通信機樓能效模型研究及應用

◆王 文 程勁暉

（廣東省電信規劃設計院有限公司 廣東 510630）

通信機樓能效模型研究及應用

◆王 文 程勁暉

（廣東省電信規劃設計院有限公司 廣東 510630）

本文對國內某運營商通信機樓節能減排工作進行跟蹤研究,從能耗構成、能效指標及預測模型等方面進行深入研究，并應用研究模型對典型機樓主要節能技術的能效影響進行預測分析,提出能效優化意見,為通信機樓能效規劃及節能改造提供了一種有效的工具。

通信機樓; 能效指標; 預測模型

1 背景及意義

1.1 研究背景

（1）通信機樓能效水平顯著提高

通過多年來的持續關注與改進，通信機樓能源利用效率得到了顯著提升:

通信機樓總體平均PUE，達1.9左右，分布在1.4-3.0的較大范圍內。

通信機樓能效水平相對較高,超過80%的數據中心機樓的PUE值分布在1.5～2.0范圍內,近10%的數據中心機樓PUE值低于1.5。

（2）通信機樓能效提升潛力明顯

通信機樓結構及用途多樣，能源利用效率差異很大，水平參差不齊。

目前還存在數量可觀的老舊通信機樓，送風方式不夠科學，氣流組織不合理，缺乏有效節能措施，機房能效狀況不佳。

相關節能建設規范不斷出臺，各種節能技術及措施不斷涌現，為進一步提高機樓能效水平提供了良好的基礎。

（3）通信機樓能效研究方法待改進

預測性不夠:當前各通信機樓能效數據主要來源于實測，缺乏足夠的理論基礎及統一測算模型，難以對機樓能效水平進行合理評估。

指導性欠缺:無法有效預估分析各項節能技術及改造措施對能效水平的影響。機樓的節能規劃設計、建設改造工作缺乏明確的目標及指引。

對比分析難實現:難以在不影響網絡正常運行的情況下對改造前后的機樓能效水平進行對比研究。

1.2 研究意義

（1）能效模型的建立可為通信機樓PUE的測算提供理論依據和計算方法，可用于對機樓PUE實測值的合理性進行分析及驗證。

（2）可運用通信機樓能效模型對各項節能技術及改造措施對能效水平的影響進行預測，提高節能建設及改造項目決策的合理性、增強節能建設及優化改造工作的目標性。

2 研究內容及成果

2.1 能耗結構

通信機樓一般由所在地電網或專用的發電設施提供電力，經過變、配電等環節處理后，為樓內用電設備提供電源。其能耗主要分為生產能耗和非生產能耗兩大部分。

2.2 能效指標

目前通信機樓能效指標主要可分為兩大類，分別為能源消耗結構性指標和能源消耗效果性指標:

能源消耗結構指標中最常見的就是PUE，以此為基礎，綜合考慮指標的可測量性、可比較性和可優化性，可增加制冷負載系數（CLF）、供配電負載系數指標（PLF），與PUE一起作為通信機樓能源消耗結構測評指標。

從運營商的角度來看，通信機樓就像一臺通信設備，輸入的是電能，輸出的是各種通信專業能力。能源消耗效果指標（TEer、EEer等）可以衡量通信機樓消耗的電能中究竟有多少被用于有效進行信息計算及處理。能源消耗結構指標是目前社會上廣泛接受的能效衡量指標，而能源消耗效果指標則是通信運營商在衡量通信機樓能效水平是重點參考的指標之一。

圖1 通信機樓能耗結構

2.3 能效模型

未來很長一段時間內，能源利用效率PUE仍將是衡量通信機樓能效水平的最主要指標。根據通信機樓能耗結構及各部分能耗計算模型，針對能效指標PUE的能效計算模型如下:

A:空調暖通設備功耗（kW）

A’:智能通風設備能耗（kW）

B:專業主設備實際功耗（kW）

C:供配電設備損耗（kW）

D:照明設備功耗（kW）

（1）不考慮節能減排措施

PUE=（A+B+C+D）/ B

其中:

