通信機(jī)樓能效模型研究及應(yīng)用

◆王 文 程勁暉

（廣東省電信規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司 廣東 510630）

通信機(jī)樓能效模型研究及應(yīng)用

◆王 文 程勁暉

（廣東省電信規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司 廣東 510630）

本文對(duì)國(guó)內(nèi)某運(yùn)營(yíng)商通信機(jī)樓節(jié)能減排工作進(jìn)行跟蹤研究,從能耗構(gòu)成、能效指標(biāo)及預(yù)測(cè)模型等方面進(jìn)行深入研究，并應(yīng)用研究模型對(duì)典型機(jī)樓主要節(jié)能技術(shù)的能效影響進(jìn)行預(yù)測(cè)分析,提出能效優(yōu)化意見,為通信機(jī)樓能效規(guī)劃及節(jié)能改造提供了一種有效的工具。

通信機(jī)樓; 能效指標(biāo); 預(yù)測(cè)模型

1 背景及意義

1.1 研究背景

（1）通信機(jī)樓能效水平顯著提高

通過多年來的持續(xù)關(guān)注與改進(jìn)，通信機(jī)樓能源利用效率得到了顯著提升:

通信機(jī)樓總體平均PUE，達(dá)1.9左右，分布在1.4-3.0的較大范圍內(nèi)。

通信機(jī)樓能效水平相對(duì)較高,超過80%的數(shù)據(jù)中心機(jī)樓的PUE值分布在1.5～2.0范圍內(nèi),近10%的數(shù)據(jù)中心機(jī)樓PUE值低于1.5。

（2）通信機(jī)樓能效提升潛力明顯

通信機(jī)樓結(jié)構(gòu)及用途多樣，能源利用效率差異很大，水平參差不齊。

目前還存在數(shù)量可觀的老舊通信機(jī)樓，送風(fēng)方式不夠科學(xué)，氣流組織不合理，缺乏有效節(jié)能措施，機(jī)房能效狀況不佳。

相關(guān)節(jié)能建設(shè)規(guī)范不斷出臺(tái)，各種節(jié)能技術(shù)及措施不斷涌現(xiàn)，為進(jìn)一步提高機(jī)樓能效水平提供了良好的基礎(chǔ)。

（3）通信機(jī)樓能效研究方法待改進(jìn)

預(yù)測(cè)性不夠:當(dāng)前各通信機(jī)樓能效數(shù)據(jù)主要來源于實(shí)測(cè)，缺乏足夠的理論基礎(chǔ)及統(tǒng)一測(cè)算模型，難以對(duì)機(jī)樓能效水平進(jìn)行合理評(píng)估。

指導(dǎo)性欠缺:無法有效預(yù)估分析各項(xiàng)節(jié)能技術(shù)及改造措施對(duì)能效水平的影響。機(jī)樓的節(jié)能規(guī)劃設(shè)計(jì)、建設(shè)改造工作缺乏明確的目標(biāo)及指引。

對(duì)比分析難實(shí)現(xiàn):難以在不影響網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)行的情況下對(duì)改造前后的機(jī)樓能效水平進(jìn)行對(duì)比研究。

1.2 研究意義

（1）能效模型的建立可為通信機(jī)樓PUE的測(cè)算提供理論依據(jù)和計(jì)算方法，可用于對(duì)機(jī)樓PUE實(shí)測(cè)值的合理性進(jìn)行分析及驗(yàn)證。

（2）可運(yùn)用通信機(jī)樓能效模型對(duì)各項(xiàng)節(jié)能技術(shù)及改造措施對(duì)能效水平的影響進(jìn)行預(yù)測(cè)，提高節(jié)能建設(shè)及改造項(xiàng)目決策的合理性、增強(qiáng)節(jié)能建設(shè)及優(yōu)化改造工作的目標(biāo)性。

2 研究?jī)?nèi)容及成果

2.1 能耗結(jié)構(gòu)

通信機(jī)樓一般由所在地電網(wǎng)或?qū)Ｓ玫陌l(fā)電設(shè)施提供電力，經(jīng)過變、配電等環(huán)節(jié)處理后，為樓內(nèi)用電設(shè)備提供電源。其能耗主要分為生產(chǎn)能耗和非生產(chǎn)能耗兩大部分。

