電信建筑能源審計工作方法研究

張萍 劉東 丁永青 侯振寰 宋丹丹

1同濟大學機械與能源工程學院

2上海市能效中心

0 引言

建筑能源審計是指由專業的能源審計單位受政府主管部門或業主的委托，對建筑的部分或全部能源使用情況進行檢查、診斷和審核，對能源利用的合理性做出評價，并提出改進措施的活動[1～4]。

由于電信企業業務量對機房能耗影響不大，電信機房需常年滿負荷工作。機房設備散熱量大，同時電信機房對不間斷恒溫恒濕環境要求很高，一般交換機房溫度的要求為21℃～25℃，相對濕度的要求為40%～70%[5]，要求全年供冷，通常采用分層精密空調設備。數據顯示，上海電信2009年基站消耗的電力占電信企業全年耗電量的20%以上，其中有超過50%電能被冷卻設備所消耗。電信建筑的單位面積耗能指標高，因此有必要對其開展能源審計工作。

1 電信能源審計工作方法

對上海市13家電信企業進行了2011年度能源審計工作，這是首次對電信建筑開展能源審計工作。

以地面局為例，一個電信單位可能存在上百個營業場所，包括辦公區域和電信機房等。而這些建筑中有些也是采用租用形式，直接導致能源計量管理的不便以及能源消耗量的統計分散。因為用能方式不同于園區式的工業企業或者公共建筑，使得電信建筑的能源審計工作難度增加。

1.1 開展能源審計工作的依據

電信建筑能源審計的依據與公共建筑能源審計有所不同，除了增加電信用能的相關規范外，還要參考工業企業的相關標準。例如：《2011年上海市通信業節能工作要點》（GB/T3486-1993）、《企業能源審計技術通則》（GB/T2589-90）、《中國電信電源、空調維護規程》（試行稿）、《企業能源網絡圖繪制方法》（GB/T16616）、《企業能量平衡統計方法》（GB/T16614）。

1.2 典型建筑能耗和單位總能耗相結合

被審計單位除了提供單位總能耗各項數據，還要挑選一棟典型建筑，來詳細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房的建筑，最好是能合理反映出電信企業用能的建筑。

對于典型建筑，需要被審計單位填寫建筑基本信息、能耗設備情況以及全年能耗量等。審計單位在進行現場巡查時，需要對填寫的各項耗能設備進行核實。在報告編制時，根據采暖系統、空調通風系統，照明系統，綜合服務系統，電信設備系統的分類，對典型建筑進行各項能源消耗量概算，最后根據被審計單位提供的典型建筑能耗賬單，對概算數據進行平衡性檢驗，這些與公共建筑的能源審計要求相同。

但是，電信建筑的能耗普查著眼點在整個單位，由于電信行業建筑分散，用能設備數量大，可以通過剖析一棟典型建筑，來反映整個單位的用能情況。對于電信行業中某些綜合支撐部門建筑較少時，應統計全部用能設備，進行能耗概算。

1.3 企業能源流程圖和能源平衡表

根據《企業能源網絡圖繪制方法》，對電信企業用能情況繪制能源流程圖，將整個單位用能情況清晰呈現出來。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平衡綜合表

1.4 能耗分類不同

公共建筑能源審計一般將能源分為三類[4]：

第一類是常規能耗和水耗，主要包括：照明能耗、供暖通風和空調能耗、插座（室內辦公設備和家電）能耗、動力設備能耗和熱水供應能耗等。

第二類是特殊能耗。如全年連續運行空調系統的計算中心、網絡中心、大型通信機房、有大型實驗裝置的實驗室、工藝過程對室內環境有特殊要求的房間等的能耗，并將其從總能耗中扣除。

第三類是按建筑面積定額收費的城市熱網供熱消耗量。

由于電信企業存在租用借出樓層基站等現象，使得安裝二級計量器具，即空調設備耗電、照明耗電、室內設備耗電、動力設備耗電分項計量存在一定的困難。電信企業用電分為生產用電和非生產用電，生產用電又分為基站、小靈通、核心機房、通信機房、IDC、接入局所、室外機柜，非生產用電又分為管理用電、渠道用電和其他用電，因此，對電信建筑進行耗電量分析時，采取上述分類法對能源審計工作更直觀和便捷。

