通信機房節能降耗技術的實踐探析

（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，通常會用到空調系統，不僅會消耗許多能源，還會對環境造成污染［1］。因此，為了改善這些問題，必須通過多種方法來改進通信機房系統的節能，并完善通信機房設備的各項性能，通過一些先進的節能降耗技術來實現自動化控制，以便最大限度地提高節能降耗效果

1 通信機房的主要節能類型

1.1 IT 設備系統

IT 設備主要是指服務器、存儲等設備。服務器設備主要用到降頻技術、休眠技術等。降頻技術是一種調節處理器內核工作頻率隨業務壓力變化而展開動態調整的技術，如果負載較高，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。休眠技術是一種在處理器空閑時，控制其中一個或者多個內核使其進入休眠狀態的一種技術，通過休眠技術能夠進一步減少通信機房中閑置服務器的能源消耗，它能夠和處理器降頻技術一起使用。

存儲設備主要用到磁盤利用率提高技術和分層存儲技術。磁盤利用率提高技術內含自動精簡配置技術和存儲虛擬化技術等。自動精簡配置技術主要指通過軟件方法，為用戶和應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。該技術能夠降低存儲資源的預留空間，從而實現磁盤的高效利用；而存儲虛擬化技術主要指通過多種設備的容量來創建一個虛擬化的存儲容量池，從而緩解每個設備的數據存儲問題。分層存儲技術指依據數據的重要程度、訪問頻率、儲存期限、儲存量和性能等指標，把數據通過不同的存儲方式分別存儲在不同性能的存儲設備中。

1.2 空調系統

空調系統中的節能技術包括空調制冷系統節能技術和空調送風、回風系統節能技術。空調制冷系統節能技術又包括換熱器技術和智能新風技術。換熱器技術主要指將室外的自然環境當成冷源，在室外溫度比室內溫度低于5～7 ℃的情況下，以熱交換的形式釋放機房內的熱量，以降低機房內部的溫度；智能新風技術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，從而釋放機房內的熱空氣。空調送風、回風系統節能技術主要指把傳統機房的送風方式轉變成精確送風方式，以進一步調節數據機房的溫度。

1.3 供電系統

第一種是高壓直流供電，主要通過380 V 直流供電技術來簡化供電結構；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 的負載率，以便使其在高效運行的基礎上，達到供電系統節能的目的。

2 通信機房的建設現狀

隨著我國社會經濟的迅速發展，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，因為缺乏先進的科學技術，使利用率相對較低，再加上人們的節能意識有待加強，造成了許多不必要的能源浪費。因為通信行業本身就需要消耗很多電能，更要高度重視節能降耗技術的應用。目前，大部分通信運營商機房空調都是以“強制制冷25 ℃”或者是“自動28 ℃啟動”的模式進行運行，部分空調系統甚至整年都在運行，極大增加了不必要的能源消耗，不僅會影響經濟效益，還會阻礙通信行業的長遠發展。根據調查表明，一個地市級通信運營商通常會建設上千個不同的通信局站，配置了數千臺空調，這些空調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，導致總能耗量巨大，因此，通信機房的節能降耗工作已經迫在眉睫。

3 通信機房節能降耗技術的實踐措施

3.1 新風節能系統

新風節能系統的關鍵技術是以智能控制技術和溫濕度傳感技術共同支撐的，在二者的共同作用下，能夠實現揚長補短，同時基于氣體學和熱學的相關理論，能夠使通信機房室內外的溫差效應的應用更加科學合理，從而有效發揮氣體熱交換的效果，這樣就能夠通過該系統徹底排出通信機房內的所有熱量，從而不斷降低室內溫度，達到節能降耗的目的［3］。然而該系統的運行條件會受到一定的限制，必須要根據實際情況進行針對性的分析，在通信機房室外溫度較低時，必須馬上停止空調系統的運行，減少不必要的電能消耗，同時還可在通信機房內部引入經過新風系統凈化過的室外冷空氣，從而對設備發揮散熱效果，也能實現節能消耗。如果通信機房的室外溫度高于標準要求值，應立即開啟空調系統來降低室內溫度。通過這種分時間段的方式來控制空調系統的運行，不僅能夠維持新風節能空調的規律性間歇運行，還能實現節能效果。通常情況下，機房空調配置的功率在2 kW～5 kW，而新風節能系統的功率僅有100 W 左右，可以發現運用新風節能空調能夠有效提高節能消耗效果。

