通信機樓空調節能運行技術研究

王 振，楊 清，韓冠軍，員東照，劉海潮，王思遠，趙宇衡，陸忠永

（1.中國移動通信集團有限公司，北京 100033；2.中國移動通信集團設計院有限公司，北京 100080；3.中國移動通信集團江蘇有限公司，江蘇 南京 210000）

0 引 言

通信機樓是中國移動重要的網絡業務節點，數量較多。現有通信機樓機房空調系統大多采用傳統風冷機房專用空調[1]。相比大型數據中心采用冷凍水型空調系統，傳統風冷機房專用空調能效較低，冬季無法利用自然冷源，全年空調運行能耗較高。隨著5G建設的加速和邊緣業務的發展，大量高功耗設備將部署在通信機樓內，面臨空調功耗激增問題，帶來巨大的制冷壓力。在“碳達峰”和“碳中和”的背景下，節能降耗和綠色低碳運行需求迫切。

通信機樓分期部署不同業務機架，各廠商設備尺寸、布局不一，加上設備安裝缺乏合理氣流規劃、冷熱通道未有效隔離以及未根據設備功耗及時優化氣流組織，同時可能存在多種出風形式，氣流組織較混亂，機房存在局部過熱現象。為了滿足機房需要的溫濕度環境，往往通過降低整體機房環境溫度來實現，此時會出現空調供冷量超過機房冷量需求的問題，從而使機房能耗大大增加。目前，大部分通信機樓在空調運維方面僅僅停留在動力環境監控方面，且動環系統不具備統計、分析、存儲功能，缺少能耗分析和分項計量，能耗管理系統有待優化完善。研究和構建基于動環系統的智慧運維和能效優化平臺，將會成為今后提升運維效率和節能降耗的重要工具。

1 空調智慧運維和自動駕駛平臺

開發一個空調智慧運維和自動駕駛平臺，主要包括數據采集、仿真系統、診斷系統及智能巡檢系統。平臺采用大數據采集、大數據分析、大數據診斷以及功能呈現的方式，通過通信機樓動環系統聚合空調設備及IT設備，實現數據采集、監控和分析診斷功能[2]。空調智慧運維和自動駕駛平臺總體架構如圖1所示。

圖1 空調智慧運維和自動駕駛平臺總體架構

通過對通信機樓空調運行數據和能耗數據的采集、處理、分析，采用專用節能算法找出空調系統的節能運行空間[3]。此外，采用專用健康診斷算法得出對空調系統及機房系統的評估，有效判斷故障告警信息。建立3D模型進行動態數值仿真，將仿真數據與實際運行數據進行孿生映射與交互，解決機房環境局部熱點問題[4]。

2 節能實踐案例

在中國移動江蘇省某通信機樓進行軟件部署和功能性測試，驗證其節能效果。通過現場查勘，完成圖紙標定。采用房間級風冷機房專用空調，地板下送風。封閉冷通道、熱通道頂部敞開，地板上高度為4.08 m，地板下高度為0.60 m。。機樓某機房平面部署如圖2所示。

圖2 機樓某機房平面部署

采用艾默生空調設備，雙壓縮機工作，額定制冷量為81.4 kW。此外，使用3臺風機，尺寸為2 553 mm×874 mm×1 970 mm，風量為 20 160 m3/h。對接動環平臺C接口數據，獲取當前空調送回風溫度設定值、空調配電屏總有功功率、列頭柜有功功率以及各支路有功功率等。根據機房情況進行計算流體動力學（Computational Fluid Dynamics，CFD）仿真參數配置，生成氣流組織模擬云圖，包括空調負荷情況、機柜負荷情況、機柜底部/中部/頂部溫度場以及空調流線場等，為分析各項氣流指標及優化配置提供支撐[5]。機房環境CFD仿真如圖3所示。

圖3 機房環境分析

當監測機房內局部溫度異常時，通過加強冷熱通道封閉、送回風口位置優化以及安裝主動送風元件等措施優化氣流分布。在承載部分負荷時，檢查空調開啟數量是否合適，對系統進行冷量管理，匹配當前機房冷量需求。分析機房空調機柜數量及負荷（包括建筑負荷），根據機房負荷及氣流組織尋優結果提高空調回風溫度。節能平臺空調節能診斷頁面如圖4所示。

圖4 節能平臺空調節能診斷頁面展示

某機房節能調測結果如表1所示。

表1 節能調測結果

節能調測調優后平臺頁面如圖5所示。

圖5 節能調測調優后平臺頁面

3 結 論

通過在通信機樓部署節能軟件，空調節能率在20%以上，節能效果顯著。該平臺經過長期的調測調優和迭代優化，采用人工智能技術、大數據技術、數字孿生技術以及自控技術，通過IT系統、動環系統、冷源系統協同聯動實現機房智能自適應制冷和按需精確供冷，從而達到通信機樓節能減碳的目的。