2.2 能效指標(biāo)

目前通信機(jī)樓能效指標(biāo)主要可分為兩大類，分別為能源消耗結(jié)構(gòu)性指標(biāo)和能源消耗效果性指標(biāo):

能源消耗結(jié)構(gòu)指標(biāo)中最常見的就是PUE，以此為基礎(chǔ)，綜合考慮指標(biāo)的可測(cè)量性、可比較性和可優(yōu)化性，可增加制冷負(fù)載系數(shù)（CLF）、供配電負(fù)載系數(shù)指標(biāo)（PLF），與PUE一起作為通信機(jī)樓能源消耗結(jié)構(gòu)測(cè)評(píng)指標(biāo)。

從運(yùn)營(yíng)商的角度來看，通信機(jī)樓就像一臺(tái)通信設(shè)備，輸入的是電能，輸出的是各種通信專業(yè)能力。能源消耗效果指標(biāo)（TEer、EEer等）可以衡量通信機(jī)樓消耗的電能中究竟有多少被用于有效進(jìn)行信息計(jì)算及處理。能源消耗結(jié)構(gòu)指標(biāo)是目前社會(huì)上廣泛接受的能效衡量指標(biāo)，而能源消耗效果指標(biāo)則是通信運(yùn)營(yíng)商在衡量通信機(jī)樓能效水平是重點(diǎn)參考的指標(biāo)之一。

圖1 通信機(jī)樓能耗結(jié)構(gòu)

2.3 能效模型

未來很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，能源利用效率PUE仍將是衡量通信機(jī)樓能效水平的最主要指標(biāo)。根據(jù)通信機(jī)樓能耗結(jié)構(gòu)及各部分能耗計(jì)算模型，針對(duì)能效指標(biāo)PUE的能效計(jì)算模型如下:

A:空調(diào)暖通設(shè)備功耗（kW）

A’:智能通風(fēng)設(shè)備能耗（kW）

B:專業(yè)主設(shè)備實(shí)際功耗（kW）

C:供配電設(shè)備損耗（kW）

D:照明設(shè)備功耗（kW）

（1）不考慮節(jié)能減排措施

PUE=（A+B+C+D）/ B

其中:

A=（Q主設(shè)備+Q圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱+Q供配電+Q照明+Q新風(fēng)）×氣流損失系數(shù)/功的熱當(dāng)量/空調(diào)能效比

B=規(guī)劃?rùn)C(jī)架數(shù)×單機(jī)架平均功率×裝機(jī)率×綜合系數(shù)

C= Q供配電/功的熱當(dāng)量

D= Q照明/照明設(shè)備熱功轉(zhuǎn)換系數(shù)

（2）考慮節(jié)能減排措施

PUE=（A+A’+B+C+D）/ B

其中:

A，若智能通風(fēng)系統(tǒng)散熱量＞（Q主設(shè)備+Q圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱+Q供配電+Q照明+Q新風(fēng)），則A=0; 否則，A=（Q主設(shè)備+Q圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱+Q供配電+Q照明+Q新風(fēng)+Q通風(fēng)最大）×氣流損失系數(shù)/功的熱當(dāng)量/空調(diào)能效比

A’，若（t外-t內(nèi)）＞-10℃，則A’=0; 若A=0，則A‘=（Q主設(shè)備+Q圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱+Q供配電+Q照明+Q新風(fēng)）×氣流損失系數(shù)/功的熱當(dāng)量/智能通風(fēng)系統(tǒng)能效比; 否則，A’= Q通風(fēng)最大×氣流損失系數(shù)/功的熱當(dāng)量/智能通風(fēng)系統(tǒng)能效比

B=規(guī)劃?rùn)C(jī)架數(shù)×單機(jī)架平均功率×裝機(jī)率×綜合系數(shù)

C= Q供配電/功的熱當(dāng)量

D= Q照明/照明設(shè)備熱功轉(zhuǎn)換系數(shù)

2.4 模型實(shí)測(cè)驗(yàn)證

為了驗(yàn)證通信機(jī)樓能耗及能效計(jì)算模型，本文對(duì)運(yùn)營(yíng)商華南地區(qū)某IDC通信機(jī)樓進(jìn)行了調(diào)研及實(shí)測(cè)，驗(yàn)證情況如下:

表1 某通信機(jī)樓能效實(shí)測(cè)驗(yàn)證

3月份氣候涼爽，空調(diào)僅兩臺(tái)大機(jī)組運(yùn)行，機(jī)樓PUE水平相比炎熱月份更優(yōu)，實(shí)測(cè)計(jì)算值約1.85左右。實(shí)測(cè)與模型計(jì)算PUE值誤差為2.4%。

8月份相比3月份，主設(shè)備規(guī)模擴(kuò)容，月耗電總量增加; 且8月份氣候炎熱，除兩臺(tái)大機(jī)組空調(diào)外，另有1臺(tái)小機(jī)組投入運(yùn)行，機(jī)樓PUE水平相對(duì)較差，達(dá)1.95左右。實(shí)測(cè)與模型計(jì)算PUE值誤差為3.5%

機(jī)樓實(shí)測(cè)驗(yàn)證結(jié)論:機(jī)樓實(shí)測(cè)能效水平與模型計(jì)算值變化趨勢(shì)基本一致，月PUE值誤差不超過4%，年均PUE誤差為2%，初步驗(yàn)證了通信機(jī)樓能耗模型及計(jì)算方法的合理性。

3 研究成果應(yīng)用

表2 智能通風(fēng)技術(shù)對(duì)通信機(jī)樓PUE的影響預(yù)測(cè)

如表2所示，本文運(yùn)用通信機(jī)樓能效模型對(duì)主要節(jié)能產(chǎn)品和技術(shù)的能效影響進(jìn)行預(yù)測(cè)、分析，以下列舉了三種目前通信機(jī)樓節(jié)能改造中應(yīng)用較多的技術(shù)措施:

3.1 240V直流+市電直供替代傳統(tǒng)塔式UPS

采用240V直流+市電直供系統(tǒng)替代傳統(tǒng)塔式UPS后，不間斷電源系統(tǒng)效率平均提高了約8.5%，使得供配電系統(tǒng)損耗和空調(diào)暖通系統(tǒng)能耗均有下降，而主設(shè)備、照明及其他生產(chǎn)能耗基本保持不變，因此，PUE值呈下降趨勢(shì)，平均優(yōu)化率達(dá)8%左右。

3.2 智能通風(fēng)節(jié)能技術(shù)

越寒冷的地區(qū)或季節(jié)，通信機(jī)房室內(nèi)外溫差越大，通風(fēng)系統(tǒng)向室外傳遞的熱量越多，機(jī)房機(jī)械制冷負(fù)荷越低，PUE值更優(yōu)。智能通風(fēng)受地域及氣候影響，越寒冷的地區(qū)或季節(jié)，優(yōu)化效果越好，夏熱冬暖地區(qū)效果甚微。

3.3 空調(diào)系統(tǒng)下送風(fēng)改造

對(duì)于熱島現(xiàn)象較嚴(yán)重的上送風(fēng)通信機(jī)樓，下送風(fēng)改造對(duì)降低PUE的效果顯著,要好于智能通風(fēng),尤其是改造過程著重改善機(jī)房?jī)?nèi)氣流組織,受外界氣候影響小,在夏熱冬暖地區(qū)效果依然明顯。

表3 下送風(fēng)改造對(duì)通信機(jī)樓PUE的影響預(yù)測(cè)

4 結(jié)束語

本文的研究重點(diǎn)是建立一套適用于通信機(jī)樓能效預(yù)測(cè)分析的方法及模型，并通過對(duì)某運(yùn)行商典型機(jī)樓的實(shí)測(cè)，初步驗(yàn)證了本文所構(gòu)建的模型的正確性及合理性。下一步將針對(duì)對(duì)不同氣候區(qū)域的典型通信機(jī)樓進(jìn)行實(shí)測(cè)研究，對(duì)模型進(jìn)行完善及修正，建立一套適用于所有氣候區(qū)域的、具有良好可操作性的通信機(jī)樓能效分析及預(yù)測(cè)模型。

[1]YD/T1051-2010.通信局（站）電源系統(tǒng)總技術(shù)要求，2010.

[2]YDB037-2009.通信用240V直流供電系統(tǒng)技術(shù)要求，2009.

[3]GB 50736-2012.民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范，2012.