通信機房空調節能技改效果評估方法研究

邵正忠

（中國電信股份有限公司 南京分公司，江蘇 南京 210008）

0 引 言

隨著國家“雙碳”政策的推進，為了進一步提高機房能效水平，對于通信機房空調開展了一系列的節能技改[1]。重點研究如何評估節能技改效果，從而指導節能技改方案的選擇。

1 準備工作

節能技改前要測試一段時間，節能技改后再測試一段時間，記錄相關數據，包括靜態數據和動態數據。

1.1 靜態數據

靜態數據主要記錄機房面積、建筑形式、空調形式、空調規格、空調數量以及送風方式等。機房靜態數據包括序號、機房名稱、面積、層高以及窗戶是否封堵等。建筑形式包括磚混、活動板房等。空調形式包括水冷卻水系統中央空調、風冷卻水系統中央空調、風冷卻氣系統中央空調以及風冷專用空調等。空調形式包括房間空調、列間空調、背板空調等。空調規格包括序號、機組廠家、機組種類、機組型號、主用/備用額定制冷量、實際制冷量、送風形式、空調是否變頻以及風速是否可調等。送風方式包括風管上送風、風帽上送風、柜內精確送風、地板下送風、封閉冷通道列間送風以及封閉熱通道列間送風等[2]。

1.2 動態數據

動態數據主要記錄測試時間、環境溫度、環境濕度、負載大小、空調耗電量以及通信設備耗電量等。測試日逐時測試數據包括日期、時間、環境溫度、環境濕度以及通信設備功率等。具體測試動態數據包括日期、平均溫度、平均濕度、機房溫度設置值、通信設備平均功率、空調用電量、通信設備用電量、總用電量以及電源使用效率（Power Usage- Effectiveness，PUE）值等[3]。為了便于分析，對技改前后各項數據對象用相應符號表示，如表1所示。之外，節電率用Rps表示。

表1 技改前后數據對象

2 評估方法

2.1 電量直接比較法

電量直接比較法直接對技改前、后的空調用電量進行比較，計算節電率。如果技改前后日平均溫度、日通信設備平均功率基本無變化，可以采用此方法進行評估。

節電率=（技改前空調用電量-技改后空調用電量）/技改前空調用電量=1-技改后空調用電量/技改前空調用電量。若Tem0=Tem1、Tset0=Tset1、Pit0=Pit1、Wit0=Wit1，則Rps=1-Wairc1/Wairc0

2.2 電量折算法

電量折算法將技改前的空調用電量折算成與技改后同負載水平下的空調用電量，再與技改后的空調用電量進行比較，計算節電率[4]。假定空調用電量與通信設備用電量成正比關系，如果技改前后時間段日平均溫度變化不大、通信設備平均功率變化較大，可以采用此方法進行評估。

技改前折算空調用電量=技改前空調用電量×（技改后通信設備用電量/技改前通信設備用電量），節電率=（技改前折算空調用電量-技改后空調用電量）/技改前折算空調用電量=1-技改后空調用電量/技改前折算空調用電量。若Tem0=Tem1、Tset0=Tset1，則Rps=1-(Wairc1×Wit0)/(Wairc0×Wit1)。

2.3 電量歸一法

電量歸一法將技改前后的負載均等效為1，計算技改前后的等效空調用電量即空調因子，通過比較技改前后的空調因子，計算節電率。如果技改前后日平均溫度變化不大、通信設備平均功率變化較大，可以采用此方法進行評估[5]。

技改前空調因子GLE0=技改前空調用電量/技改前通信設備用電量，技改后空調因子GLE1=技改后空調用電量/技改后通信設備用電量，節電率=（技改前空調因子-技改后空調因子）/技改前空調因子=1-技改后空調因子/技改前空調因子。若Tem0=Tem1、Tset0=Tset1，則Rps=1-GLE1/GLE0。

通過整合可以發現，Rps=1-GLE1/GLE0=1-(Wairc1×Wit0)/(Wairc0×Wit1)，此方法與電量折算法計算結果一致。

2.4 溫度校正電量直接比較法

溫度校正電量直接比較法將測試數據全部折算為同一溫度情況，再對折算后的數據進行比較，計算節電率。如果技改前后日平均溫度有較大變化、通信設備平均功率變化不大，可以采用此方法進行評估。

（1）獲取不同溫度下的測試數據，如表2所示。

表2 不同溫度下的測試數據格式

（2）計算單位溫度下空調用電量變化率。選取技改前或技改后數據中溫度相差較大的兩行數據，即若T0與T3差值較大，則以T0作為基準溫度，計算空調用電量變化率Rat。

溫度變化ΔT=T3-T0，空調用電量變化ΔWairc=Wairc3-Wairc0，單位溫度空調用電量變化ΔWairc/ΔT=(Wairc3-Wairc0)/(T3-T0)，單位溫度空調用電量變化率Rat=(ΔWairc/ΔT)/Wairc0。

