電信建筑能源審計(jì)工作方法研究

張萍 劉東 丁永青 侯振寰 宋丹丹

1同濟(jì)大學(xué)機(jī)械與能源工程學(xué)院

2上海市能效中心

0 引言

建筑能源審計(jì)是指由專(zhuān)業(yè)的能源審計(jì)單位受政府主管部門(mén)或業(yè)主的委托，對(duì)建筑的部分或全部能源使用情況進(jìn)行檢查、診斷和審核，對(duì)能源利用的合理性做出評(píng)價(jià)，并提出改進(jìn)措施的活動(dòng)[1～4]。

由于電信企業(yè)業(yè)務(wù)量對(duì)機(jī)房能耗影響不大，電信機(jī)房需常年滿負(fù)荷工作。機(jī)房設(shè)備散熱量大，同時(shí)電信機(jī)房對(duì)不間斷恒溫恒濕環(huán)境要求很高，一般交換機(jī)房溫度的要求為21℃～25℃，相對(duì)濕度的要求為40%～70%[5]，要求全年供冷，通常采用分層精密空調(diào)設(shè)備。數(shù)據(jù)顯示，上海電信2009年基站消耗的電力占電信企業(yè)全年耗電量的20%以上，其中有超過(guò)50%電能被冷卻設(shè)備所消耗。電信建筑的單位面積耗能指標(biāo)高，因此有必要對(duì)其開(kāi)展能源審計(jì)工作。

1 電信能源審計(jì)工作方法

對(duì)上海市13家電信企業(yè)進(jìn)行了2011年度能源審計(jì)工作，這是首次對(duì)電信建筑開(kāi)展能源審計(jì)工作。

以地面局為例，一個(gè)電信單位可能存在上百個(gè)營(yíng)業(yè)場(chǎng)所，包括辦公區(qū)域和電信機(jī)房等。而這些建筑中有些也是采用租用形式，直接導(dǎo)致能源計(jì)量管理的不便以及能源消耗量的統(tǒng)計(jì)分散。因?yàn)橛媚芊绞讲煌趫@區(qū)式的工業(yè)企業(yè)或者公共建筑，使得電信建筑的能源審計(jì)工作難度增加。

1.1 開(kāi)展能源審計(jì)工作的依據(jù)

電信建筑能源審計(jì)的依據(jù)與公共建筑能源審計(jì)有所不同，除了增加電信用能的相關(guān)規(guī)范外，還要參考工業(yè)企業(yè)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。例如：《2011年上海市通信業(yè)節(jié)能工作要點(diǎn)》（GB/T3486-1993）、《企業(yè)能源審計(jì)技術(shù)通則》（GB/T2589-90）、《中國(guó)電信電源、空調(diào)維護(hù)規(guī)程》（試行稿）、《企業(yè)能源網(wǎng)絡(luò)圖繪制方法》（GB/T16616）、《企業(yè)能量平衡統(tǒng)計(jì)方法》（GB/T16614）。

1.2 典型建筑能耗和單位總能耗相結(jié)合

被審計(jì)單位除了提供單位總能耗各項(xiàng)數(shù)據(jù)，還要挑選一棟典型建筑，來(lái)詳細(xì)剖析該建筑的用能情況。所謂典型建筑就是兼具辦公和電信機(jī)房的建筑，最好是能合理反映出電信企業(yè)用能的建筑。

對(duì)于典型建筑，需要被審計(jì)單位填寫(xiě)建筑基本信息、能耗設(shè)備情況以及全年能耗量等。審計(jì)單位在進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)巡查時(shí)，需要對(duì)填寫(xiě)的各項(xiàng)耗能設(shè)備進(jìn)行核實(shí)。在報(bào)告編制時(shí)，根據(jù)采暖系統(tǒng)、空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)，照明系統(tǒng)，綜合服務(wù)系統(tǒng)，電信設(shè)備系統(tǒng)的分類(lèi)，對(duì)典型建筑進(jìn)行各項(xiàng)能源消耗量概算，最后根據(jù)被審計(jì)單位提供的典型建筑能耗賬單，對(duì)概算數(shù)據(jù)進(jìn)行平衡性檢驗(yàn)，這些與公共建筑的能源審計(jì)要求相同。

但是，電信建筑的能耗普查著眼點(diǎn)在整個(gè)單位，由于電信行業(yè)建筑分散，用能設(shè)備數(shù)量大，可以通過(guò)剖析一棟典型建筑，來(lái)反映整個(gè)單位的用能情況。對(duì)于電信行業(yè)中某些綜合支撐部門(mén)建筑較少時(shí)，應(yīng)統(tǒng)計(jì)全部用能設(shè)備，進(jìn)行能耗概算。