A=（Q主設備+Q圍護結構傳熱+Q供配電+Q照明+Q新風）×氣流損失系數/功的熱當量/空調能效比

B=規劃機架數×單機架平均功率×裝機率×綜合系數

C= Q供配電/功的熱當量

D= Q照明/照明設備熱功轉換系數

（2）考慮節能減排措施

PUE=（A+A’+B+C+D）/ B

其中:

A，若智能通風系統散熱量＞（Q主設備+Q圍護結構傳熱+Q供配電+Q照明+Q新風），則A=0; 否則，A=（Q主設備+Q圍護結構傳熱+Q供配電+Q照明+Q新風+Q通風最大）×氣流損失系數/功的熱當量/空調能效比

A’，若（t外-t內）＞-10℃，則A’=0; 若A=0，則A‘=（Q主設備+Q圍護結構傳熱+Q供配電+Q照明+Q新風）×氣流損失系數/功的熱當量/智能通風系統能效比; 否則，A’= Q通風最大×氣流損失系數/功的熱當量/智能通風系統能效比

B=規劃機架數×單機架平均功率×裝機率×綜合系數

C= Q供配電/功的熱當量

D= Q照明/照明設備熱功轉換系數

2.4 模型實測驗證

為了驗證通信機樓能耗及能效計算模型，本文對運營商華南地區某IDC通信機樓進行了調研及實測，驗證情況如下:

表1 某通信機樓能效實測驗證

3月份氣候涼爽，空調僅兩臺大機組運行，機樓PUE水平相比炎熱月份更優，實測計算值約1.85左右。實測與模型計算PUE值誤差為2.4%。

8月份相比3月份，主設備規模擴容，月耗電總量增加; 且8月份氣候炎熱，除兩臺大機組空調外，另有1臺小機組投入運行，機樓PUE水平相對較差，達1.95左右。實測與模型計算PUE值誤差為3.5%

機樓實測驗證結論:機樓實測能效水平與模型計算值變化趨勢基本一致，月PUE值誤差不超過4%，年均PUE誤差為2%，初步驗證了通信機樓能耗模型及計算方法的合理性。

3 研究成果應用

表2 智能通風技術對通信機樓PUE的影響預測

如表2所示，本文運用通信機樓能效模型對主要節能產品和技術的能效影響進行預測、分析，以下列舉了三種目前通信機樓節能改造中應用較多的技術措施:

3.1 240V直流+市電直供替代傳統塔式UPS

采用240V直流+市電直供系統替代傳統塔式UPS后，不間斷電源系統效率平均提高了約8.5%，使得供配電系統損耗和空調暖通系統能耗均有下降，而主設備、照明及其他生產能耗基本保持不變，因此，PUE值呈下降趨勢，平均優化率達8%左右。

3.2 智能通風節能技術

越寒冷的地區或季節，通信機房室內外溫差越大，通風系統向室外傳遞的熱量越多，機房機械制冷負荷越低，PUE值更優。智能通風受地域及氣候影響，越寒冷的地區或季節，優化效果越好，夏熱冬暖地區效果甚微。

3.3 空調系統下送風改造

對于熱島現象較嚴重的上送風通信機樓，下送風改造對降低PUE的效果顯著,要好于智能通風,尤其是改造過程著重改善機房內氣流組織,受外界氣候影響小,在夏熱冬暖地區效果依然明顯。

表3 下送風改造對通信機樓PUE的影響預測

4 結束語

本文的研究重點是建立一套適用于通信機樓能效預測分析的方法及模型，并通過對某運行商典型機樓的實測，初步驗證了本文所構建的模型的正確性及合理性。下一步將針對對不同氣候區域的典型通信機樓進行實測研究，對模型進行完善及修正，建立一套適用于所有氣候區域的、具有良好可操作性的通信機樓能效分析及預測模型。

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

[2]YDB037-2009.通信用240V直流供電系統技術要求，2009.

[3]GB 50736-2012.民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范，2012.