（3）選定技改前后統一折算的基準溫度T'，作為技改前或技改后的基準溫度。

（4）計算技改前同等溫度下的折算空調用電量。根據單位溫度空調用電量變化率，將技改前不同溫度下的空調用電量數據折算成同一溫度下的數據，折算后的數據如表3所示。其中Waric'00=Waric00[1+Rat(T'-T00)]，其余類同。

表3 技改前不同溫度下的折算數據

計算技改前折算空調用電量平均值，即Waric'0=(Waric'00+Waric'01+…)/n，其中n為折算空調用電量個數。

（5）計算技改后在同等溫度下的折算空調用電量。根據單位溫度空調用電量變化率，將技改后不同溫度下的空調用電量數據折算成同一溫度下的數據，折算后數據如表4所示。其中Waric'10=Waric10[1+Rat(T'-T10)]，其余類同。

表4 技改后不同溫度下的折算數據

（6）計算技改后折算空調用電量平均值，即Waric'1=(Waric'10+Waric'11+…)/n，其中n為折算空調用電量個數。

（7）根據折算空調用電量計算節電率。節電率=（技改前折算空調用電量平均值-技改后折算空調用電量平均值）/技改前折算空調用電量平均值=1-技改后折算空調用電量平均值/技改前折算空調用電量平均值，即Rps=(Waric'0-Waric'1)/Waric'0=1-Waric'1/Waric'0。

2.5 溫度校正電量折算法

溫度校正電量折算法將測試數據全部折算為同一溫度、同一負載情況，再對折算后的數據進行比較，計算節電率。如果技改前后日平均溫度有較大變化、通信設備平均功率有較大變化，可以采用此方法進行評估。

（1）獲取不同溫度下的測試數據，如表5所示。

表5 不同溫度下的測試數據

（2）第一次按溫度對空調用電量進行折算。計算單位溫度下空調用電量變化率，選取技改前或技改后數據中溫度相差較大的兩行數據，即若T0與T3差值較大，則以T0作為基準溫度，計算單位溫度空調用電量變化率Rat=(ΔWairc/ΔT)/Wairc0。選定技改前后統一折算基準溫度T'，作為技改前或技改后的基準溫度。根據單位溫度空調用電量變化率，將技改前后不同溫度下的空調用電量數據折算成同一溫度下的數據，如表6所示。其中Waric'00=Waric00[1+Rat(T'-T00)]，其余類同。

表6 同等溫度折算后的空調用電量

（3）第二次按通信設備用電量對空調用電量進行折算。技改前按溫度及通信設備折算空調用電量=技改前溫度折算空調用電量×（技改后通信設備用電量/技改前通信設備用電量），即Waric''0=Waric'0(Wit1/Wit0)，結果如表7所示。

表7 按通信設備用電量折算后的空調用電量

（4）根據折算后的空調用電量計算節電率。節電率=（技改前按溫度及通信設備折算空調用電量-技改后按溫度及通信設備折算空調用電量）/技改前按溫度及通信設備折算空調用電量=1-技改后按溫度及通信設備折算空調用電量/技改前按溫度及通信設備折算空調用電量，即Rps=1-Waric''1/Waric''0。

2.6 溫度校正電量歸一法

溫度校正歸一法將空調用電量測試數據先采用歸一法進行等效，得出不同溫度下的等效空調用電量，再全部折算為同一溫度情況數據，并對折算后的數據進行比較，計算出節電率。如果技改前后日平均溫度有較大變化、通信設備平均功率有較大變化，可以采用此方法進行評估。

（1）獲取不同溫度下的測試數據，如表8所示。

表8 不同溫度下的測試數據

（2）計算空調因子。空調因子=空調用電量/通信設備用電量，計算結果如表9所示。

表9 不同溫度下的空調因子

（3）選定技改前后統一折算溫度。選定技改前后統一折算的溫度T'，作為技改前或技改后的基準溫度。

（4）計算單位溫度下空調因子變化率。選取技改前或后數據中溫度相差較大的兩行數據，即若發現T0與T4差值較大，則以T0作為基準溫度，計算空調因子變化率Raft。

溫度變化ΔT=T4-T0，空調因子變化(ΔGLF=GLF4-GLF0，單位溫度空調因子變化ΔGLF/ΔT=(GLF4-GLF0)/(T4-T0)，單位溫度空調因子變化率Raft=(ΔGLF/ΔT)/GLF0。

（5）計算技改前或技改后在同等溫度下的折算空調因子。根據已有技改前或技改后各項平均值，計算空調因子平均值，即GLF0=Waric0/Wit0。根據單位溫度下的空調因子變化率將技改前或技改后的平均空調因子折算成基準溫度下的數據，即GLF0'=GLF0[1+Raft(T'-T0)]。