1.3 企業(yè)能源流程圖和能源平衡表

根據(jù)《企業(yè)能源網(wǎng)絡(luò)圖繪制方法》，對(duì)電信企業(yè)用能情況繪制能源流程圖，將整個(gè)單位用能情況清晰呈現(xiàn)出來(lái)。以某電信局為例，能源流程圖如圖1所示。能源平衡表如表1、2所示。

圖1 某電信局能源流程圖

表1 2011年某電信局電力平衡表

表2 2011年某電信局能源消費(fèi)平衡綜合表

1.4 能耗分類(lèi)不同

公共建筑能源審計(jì)一般將能源分為三類(lèi)[4]：

第一類(lèi)是常規(guī)能耗和水耗，主要包括：照明能耗、供暖通風(fēng)和空調(diào)能耗、插座（室內(nèi)辦公設(shè)備和家電）能耗、動(dòng)力設(shè)備能耗和熱水供應(yīng)能耗等。

第二類(lèi)是特殊能耗。如全年連續(xù)運(yùn)行空調(diào)系統(tǒng)的計(jì)算中心、網(wǎng)絡(luò)中心、大型通信機(jī)房、有大型實(shí)驗(yàn)裝置的實(shí)驗(yàn)室、工藝過(guò)程對(duì)室內(nèi)環(huán)境有特殊要求的房間等的能耗，并將其從總能耗中扣除。

第三類(lèi)是按建筑面積定額收費(fèi)的城市熱網(wǎng)供熱消耗量。

由于電信企業(yè)存在租用借出樓層基站等現(xiàn)象，使得安裝二級(jí)計(jì)量器具，即空調(diào)設(shè)備耗電、照明耗電、室內(nèi)設(shè)備耗電、動(dòng)力設(shè)備耗電分項(xiàng)計(jì)量存在一定的困難。電信企業(yè)用電分為生產(chǎn)用電和非生產(chǎn)用電，生產(chǎn)用電又分為基站、小靈通、核心機(jī)房、通信機(jī)房、IDC、接入局所、室外機(jī)柜，非生產(chǎn)用電又分為管理用電、渠道用電和其他用電，因此，對(duì)電信建筑進(jìn)行耗電量分析時(shí)，采取上述分類(lèi)法對(duì)能源審計(jì)工作更直觀和便捷。

2 電信建筑能耗分析

上海電信由總部和24個(gè)直屬二級(jí)單位組成。其中，24個(gè)直屬單位包括14個(gè)地面局、4個(gè)產(chǎn)品部和6個(gè)綜合支撐單位。地面局指的是保障上海市通信網(wǎng)絡(luò)的主要基站、機(jī)房等，產(chǎn)品部是指利用電信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行生產(chǎn)的部門(mén)，包括長(zhǎng)途無(wú)線部、號(hào)百分公司等，綜合支撐部門(mén)是一些輔助性部門(mén)，比如應(yīng)急通信局、電信技術(shù)研究院等，有些綜合支撐部門(mén)沒(méi)有通信機(jī)房。

2011年各單位年總電耗如圖2所示。其中，地面局電耗最大，占總電耗的59%；其次為產(chǎn)品部電耗，占總電耗的34%。地面局機(jī)房數(shù)量最多，綜合支撐部門(mén)最少，可見(jiàn)電信機(jī)房是電信建筑電耗量最大的部分。

圖2 上海電信2011年總電耗比例圖

上海電信在2011年內(nèi)共購(gòu)買(mǎi)各種能源按等價(jià)值折標(biāo)準(zhǔn)煤219079噸。其中電力占總能耗97.98%，對(duì)于電信行業(yè)來(lái)說(shuō)，采取措施減少電耗是節(jié)能的主要方向。圖3為2011年公司能耗構(gòu)成情況。

圖3 2011年上海電信能耗構(gòu)成情況

2011年上海電信總用電量為71553萬(wàn)kWh，其中生產(chǎn)用電為65643萬(wàn)kWh，非生產(chǎn)用電為5910萬(wàn)kWh。圖4、5分別為公司生產(chǎn)用電和非生產(chǎn)用電的詳細(xì)組成情況。生產(chǎn)用電中通信機(jī)房耗電量最大，為52.88%，IDC其次為30.10%，非生產(chǎn)用電中管理用電占74.98%。