2 電信建筑能耗分析

上海電信由總部和24個直屬二級單位組成。其中，24個直屬單位包括14個地面局、4個產品部和6個綜合支撐單位。地面局指的是保障上海市通信網絡的主要基站、機房等，產品部是指利用電信網絡進行生產的部門，包括長途無線部、號百分公司等，綜合支撐部門是一些輔助性部門，比如應急通信局、電信技術研究院等，有些綜合支撐部門沒有通信機房。

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%；其次為產品部電耗，占總電耗的34%。地面局機房數量最多，綜合支撐部門最少，可見電信機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年內共購買各種能源按等價值折標準煤219079噸。其中電力占總能耗97.98%，對于電信行業來說，采取措施減少電耗是節能的主要方向。圖3為2011年公司能耗構成情況。

圖3 2011年上海電信能耗構成情況

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

圖4 生產用電各項所占比例

圖5 非生產用電各項所占比例

以上能耗分析顯示，電能是電信企業耗電的主要途徑，其中，通信機房和IDC機房的耗電量最大，這跟機房通信設備和空調設備全年開啟有直接關系，做好這兩方面的節能工作也是電信企業的能源審計節能潛力所在。

3 電信建筑節能潛力分析

3.1 電信機房電源

3.1.1 數據中心選用適宜溫度

一般標準中建議服務器及網絡通信設備應運行在21～25℃，15℃到32℃是IT設備正常運行的極限。隨著多數主要制造商己接受了ASHRAE提出的提高機房溫度上限的建議：從原來的25℃提高到27℃，現在生產的設備也較之以前具有更寬的工作溫度范圍，己能滿足在27℃下長期穩定的運行，且溫度限定在27℃是能夠實現溫度和功耗的一個最佳平衡。

在其他的運行工況條件保持不變的情況下，盛夏時空調的設置溫度每提高l℃，即可降低耗能5%。因此，在購買服務器設備及網絡通信設備時，應優先選擇具有較寬工作溫度的設備。

3.1.2 優化供電系統

供電系統在提供電源的同時，會有電能損耗。雖然這些損耗在IDC機房總能耗中所占比例不大，但也是機房節能中不可忽視的部分。

1）模塊化供電。UPS的效率和負載功率是成正比的，越接近其滿負載容量，它的效率就越高。現在很多UPS生產廠商正在實行對UPS模塊化生產，用戶可按照負載的增加而增加模塊，始終保持UPS較高負載率，以達到降低能耗的目的。實測數據顯示每套系統節能20%以上。

2）服務器直流供電。IDC機房中常用的雙轉換在線式UPS工作時會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換成設備需要的正弦波交流電源。兩次的交、直流變化會帶來一定的損耗。如果服務器采用直流供電，可以減少一次交、直流變化，達到節能的效果。

3）采用無變壓器的UPS設備。傳統UPS的整機效率只有75%～85%，但采用無變壓器的機型，可以提升至 90%以上[6～7]。

3.2 電信機房空調

3.2.1 使用室外冷源

上海地區一年中大約有一半的時間室外溫度低于20℃，而通信機房溫度一般控制在21～25℃，考慮使用室外新風，帶走機房內的部分熱量。當通風量固定、室內外溫差大于一定數值后，可以全部依靠新風將機房內的熱量帶走，從而達到降低機房內部溫度的目的。

3.2.2 精確送風

由于通信機房通信設備布局緊密，通信設備散熱量大，如按一般空調送風方式，極有可能造成機房冷熱不均。若采用精確送風，利用空調系統主風管把來自冷源的冷風經靜壓箱輸送至各分支風管，然后由各門式送風器直接送至機柜內設備的進風口，對設備進行冷卻，如圖6所示，則機房散熱相對均勻，減少空調設備負荷，節約電能。各分支管可以安裝調節閥，通過調節閥控制送給每個機柜的冷風量。圖7是一般通信機房空調設備布置圖。

