風機還是繼續運行，此時對于機房環境來說，這種狀態無關制冷，某種意義上講是在耗能狀態。因此，如何將空調在不需要提供量的時候直接轉為停機狀態是實現節能的一個方向，此技術可稱為整機休眠技術。

休眠技術的節能出發點是節省空調不制令時風機的功率，要實現風機節能必須保證空調在不開風機的情況上能采集到環境溫濕度信息，因此，可以采用外置遠程傳感器的方法為解決這個問題，可以將外置的傳感器放置到機房內主設備出風口處或者發熱設備附近，一旦此處達到設定值則空調開始整機休眠，風機節能開始；一旦此處溫度超過設定值，則空調開啟，輸出冷量。通過以上設計，空調達到節能效果。


圖3 整體休眠功能實現示意圖

此方案由于僅通過收集局部環境的溫度為控制空調工作狀態，因此其應用時需要注意局部區域設置不能過多，且適用于負載變化較大的場所。因此，此方案針對基站環境中較為適用。可調協1-2個控制區域來實現，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—制冷劑循環技術

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追逐的目標。因此，降低機房能耗要從降低空調能耗著手，而降低空調能耗關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題在冬季或者春秋季時間，一方面到外溫度很低，另一方面機房內設備依然散發大量妲，無法排至室外，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，則無需開啟壓縮機，空調能耗就會大大降低。為了利用室外自然冷源，一種方式是直接引入新風，對機房進行冷卻，但是這種空調只能應用于潔凈工要求不高的場合，如通信基站等，不適合大規模應用；另一種方式則是開啟特質的制冷劑泵，驅動制劑液體在室內外換熱進行循環換熱，在冷凝器中與室外冷空氣換熱，器，實現對機房的供冷。


圖5制冷劑循環枝術

顯然，第二種制冷劑循環技術解決了機房在密閉環境下如何利用室外自然冷源的問題，并且在同一套系統中實現了機械制冷和制冷劑循環制冷的雙重功能，即簡單又可靠，節能效果也非常明顯，經過實際測試，在室外環境0℃時其節能效果已經達到近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

隨著通信行業的飛速發展，主設各廠家也在積極開發先進技術以達到主設各更高能效、更低成本的目的。因此越來越多的主設各向著高集成、高功率、高效率的方向發展。刀片服務器、四核CPU等等新一代的產品也紛紛大量應用，那么這些新技術給我們帶來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行，這種設計會降低機房的平均功耗、減小資本投入，應該說是新一代節能機房設計的關鍵。我們從以下案例進行分析：

案例⒈傳統機房設計方式。采用傳統機房設計方式時，一個用電367 kW的機房需3 KW的機柜約120個，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，采用高集成的主設各，將原有部分機柜進行合并為12 kW/RACK，這樣機柜的總體數量可減少為約60個，占地面積減小約65％。


圖6 兩種設計方案對比

通過以上兩種設計方案對比，可以發現，采用高功率密度方案設計時，機房的面積減小了，房間的環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謂耗散也降低到最低，達到更進一步的綜合節能，可以說在未來的大型機房設計中，高功率密度機房設計會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鍵路徑。

6、結論

通過以上論述，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現，可操作性強，并且效果明顯，便于追蹤比較，可以通過試點進行實際的對比驗證，在科學、客觀的基礎上再進行實施，從而推進節能減排工作的進行。