通信機房節(jié)能降耗技術(shù)的實踐探析

（中國石油天然氣股份有限公司長慶油田分公司 通信處，西安 710000）

0 引言

通信機房在運行期間，對溫度、濕度等要求非常高，為了控制通信機房中的溫度，通常會用到空調(diào)系統(tǒng)，不僅會消耗許多能源，還會對環(huán)境造成污染［1］。因此，為了改善這些問題，必須通過多種方法來改進(jìn)通信機房系統(tǒng)的節(jié)能，并完善通信機房設(shè)備的各項性能，通過一些先進(jìn)的節(jié)能降耗技術(shù)來實現(xiàn)自動化控制，以便最大限度地提高節(jié)能降耗效果

1 通信機房的主要節(jié)能類型

1.1 IT 設(shè)備系統(tǒng)

IT 設(shè)備主要是指服務(wù)器、存儲等設(shè)備。服務(wù)器設(shè)備主要用到降頻技術(shù)、休眠技術(shù)等。降頻技術(shù)是一種調(diào)節(jié)處理器內(nèi)核工作頻率隨業(yè)務(wù)壓力變化而展開動態(tài)調(diào)整的技術(shù)，如果負(fù)載較高，處理器的工作頻率就越高，消耗的能源也就越大；如果負(fù)載較低，處理器的工作頻率就越低，消耗的能源也就越小。休眠技術(shù)是一種在處理器空閑時，控制其中一個或者多個內(nèi)核使其進(jìn)入休眠狀態(tài)的一種技術(shù)，通過休眠技術(shù)能夠進(jìn)一步減少通信機房中閑置服務(wù)器的能源消耗，它能夠和處理器降頻技術(shù)一起使用。

存儲設(shè)備主要用到磁盤利用率提高技術(shù)和分層存儲技術(shù)。磁盤利用率提高技術(shù)內(nèi)含自動精簡配置技術(shù)和存儲虛擬化技術(shù)等。自動精簡配置技術(shù)主要指通過軟件方法，為用戶和應(yīng)用軟件分配更大容量的虛擬存儲容量，而不是實際的物理空間容量。該技術(shù)能夠降低存儲資源的預(yù)留空間，從而實現(xiàn)磁盤的高效利用；而存儲虛擬化技術(shù)主要指通過多種設(shè)備的容量來創(chuàng)建一個虛擬化的存儲容量池，從而緩解每個設(shè)備的數(shù)據(jù)存儲問題。分層存儲技術(shù)指依據(jù)數(shù)據(jù)的重要程度、訪問頻率、儲存期限、儲存量和性能等指標(biāo)，把數(shù)據(jù)通過不同的存儲方式分別存儲在不同性能的存儲設(shè)備中。

1.2 空調(diào)系統(tǒng)

空調(diào)系統(tǒng)中的節(jié)能技術(shù)包括空調(diào)制冷系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)和空調(diào)送風(fēng)、回風(fēng)系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)?？照{(diào)制冷系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)又包括換熱器技術(shù)和智能新風(fēng)技術(shù)。換熱器技術(shù)主要指將室外的自然環(huán)境當(dāng)成冷源，在室外溫度比室內(nèi)溫度低于5～7 ℃的情況下，以熱交換的形式釋放機房內(nèi)的熱量，以降低機房內(nèi)部的溫度；智能新風(fēng)技術(shù)主要指使用智能控制來凈化、處理外部的冷空氣，然后引入機房制冷系統(tǒng)，從而釋放機房內(nèi)的熱空氣?？照{(diào)送風(fēng)、回風(fēng)系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)主要指把傳統(tǒng)機房的送風(fēng)方式轉(zhuǎn)變成精確送風(fēng)方式，以進(jìn)一步調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)機房的溫度。

1.3 供電系統(tǒng)

第一種是高壓直流供電，主要通過380 V 直流供電技術(shù)來簡化供電結(jié)構(gòu)；第二種是模塊化不間斷電源（Uninterruptible Power Supply，UPS），主要指通過模塊化UPS 來增加UPS 的負(fù)載率，以便使其在高效運行的基礎(chǔ)上，達(dá)到供電系統(tǒng)節(jié)能的目的。