精確送風不僅能解決傳統上送風氣流短路的問題，還能解決傳統送風方式設備間互相傳熱影響，數據顯示精確送風的每小時節電率可達到20%左右[8]。

圖6 精確送風示意圖

圖7 未使用精確送風機房設備布置

3.2.3 噴霧降溫

空調機組內冷凝器的冷凝壓力與冷凝溫度成正比，冷凝壓力偏高的現象主要出現在夏季，由于環境溫度較高，冷凝器的散熱能力不變或變差時冷凝壓力升高，制冷壓縮機的排氣壓力升高，壓縮比增大，從而造成壓縮機的輸氣系數降低，功耗增大，能效比下降。因此在環境溫度較高時應提高冷凝器的散熱能力，使空調機組能正常運行。

噴霧冷卻技術是將軟化和凈化后的水或冷凝水霧化后噴到空調器冷凝器的散熱片上，利用液態水在轉變成水蒸氣時吸收大量熱量的特性，大幅度提高冷凝器的散熱能力。因此能在環境溫度較高時仍然保證冷凝器的散熱能，使得空調機組處于額定冷凝壓力的工作狀態，避免因各種故障引起的額外能耗，從而實現節電。

3.3 移動基站節能

對于機動通信局的移動基站，需要采用蓄電池給通訊設備供電。針對蓄電池不耐溫的特點，將電池裝入恒溫箱，可使箱內電池溫度恒定在25℃，消耗的電能大幅降低。和一般的通信機房一樣，移動基站也可以利用室外新風，在室外溫度較低時將室外冷空氣過濾后送入基站內，減少壓縮機、冷凝風機的工作時間，大大節省電能，全年最大節能率可達40%[9～10]。

4 結論

1）通信機房需全年不間斷運行，導致通訊設備和空調設備耗電量大，對電信建筑進行能源審計是非常必要的。

2）電信建筑能源審計工作方法有別于一般公共建筑，主要體現在這幾個方面：能源審計工作標準依據有所不同；典型建筑能耗與單位總能耗相結合；增加能流圖和能源平衡表；能耗分類不同。

3）對上海電信建筑的能源審計工作結果顯示，電能占了企業總能耗的98%，生產用電占總用電量的91.7%，生產用電中通信機房耗電量最大，為52.88%，IDC其次，為30.10%。

4）電信企業存在一定的節能潛力，主要有電源和空調兩方面。電源改造主要是使用模塊化的UPS，交流變直流，使用無變壓器的UPS，空調改造主要是精確送風，充分利用室外新風，對冷凝器使用噴霧降溫等。同時，適當提高機房環境溫度也可節電。移動基站宜采用恒溫箱安放蓄電池，并充分利用室外新風。

[1]上海市建筑科學研究院（集團）有限公司,上海市建筑建材業市場管理總站.公共建筑能源審計標準(DG/TJ08-2114-2012)[S].2012

[2]龍惟定,馬素貞.能源審計:公建節能監管的重要環節-解讀國家機關辦公建筑和大型公共建筑能源審計導則[J].建設科技,2008,(9):16-19

[3]馬素貞,龍惟定.解讀1995版和2006版ASHRAE Standard100-既有建筑節能標準[J].暖通空調,2008,38(11):69-76

[4]住房和城鄉建設部.國家機關辦公建筑和大型公共建筑能源審計導則(建科2007-249號)[Z].2007

[5]許劍峰,黃珂.綠色工業?綠色思想?綠色技術——論可持續發展的電信建筑設計[J].工業建筑,2002,32(8):15-17

[6]趙書平,鄧琳,陳貴軍.能源審計方法研究[J].上海節能,2008,(4):37-39

[7]林偉,胡艷,方黎達,等.IDC機房節能技術在上海地區的應用探討[J].電信技術,2011,(3):44-47

[8]沈偉杰,王金元.精確送風系統在數據機房的實際應用[A].見:2011通信電源學術研討會論文集[C].2011:51-55

[9]楊根發.數據中心機房節能分析[J].電信技術,2008,(8):37-39[10]董宏.電信移動基站節能減排思路探討[A].見:2010通信電源學術研討會論文集[C].2010:31-36