折算后的數據如表10所示。

表10 不同溫度下的折算數據

（6）根據折算空調因子計算節電率。節電率=（技改前折算空調因子平均值-技改后折算空調因子平均值）/技改前折算空調因子平均值=1-技改后折算空調因子平均值/技改前折算空調因子平均值，即Rps=(GLF0'-GLF1')/GLF0'=1-GLF0'/GLF1'。

2.7 平均PUE法

平均PUE法利用技改前后的平均PUE測算節電量，是一種長周期評估方法，評估周期以年為單位，能夠忽略溫度及負載的變化。利用該方法計算時，節電率=（技改前平均PUE-技改后平均PUE）/（技改前平均PUE-1）

2.8 方法對比

以上方法適用于風冷系統空調節電率的計算，環境溫度應取環境干球溫度，此時可不考慮濕度。對于水冷系統空調節電率的計算，應將環境干球溫度換算成環境濕球溫度，其他方法同上。此外，不同機房單位溫度下的空調用電量變化率、空調因子變化率均有所不同。以上各種方法總結如表11所示。

表11 方法總結

3 案例分析

某機房技改前后測試數據如表12所示。

表12 某機房技改前后測試數據

3.1 根據不同方法計算節電率

（1）電量直接比較法。采用技改前和技改后的空調用電量平均值進行比較，節電率=1-技改后空調用電量/技改前空調用電量=（1-4 111.3/4 635.1）×100%≈11.3%。

（2）電量折算法。技改前折算空調用電量=技改前空調用電量×（技改后通信設備用電量/技改前通信設備用電量）=4 635.1×(8 897.8/9 599.4)≈4 296.3，具體折算數據如表13所示。

表13 空調用電量折算結果

根據表13，節電率=1-技改后空調用電量 /技改前折算空調用電量 =（1-4 111.3/4 96.3）×100%≈4.3%。

（3）電量歸一法。引入空調因子，空調因子=空調用電量/通信設備用電量，具體數據如表14所示。

根據表14，節電率=1-技改后空調因子/技改前空調因子=（1-0.462/0.483）×100%≈4.3%。

表14 空調因子計算結果

（4）溫度校正電量直接比較法。查看表12發現第2行與第3行溫差比較大，可以據此計算單位溫度下的空調用電量變化率。基準溫度T'=5.0 ℃，單位溫度空調用電量變化率Rat=(ΔWairc/ΔT)/Wairc0[(4 839.6-4 380.8)/(13.5-5.0)]/4 380.8×100%≈1.23%。根據溫度系數調整測試數據，結果如表15所示。

表15 溫度校正后的空調用電量數據

根據表15，節電率=1-技改后折算空調用電量平均值/技改前折算空調用電量平均值=（1-4 160.4/4 312.2）×100% ≈ 3.5%。

（5）溫度校正電量折算法。采用與溫度校正電量直接比較法相同的方式獲取溫度校正后的空調用電量數據，如表16所示。

表16 溫度校正后的空調用電量數據

按通信設備用電量折算空調用電量，結果如表17所示。

表17 按通信設備用電量折算空調用電量

根據表17，節電率=1-技改后通信設備折算空調用電量/技改前通信設備折算空調用電量=（1-4 160.4/3 997.03）×100% ≈ -4.1%

（6）溫度校正歸一法。計算空調因子，結果如表18所示。

表18 空調因子計算結果

查看表18發現第2行與第3行溫度相差較大，可以據此計算單位溫度下的空調因子變化率。基準溫度T'=5.0 ℃，單位溫度空調因子變化率R=(ΔGLF/ΔT)/GLF0[(0.502-0.459)/(13.5-5)]/0.459×100%≈1.1%。根據溫度系數調整測試數據如表19所示。

表19 溫度校正后空調因子數據

根據表19，節電率=1-技改后折算空調因子平均值/技改前折算空調因子平均值=（1-0.467/0.454）×100%

（7）平均PUE法。采用該方法時，節電率=（技改前平均PUE-技改后平均PUE）/（技改前平均PUE-1）=(1.483-1.462)/(1.483-1)×100%≈4.3%。

3.2 對比分析

匯總上述各評估方法得到的結果，如表20所示。

表20 不同評估方法結果

由于本案例溫度變化較大且負載在技改前后變化也較大，因此采用溫度校正電量折算法或溫度校正歸一法比較符合實際情況。

4 結 論

綜上所述，本文提出了6種評估方法并分別分析了其實際應用。當技改前后平均溫度變化不大、通信設備平均功率變化不大時，可以選用電量直接比較法；當技改前后日平均溫度變化不大、通信設備平均功率變化較大時，可以選用電量折算法、電量歸一法；當技改前后日平均溫度變化較大、通信設備平均功率變化不大時，可以選用溫度校正電量直接比較法；當技改前后日平均溫度變化較大、通信設備平均功率變化較大時，可以選用溫度校正電量折算法、溫度校正電量歸一法；當評估周期較長或以年為單位時，可以選用平均PUE法。需要注意的是，每種評估方法的適用場景和評估結果均不同，應根據節能項目所在場景選擇合適的評估方法。