通信核心機房節(jié)能降碳升級改造

［劉斌 黃自強］

1 引言

2023 年6 月，某通信運營商啟動核心局“一局一案”專項行動，主要工作為盤活現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施資源、完善數(shù)字化監(jiān)控和機房低碳化升級改造，重點工作為機房低碳化升級改造，將機房PUE 值將至1.5 以下。

在保障網(wǎng)絡(luò)安全運行的情況下，對高PUE 局房開展低碳化升級，優(yōu)先采用投資少、實施難度低、見效快的改造措施，優(yōu)先通過參數(shù)調(diào)優(yōu)的方式降低運行能耗。對于設(shè)備老舊、效率低下難以通過調(diào)優(yōu)解決的設(shè)備，建議替換。

吐魯番是新疆氣候條件最惡劣的，如果能采用一些對現(xiàn)有機房改動不大，且投資少、難度低、見效快的節(jié)能手段，能將吐魯番核心機房的PUE 降到1.5 以下，就會起到一個標桿作用，其他地州的核心機房低碳化升級改造工作就會輕而易舉。

2 吐魯番氣候

吐魯番盆地屬大陸荒漠性氣候，干旱炎熱，年降水量約16 mm，蒸發(fā)量高達3 000 mm。吐魯番全年平均氣溫13.9 ℃，高于35℃的炎熱日在100 天以上。冬季極端最低氣溫-28.7℃，日溫差和年溫差均大；夏季最高氣溫有過49.6 ℃的紀錄，6～8 月平均最高氣溫都在38 ℃以上。中午的沙面溫度，最高達82.3 ℃，因此這里自古有“火洲”之稱。吐魯番年平均氣溫統(tǒng)計如表1 所示。

表1 吐魯番年平均氣溫統(tǒng)計表

3 機房現(xiàn)狀

吐魯番聯(lián)通核心機房機房面積378 平米，設(shè)備是一側(cè)擺放，沒有形成冷熱通道；空調(diào)采用上送風，前側(cè)回風。機房總負荷158.47 kW，設(shè)備負荷82 kW，配置1 套開關(guān)電源（電源模塊為高效模塊）和1 套高頻UPS 電源。機房配置了2 臺制冷量100 kW 氟泵雙循環(huán)空調(diào)，2 臺60 kW 定頻空調(diào)，1 臺64 kW 定頻空調(diào)，2 臺12.5kW 小型精密空調(diào)，機房經(jīng)常使用2 臺100 kW、1 臺60 kW 的空調(diào)和2 臺12.5 kW 的空調(diào)（主要用于解決局部熱點），其他空調(diào)冷備份。

4 現(xiàn)狀分析

機房冷量需求=設(shè)備功耗+建筑冷負荷（每平米按照120 W 計算）=127 kW。機房設(shè)置7 臺空調(diào)，制冷量共計409 kW，空調(diào)機組超配現(xiàn)象嚴重，主要是機房采用上送風，設(shè)備擺放未形成冷熱通道，機房氣流組織混亂，易出現(xiàn)局部熱點及空調(diào)的冗余所導(dǎo)致。常使用的空調(diào)制冷量285 kW，是需求的2.24倍，空調(diào)制冷量超配比較大，造成空調(diào)效率低下、能耗高。

根據(jù)機房實測數(shù)據(jù)，經(jīng)計算PUE 值1.93，這主要是機房空調(diào)能耗引起，因此需要圍繞空調(diào)節(jié)能展開工作。

電源系統(tǒng)都采用節(jié)能新技術(shù)，轉(zhuǎn)換效率都在92%以上，不需要改造；機房的定頻空調(diào)和小型精密空調(diào)等運行能耗大、不具備節(jié)能技術(shù)的空調(diào)，存在超期服役的拆除入庫，其他的調(diào)配。

本次節(jié)能改造首要任務(wù)解決機房空調(diào)超配和局部過熱，再通過其他技術(shù)手段綜合降低空調(diào)運行能耗，降低機房PUE 值。

5 節(jié)能改造方案

5.1 精確送風

在空調(diào)上方設(shè)置靜壓箱，將空調(diào)接入靜壓箱，通過風管將冷風送至每一列的設(shè)備。這樣這解決機房放局部過熱和空調(diào)超配。

考慮機房氣流組織情況，機房冷量按照30%損失計算，機房冷量需求165 kW，保留機房2 臺100 kW 雙循環(huán)空調(diào)，其他空調(diào)移到其他機房使用，增加1 臺100 kW 的雙循環(huán)空調(diào)，與之前2 臺形成2+1 運行方式，以提升空調(diào)效率、減小空調(diào)能耗。現(xiàn)有空調(diào)全年運行用電量統(tǒng)計如表2 所示，改造后空調(diào)全年運行用電量統(tǒng)計如表3 所示。

表2 現(xiàn)有空調(diào)全年運行用電量統(tǒng)計表

經(jīng)計算空調(diào)全年能效比4.37

精確送風實施后，空調(diào)全年用電314 186 度，相比改造前年節(jié)電257 021 度，全年能效比5.58。

5.2 空調(diào)優(yōu)化

機房精確送風改造完成后，空調(diào)的設(shè)定溫度從原來的24℃上調(diào)至26℃，以節(jié)省空調(diào)運行能耗?？照{(diào)設(shè)定溫度每提高一度，可降低空調(diào)能耗5%～ 8%，考慮機房氣流組織等不利影響，每提高一度按照4%節(jié)能計算，因此提高2℃空調(diào)設(shè)定溫度可降低空調(diào)運行能耗8%左右，年節(jié)省用電量25 135 度，空調(diào)全年能效提高至6.06。