圖4 生產(chǎn)用電各項(xiàng)所占比例

圖5 非生產(chǎn)用電各項(xiàng)所占比例

以上能耗分析顯示，電能是電信企業(yè)耗電的主要途徑，其中，通信機(jī)房和IDC機(jī)房的耗電量最大，這跟機(jī)房通信設(shè)備和空調(diào)設(shè)備全年開(kāi)啟有直接關(guān)系，做好這兩方面的節(jié)能工作也是電信企業(yè)的能源審計(jì)節(jié)能潛力所在。

3 電信建筑節(jié)能潛力分析

3.1 電信機(jī)房電源

3.1.1 數(shù)據(jù)中心選用適宜溫度

一般標(biāo)準(zhǔn)中建議服務(wù)器及網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備應(yīng)運(yùn)行在21～25℃，15℃到32℃是IT設(shè)備正常運(yùn)行的極限。隨著多數(shù)主要制造商己接受了ASHRAE提出的提高機(jī)房溫度上限的建議：從原來(lái)的25℃提高到27℃，現(xiàn)在生產(chǎn)的設(shè)備也較之以前具有更寬的工作溫度范圍，己能滿足在27℃下長(zhǎng)期穩(wěn)定的運(yùn)行，且溫度限定在27℃是能夠?qū)崿F(xiàn)溫度和功耗的一個(gè)最佳平衡。

在其他的運(yùn)行工況條件保持不變的情況下，盛夏時(shí)空調(diào)的設(shè)置溫度每提高l℃，即可降低耗能5%。因此，在購(gòu)買(mǎi)服務(wù)器設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選擇具有較寬工作溫度的設(shè)備。

3.1.2 優(yōu)化供電系統(tǒng)

供電系統(tǒng)在提供電源的同時(shí)，會(huì)有電能損耗。雖然這些損耗在IDC機(jī)房總能耗中所占比例不大，但也是機(jī)房節(jié)能中不可忽視的部分。

1）模塊化供電。UPS的效率和負(fù)載功率是成正比的，越接近其滿負(fù)載容量，它的效率就越高?，F(xiàn)在很多UPS生產(chǎn)廠商正在實(shí)行對(duì)UPS模塊化生產(chǎn)，用戶(hù)可按照負(fù)載的增加而增加模塊，始終保持UPS較高負(fù)載率，以達(dá)到降低能耗的目的。實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)顯示每套系統(tǒng)節(jié)能20%以上。

2）服務(wù)器直流供電。IDC機(jī)房中常用的雙轉(zhuǎn)換在線式UPS工作時(shí)會(huì)先將交流電濾波整流后變成直流電，再由逆變器將此直流電轉(zhuǎn)換成設(shè)備需要的正弦波交流電源。兩次的交、直流變化會(huì)帶來(lái)一定的損耗。如果服務(wù)器采用直流供電，可以減少一次交、直流變化，達(dá)到節(jié)能的效果。

3）采用無(wú)變壓器的UPS設(shè)備。傳統(tǒng)UPS的整機(jī)效率只有75%～85%，但采用無(wú)變壓器的機(jī)型，可以提升至 90%以上[6～7]。

3.2 電信機(jī)房空調(diào)

3.2.1 使用室外冷源

上海地區(qū)一年中大約有一半的時(shí)間室外溫度低于20℃，而通信機(jī)房溫度一般控制在21～25℃，考慮使用室外新風(fēng)，帶走機(jī)房?jī)?nèi)的部分熱量。當(dāng)通風(fēng)量固定、室內(nèi)外溫差大于一定數(shù)值后，可以全部依靠新風(fēng)將機(jī)房?jī)?nèi)的熱量帶走，從而達(dá)到降低機(jī)房?jī)?nèi)部溫度的目的。

3.2.2 精確送風(fēng)

由于通信機(jī)房通信設(shè)備布局緊密，通信設(shè)備散熱量大，如按一般空調(diào)送風(fēng)方式，極有可能造成機(jī)房冷熱不均。若采用精確送風(fēng)，利用空調(diào)系統(tǒng)主風(fēng)管把來(lái)自冷源的冷風(fēng)經(jīng)靜壓箱輸送至各分支風(fēng)管，然后由各門(mén)式送風(fēng)器直接送至機(jī)柜內(nèi)設(shè)備的進(jìn)風(fēng)口，對(duì)設(shè)備進(jìn)行冷卻，如圖6所示，則機(jī)房散熱相對(duì)均勻，減少空調(diào)設(shè)備負(fù)荷，節(jié)約電能。各分支管可以安裝調(diào)節(jié)閥，通過(guò)調(diào)節(jié)閥控制送給每個(gè)機(jī)柜的冷風(fēng)量。圖7是一般通信機(jī)房空調(diào)設(shè)備布置圖。