在新風節能空調系統的應用過程中，必須注意以下兩個方面。一方面，在通信機房內部引入室外的新鮮空氣時，盡管做了凈化和過濾處理，但是經常會形成大量的灰塵，需要花費許多人力進行清理，而且還很容易使通信設備出現故障而導致無法正常運行。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節能系統，應安裝在一般的機房和移動通信基站，從而提高通信質量；另一方面，在原先封閉的機房內重新安裝引風窗口，會進一步影響通信機房的消防安全性，因此應在進風口或者出風口安裝防火閥，并且一直打開，以便在發生火災時，熔斷器能夠自動關閉閥門，使空氣無法流通，從而阻斷火勢的蔓延。

3.2 熱交換器節能系統

通過熱交換節能系統進行空調節能減排，其工作原理是徹底和內外空氣隔離，利用室外的冷源實現內部環境的冷卻效果，從而縮短空調的開啟時長來實現節能降耗。熱交換芯體作為該系統的關鍵零件，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的節能效果。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，使其滿足標準要求，同時風速值也可以達標，以便將通道內形成的垃圾和粉塵清理干凈，從而增加空調系統的壽命，達到節能降耗的目的。熱交換器節能系統在某些方面類似于新風節能系統的工作原理，當然也有不同之處。比如，熱交換器系統實施的是室內外冷熱空氣的熱量交換，是把兩種氣體各自展開處理的，而新風節能空調系統是過濾室外冷空氣后和室內空氣同時進行處理的，因此這兩種的運行效果也有一定的差異。熱交換器系統的優勢在于可以維持機房的密閉狀態，空調的運行不會帶來灰塵和垃圾，但是比起新風節能系統，該系統的熱交換效率較低。

3.3 自適應控制空調節能系統

自適應控制空調節能系統的核心技術通常包括以下方面。首先是模糊控制技術。該技術系統能夠針對早晚、氣候、室內外環境溫濕度值的變化情況，自動分析出通信機房中的標準溫濕度值。其次是比例積分微分（Proportion Integration Differentiation，PID）技術。該技術能夠針對空調設備的開啟狀態，在智能化控制算法軟件的基礎上，對系統壓縮機的運行周期進行改進和創新，并確保空調設備供冷量和標準溫度值之間的平衡。最后是計算機溫度模擬技術。該技術能夠結合通信機房中的具體運行狀態、空調冷量分布情況、風量擴張循環狀況等，不斷優化冷量配置效率。自適應控制空調節能系統的所有的運行參數都是通過計算機監控系統自動生成的，和以往的手動設定完全不同，不僅運行效率極高，而且該系統還能夠自動根據早晚、氣候、當地溫濕度的具體情況，自動調節空調的開啟和關閉，以便在不需要空調時能夠自動停止運行，從而時刻進行節能降耗。同時增設多個回風口溫濕度監測點進行實時監測，能夠使溫濕度動態數據的監測更加精確。該系統還徹底打破了以往多個設備一個一個運行的方式，逐漸轉變成了多個設備同時運行的方式，運行效率大大提高，也實現了資源的優化配置，并實現了節能降耗。

3.4 使用空調節能添加劑

在特殊情況下還可以使用空調節能添加劑，該方法也能夠實現節能降耗。由于空調系統是在封閉的環境中進行循環運行的，在長期、高速的運行過程中，空調的壓縮機、冷凝器、膨脹閥和蒸發器難免會出現各種故障和問題，比如形成油泡、油膜、內部構件磨損和零件腐蝕等。一般情況下，空調內液態狀的制冷劑遇到冷凍油，在蒸發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。再加上空調運行時間過長，各個零件中的冷凍油凝結就會形成許多沉積油膜，這些油膜的導熱系數是銅的1/100，在極大程度上降低了空調系統的熱傳遞效率。而且隨著空調內壓縮機長時間、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，同時還會引起空調內部冷凍油的持續氧化，進一步加大電能消耗量。而空調節能添加劑不僅可以有效改善這些問題，還能對空調發揮保養效果，從而實現節能降耗。

4 結語

在通信機房中應用節能降耗技術至關重要，最關鍵的在于降低通信機房的空調能源消耗。由于每一種節能技術都有利有弊，必須在具體的區域、具體的環境和具體的機房條件，選擇最合理的節能方式，才能最大限度地提高節能降耗效率，從而提高經濟效益和社會效益。