2 通信機房的建設(shè)現(xiàn)狀

隨著我國社會經(jīng)濟的迅速發(fā)展，我國逐漸成為全球能源消耗量較大的國家之一，我國的資源和能源盡管非常充足，但是我國人口眾多，每個人的擁有量依舊無法緊跟國際平均水平［2］。在能源和資源方面，因為缺乏先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，使利用率相對較低，再加上人們的節(jié)能意識有待加強，造成了許多不必要的能源浪費。因為通信行業(yè)本身就需要消耗很多電能，更要高度重視節(jié)能降耗技術(shù)的應(yīng)用。目前，大部分通信運營商機房空調(diào)都是以“強制制冷25 ℃”或者是“自動28 ℃啟動”的模式進(jìn)行運行，部分空調(diào)系統(tǒng)甚至整年都在運行，極大增加了不必要的能源消耗，不僅會影響經(jīng)濟效益，還會阻礙通信行業(yè)的長遠(yuǎn)發(fā)展。根據(jù)調(diào)查表明，一個地市級通信運營商通常會建設(shè)上千個不同的通信局站，配置了數(shù)千臺空調(diào)，這些空調(diào)每年的電量消耗超過10 000 kW/h，在通信機房的總能耗中占了1/5～3/5，再加上其他運營項目的電能消耗，導(dǎo)致總能耗量巨大，因此，通信機房的節(jié)能降耗工作已經(jīng)迫在眉睫。

3 通信機房節(jié)能降耗技術(shù)的實踐措施

3.1 新風(fēng)節(jié)能系統(tǒng)

新風(fēng)節(jié)能系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)是以智能控制技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)共同支撐的，在二者的共同作用下，能夠?qū)崿F(xiàn)揚長補短，同時基于氣體學(xué)和熱學(xué)的相關(guān)理論，能夠使通信機房室內(nèi)外的溫差效應(yīng)的應(yīng)用更加科學(xué)合理，從而有效發(fā)揮氣體熱交換的效果，這樣就能夠通過該系統(tǒng)徹底排出通信機房內(nèi)的所有熱量，從而不斷降低室內(nèi)溫度，達(dá)到節(jié)能降耗的目的［3］。然而該系統(tǒng)的運行條件會受到一定的限制，必須要根據(jù)實際情況進(jìn)行針對性的分析，在通信機房室外溫度較低時，必須馬上停止空調(diào)系統(tǒng)的運行，減少不必要的電能消耗，同時還可在通信機房內(nèi)部引入經(jīng)過新風(fēng)系統(tǒng)凈化過的室外冷空氣，從而對設(shè)備發(fā)揮散熱效果，也能實現(xiàn)節(jié)能消耗。如果通信機房的室外溫度高于標(biāo)準(zhǔn)要求值，應(yīng)立即開啟空調(diào)系統(tǒng)來降低室內(nèi)溫度。通過這種分時間段的方式來控制空調(diào)系統(tǒng)的運行，不僅能夠維持新風(fēng)節(jié)能空調(diào)的規(guī)律性間歇運行，還能實現(xiàn)節(jié)能效果。通常情況下，機房空調(diào)配置的功率在2 kW～5 kW，而新風(fēng)節(jié)能系統(tǒng)的功率僅有100 W 左右，可以發(fā)現(xiàn)運用新風(fēng)節(jié)能空調(diào)能夠有效提高節(jié)能消耗效果。

在新風(fēng)節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用過程中，必須注意以下兩個方面。一方面，在通信機房內(nèi)部引入室外的新鮮空氣時，盡管做了凈化和過濾處理，但是經(jīng)常會形成大量的灰塵，需要花費許多人力進(jìn)行清理，而且還很容易使通信設(shè)備出現(xiàn)故障而導(dǎo)致無法正常運行。因此，最好不要在大型機房，如一些高層的通信樞紐樓和中央交換局等地方安裝新風(fēng)節(jié)能系統(tǒng)，應(yīng)安裝在一般的機房和移動通信基站，從而提高通信質(zhì)量；另一方面，在原先封閉的機房內(nèi)重新安裝引風(fēng)窗口，會進(jìn)一步影響通信機房的消防安全性，因此應(yīng)在進(jìn)風(fēng)口或者出風(fēng)口安裝防火閥，并且一直打開，以便在發(fā)生火災(zāi)時，熔斷器能夠自動關(guān)閉閥門，使空氣無法流通，從而阻斷火勢的蔓延。

3.2 熱交換器節(jié)能系統(tǒng)

通過熱交換節(jié)能系統(tǒng)進(jìn)行空調(diào)節(jié)能減排，其工作原理是徹底和內(nèi)外空氣隔離，利用室外的冷源實現(xiàn)內(nèi)部環(huán)境的冷卻效果，從而縮短空調(diào)的開啟時長來實現(xiàn)節(jié)能降耗。熱交換芯體作為該系統(tǒng)的關(guān)鍵零件，如果其具備較高的工作效率，那么就能夠極大地提高整個系統(tǒng)的節(jié)能效果。熱交換芯體在空氣熱傳感器中的運行主要是換熱器通過多個換熱膜片形成徹底隔離的通道，通過交叉式的空氣熱交換器來增加換熱通道中熱空氣的流通范圍，使其滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，同時風(fēng)速值也可以達(dá)標(biāo)，以便將通道內(nèi)形成的垃圾和粉塵清理干凈，從而增加空調(diào)系統(tǒng)的壽命，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。熱交換器節(jié)能系統(tǒng)在某些方面類似于新風(fēng)節(jié)能系統(tǒng)的工作原理，當(dāng)然也有不同之處。比如，熱交換器系統(tǒng)實施的是室內(nèi)外冷熱空氣的熱量交換，是把兩種氣體各自展開處理的，而新風(fēng)節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)是過濾室外冷空氣后和室內(nèi)空氣同時進(jìn)行處理的，因此這兩種的運行效果也有一定的差異。熱交換器系統(tǒng)的優(yōu)勢在于可以維持機房的密閉狀態(tài)，空調(diào)的運行不會帶來灰塵和垃圾，但是比起新風(fēng)節(jié)能系統(tǒng)，該系統(tǒng)的熱交換效率較低。