精確送風(fēng)不僅能解決傳統(tǒng)上送風(fēng)氣流短路的問(wèn)題，還能解決傳統(tǒng)送風(fēng)方式設(shè)備間互相傳熱影響，數(shù)據(jù)顯示精確送風(fēng)的每小時(shí)節(jié)電率可達(dá)到20%左右[8]。

圖6 精確送風(fēng)示意圖

圖7 未使用精確送風(fēng)機(jī)房設(shè)備布置

3.2.3 噴霧降溫

空調(diào)機(jī)組內(nèi)冷凝器的冷凝壓力與冷凝溫度成正比，冷凝壓力偏高的現(xiàn)象主要出現(xiàn)在夏季，由于環(huán)境溫度較高，冷凝器的散熱能力不變或變差時(shí)冷凝壓力升高，制冷壓縮機(jī)的排氣壓力升高，壓縮比增大，從而造成壓縮機(jī)的輸氣系數(shù)降低，功耗增大，能效比下降。因此在環(huán)境溫度較高時(shí)應(yīng)提高冷凝器的散熱能力，使空調(diào)機(jī)組能正常運(yùn)行。

噴霧冷卻技術(shù)是將軟化和凈化后的水或冷凝水霧化后噴到空調(diào)器冷凝器的散熱片上，利用液態(tài)水在轉(zhuǎn)變成水蒸氣時(shí)吸收大量熱量的特性，大幅度提高冷凝器的散熱能力。因此能在環(huán)境溫度較高時(shí)仍然保證冷凝器的散熱能，使得空調(diào)機(jī)組處于額定冷凝壓力的工作狀態(tài)，避免因各種故障引起的額外能耗，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)電。

3.3 移動(dòng)基站節(jié)能

對(duì)于機(jī)動(dòng)通信局的移動(dòng)基站，需要采用蓄電池給通訊設(shè)備供電。針對(duì)蓄電池不耐溫的特點(diǎn)，將電池裝入恒溫箱，可使箱內(nèi)電池溫度恒定在25℃，消耗的電能大幅降低。和一般的通信機(jī)房一樣，移動(dòng)基站也可以利用室外新風(fēng)，在室外溫度較低時(shí)將室外冷空氣過(guò)濾后送入基站內(nèi)，減少壓縮機(jī)、冷凝風(fēng)機(jī)的工作時(shí)間，大大節(jié)省電能，全年最大節(jié)能率可達(dá)40%[9～10]。

4 結(jié)論

1）通信機(jī)房需全年不間斷運(yùn)行，導(dǎo)致通訊設(shè)備和空調(diào)設(shè)備耗電量大，對(duì)電信建筑進(jìn)行能源審計(jì)是非常必要的。

2）電信建筑能源審計(jì)工作方法有別于一般公共建筑，主要體現(xiàn)在這幾個(gè)方面：能源審計(jì)工作標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)有所不同；典型建筑能耗與單位總能耗相結(jié)合；增加能流圖和能源平衡表；能耗分類(lèi)不同。

3）對(duì)上海電信建筑的能源審計(jì)工作結(jié)果顯示，電能占了企業(yè)總能耗的98%，生產(chǎn)用電占總用電量的91.7%，生產(chǎn)用電中通信機(jī)房耗電量最大，為52.88%，IDC其次，為30.10%。

4）電信企業(yè)存在一定的節(jié)能潛力，主要有電源和空調(diào)兩方面。電源改造主要是使用模塊化的UPS，交流變直流，使用無(wú)變壓器的UPS，空調(diào)改造主要是精確送風(fēng)，充分利用室外新風(fēng)，對(duì)冷凝器使用噴霧降溫等。同時(shí)，適當(dāng)提高機(jī)房環(huán)境溫度也可節(jié)電。移動(dòng)基站宜采用恒溫箱安放蓄電池，并充分利用室外新風(fēng)。

[1]上海市建筑科學(xué)研究院（集團(tuán)）有限公司,上海市建筑建材業(yè)市場(chǎng)管理總站.公共建筑能源審計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(DG/TJ08-2114-2012)[S].2012

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[4]住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.國(guó)家機(jī)關(guān)辦公建筑和大型公共建筑能源審計(jì)導(dǎo)則(建科2007-249號(hào))[Z].2007

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