空調(diào)精確送風優(yōu)化調(diào)整后，空調(diào)全年耗電289 051 度，相比改造前年節(jié)電282 156 度，按照電價0.46 元/度計算，年節(jié)省電費129 792 元。

5.3 高壓微霧

空調(diào)霧化冷卻的原理也就是指水經(jīng)過霧化并噴灑至空調(diào)翅片的進風側(cè)空氣中，水通過蒸發(fā)冷卻，降低空調(diào)冷凝器翅片側(cè)的進風溫度，提高冷凝器熱交換效率，降低壓縮機排氣壓力，從而減少壓縮機的運行功耗[1]。

空調(diào)霧化冷卻節(jié)能系統(tǒng)主要由供水系統(tǒng)、水處理設(shè)備、蓄水罐、霧化冷卻系統(tǒng)及智能監(jiān)控系統(tǒng)組成。電磁閥根據(jù)控制器的指令控制霧化設(shè)備和電磁閥的開關(guān)啟停，調(diào)節(jié)給水量大?。恢悄鼙O(jiān)控系統(tǒng)則是通過對空調(diào)壓縮機排氣壓力、排氣溫度、環(huán)境溫度及風機電流運行參數(shù)進行監(jiān)控。

霧化器工作在在環(huán)境溫度12℃～60℃，它將每一滴水霧化成原水滴體積1/60—1/500(霧粒直徑小于60 um)，霧化蒸發(fā)速度比水滴蒸發(fā)速度加快300 多倍，水從液態(tài)到氣態(tài)過程中每升溫1℃吸熱量提高500 多倍，大幅度提高吸熱量，使局部環(huán)境降溫5℃～10℃，從而降低冷凝器進風側(cè)的溫度，提高冷凝器的散熱效率，提高空調(diào)系統(tǒng)的制冷效率，減少空調(diào)運行能耗[1]。

本系統(tǒng)使用的水經(jīng)過軟化處理，不會使空調(diào)室外機冷凝器翅片結(jié)垢，產(chǎn)生的噪聲低于室外機工作噪音及環(huán)境噪音的限制，且不改變空調(diào)主機的控制狀態(tài)及運行狀況，不對室內(nèi)主機產(chǎn)生任何負面影響。

在烏魯木齊機房空調(diào)使用的高壓微霧系統(tǒng)做了全年測試，節(jié)能效果大于11%。根據(jù)氣象年數(shù)據(jù)，烏魯木齊全年干球溫度大于12℃的時間是3 770個小時，吐魯番是5 143個小時，是烏魯木齊的1.36 倍，以此推算，在吐魯番使用，可降低空調(diào)運行能耗15%左右，年節(jié)電43 358 度，空調(diào)全年能效提高至7.13。

6 投資分析

在空調(diào)精確送風優(yōu)化調(diào)整的基礎(chǔ)上，高壓微霧實施后空調(diào)全年耗電245 693度，年節(jié)電43 358度，按照電價0.46元/度計算，年節(jié)省電費19 945 元。

高壓微霧系統(tǒng)平均每小時耗水量160 公斤，年水消耗822.88 噸，按照5.5 元/方計算，共計4526 元。綜合年節(jié)省費用16 369.7 元。

吐魯番核心機房節(jié)能改造完成后，年節(jié)電325 514 度，年耗水822.88 度，綜合年節(jié)省運行費用145 211 元。吐魯番核心機房節(jié)能改造效益分析如表4 所示。

吐魯番核心機房實施空調(diào)精確送風優(yōu)化調(diào)整及高壓微霧系統(tǒng)改造共計需投資429 000 元，投資回收期2.96 年。吐魯番核心機房節(jié)能改造投資如表5 所示。

表5 吐魯番核心機房節(jié)能改造投資表

吐魯番核心機房空調(diào)節(jié)能改造實施后，空調(diào)年均能效比從4.37 提高至7.13，機房年均PUE 為1.446，小于1.5，投資回收期小于3 年，符合預(yù)期。吐魯番核心機房節(jié)能改造后PUE 值測算如表6 所示。

表6 吐魯番核心機房改造后PUE 值測算表

7 結(jié)束語

吐魯番核心機房設(shè)備擺放未形成冷、熱通道，氣流組織紊亂，如果要改造需要將設(shè)備搬遷、重新規(guī)劃，導(dǎo)致實施難度和投資都非常大，因此不做考慮。

吐魯番核心機房采用彌漫式送風，氣流組織紊亂，存在局部過熱，導(dǎo)致空調(diào)超配，造成機房空調(diào)能耗居高不下；通過空調(diào)精確送風改造，減少空調(diào)配置，調(diào)整空調(diào)設(shè)置溫度，采用高壓微霧對空調(diào)室外機實施蒸發(fā)冷凝，降低空調(diào)運行能耗；這幾種節(jié)能措施具有對現(xiàn)有機房改動不大、投資少、實施難度低、見效快的等特點，符合公司指導(dǎo)意見，具有全疆推廣價值。