3.3 自適應(yīng)控制空調(diào)節(jié)能系統(tǒng)

自適應(yīng)控制空調(diào)節(jié)能系統(tǒng)的核心技術(shù)通常包括以下方面。首先是模糊控制技術(shù)。該技術(shù)系統(tǒng)能夠針對早晚、氣候、室內(nèi)外環(huán)境溫濕度值的變化情況，自動分析出通信機房中的標(biāo)準(zhǔn)溫濕度值。其次是比例積分微分（Proportion Integration Differentiation，PID）技術(shù)。該技術(shù)能夠針對空調(diào)設(shè)備的開啟狀態(tài)，在智能化控制算法軟件的基礎(chǔ)上，對系統(tǒng)壓縮機的運行周期進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新，并確?？照{(diào)設(shè)備供冷量和標(biāo)準(zhǔn)溫度值之間的平衡。最后是計算機溫度模擬技術(shù)。該技術(shù)能夠結(jié)合通信機房中的具體運行狀態(tài)、空調(diào)冷量分布情況、風(fēng)量擴張循環(huán)狀況等，不斷優(yōu)化冷量配置效率。自適應(yīng)控制空調(diào)節(jié)能系統(tǒng)的所有的運行參數(shù)都是通過計算機監(jiān)控系統(tǒng)自動生成的，和以往的手動設(shè)定完全不同，不僅運行效率極高，而且該系統(tǒng)還能夠自動根據(jù)早晚、氣候、當(dāng)?shù)販貪穸鹊木唧w情況，自動調(diào)節(jié)空調(diào)的開啟和關(guān)閉，以便在不需要空調(diào)時能夠自動停止運行，從而時刻進(jìn)行節(jié)能降耗。同時增設(shè)多個回風(fēng)口溫濕度監(jiān)測點進(jìn)行實時監(jiān)測，能夠使溫濕度動態(tài)數(shù)據(jù)的監(jiān)測更加精確。該系統(tǒng)還徹底打破了以往多個設(shè)備一個一個運行的方式，逐漸轉(zhuǎn)變成了多個設(shè)備同時運行的方式，運行效率大大提高，也實現(xiàn)了資源的優(yōu)化配置，并實現(xiàn)了節(jié)能降耗。

3.4 使用空調(diào)節(jié)能添加劑

在特殊情況下還可以使用空調(diào)節(jié)能添加劑，該方法也能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能降耗。由于空調(diào)系統(tǒng)是在封閉的環(huán)境中進(jìn)行循環(huán)運行的，在長期、高速的運行過程中，空調(diào)的壓縮機、冷凝器、膨脹閥和蒸發(fā)器難免會出現(xiàn)各種故障和問題，比如形成油泡、油膜、內(nèi)部構(gòu)件磨損和零件腐蝕等。一般情況下，空調(diào)內(nèi)液態(tài)狀的制冷劑遇到冷凍油，在蒸發(fā)作用下就會形成油泡，因為油泡不載冷，會使熱傳遞的效率越來越低。再加上空調(diào)運行時間過長，各個零件中的冷凍油凝結(jié)就會形成許多沉積油膜，這些油膜的導(dǎo)熱系數(shù)是銅的1/100，在極大程度上降低了空調(diào)系統(tǒng)的熱傳遞效率。而且隨著空調(diào)內(nèi)壓縮機長時間、高速的運作，造成的損耗非常大，密封效果會慢慢降低，使用壽命也會縮短，同時還會引起空調(diào)內(nèi)部冷凍油的持續(xù)氧化，進(jìn)一步加大電能消耗量。而空調(diào)節(jié)能添加劑不僅可以有效改善這些問題，還能對空調(diào)發(fā)揮保養(yǎng)效果，從而實現(xiàn)節(jié)能降耗。

4 結(jié)語

在通信機房中應(yīng)用節(jié)能降耗技術(shù)至關(guān)重要，最關(guān)鍵的在于降低通信機房的空調(diào)能源消耗。由于每一種節(jié)能技術(shù)都有利有弊，必須在具體的區(qū)域、具體的環(huán)境和具體的機房條件，選擇最合理的節(jié)能方式，才能最大限度地提高節(jié)能降耗效率，從而提高經(jīng)濟效益和社會效益。