通信机房节能改造实施方案

阜阳分公司通信机房节能改造实施方案

通信机房节能改造实施方案

作者：桑永礼邮编：236000

工作单位：中国移动集团安徽有限责任公司阜阳分公司运维部

一、通信机房节能降耗背景

当今世界，经济快速发展，必然伴随着能源资源的大量开采、消耗及“三废”排放，因工业能源大量开采、消耗、“三废”排放而导致的地质、环境、气候性灾难日趋频繁、明显，已经严重威胁到人类社会的生存和发展，如何“实现节能减排，保护人类基本生存环境，维持人类社会的可持续发展”已成为当今人类社会共同面临、而且是最急需解决的现实课题。

党和政府根据提高社会生产发展能效，全面建设更好、更快、长久持续发展国民经济的原则，鲜明提出制定“节能减排，建设美好生态家园”的基本国策。

中国移动通信集团公司积极响应党和政府有关“节能减排，建设美好生态家园”号召，积极履行社会职责，在全国范围内开展了以节能减排为主题的“绿色行动计划”。

通信机房，针对我们移动通信而言，包括局用核心机房、通信基站、传输汇聚点、干线传输机房等。根据有关统计，通信机房能耗占整个移动通信企业能耗的70%以上，从费用上来说，也占到整个移动通信企业正常运营费用的30%左右。

因此，搞好通信机房节能降耗，可以以更优异的成绩响应党和政府的号召，更好履行共建和谐社会的企业职责；可以从根本上降低我们移动通信企业的整体运营成本，大幅增加移动通信企业的利润收入，全面增强企业的核心竞争力，强势应对未来业务竞争，对巩固和加强我们企业的领先优势，无疑极具战略意义。

二、通信机房能耗分析及节能重点方向分析

通信机房节能,关键是要搞清楚通信机房能耗的组成，弄明白哪些能耗是必须的,那些能耗是不不必要的,并进一步分析哪些能耗是经过管理措施、技术手段、工程措施可以降低的。

我们，通信机房的能耗主要有两大块组成，通信设备能耗，通信机房空调设备能耗，这两块要占到通信机房总能耗的95%以上。其他还有机房照明能耗、动力环境监控系统设备、消防系统设备的能耗等，但相对于通信设备能耗、通信机房空调设备能耗而言，基本上可以忽略。

通信机房节能降耗的前提是确保通信网络系统、设备正常、稳定、安全运行。

基于这个前提,机房通信系统设备、动力环境监控系统设备的正常能耗,是保证通信网络正常、安全运行所必须的，是不能降低的,相反，还需要更大程度保障。其他的，象机房照明功耗在整个通信机房能耗的比例很小，况且节能技术较为成熟、简单，机房照明在有人的时候需要,也不是全部都需要打开,在没人的时候完全不需要照明,因此我们可以采用局部感应控制开关的方法,针对人员活动情状来选择性地进行局部照明或一般照明的开启和关闭，这样很轻松就可以节省80%～98%的照明能耗。

从以上分析可以看出，机房空调节能是目前唯一能想办法且占很大的分量，值得我们去关注和认真思考、攻关。

三、通信机房空调能耗组成及节能措施论证

3.1整体机房空调方向分析

在机房空调节能技术方面，从目前主要有两大主流方向。其一，是对机房空调压缩机进行变频改造；其二，通过工程、技术手段降低通信机房空调热源性负荷。

当然，通过通信机房空调安装、施工方案的优化，以及搞好维护工作，从而保证、改善机房空调设备系统运行环境条件，如冷凝器、蒸发器清洁，送风滤网清洁、保障冷媒压力正常等，以便更好地发挥通信机房空调设备的本身的动态冷效比，在一定程度上减少通信机房

空调设备能耗。不过这是我们维护、工程部门职责本身就要求应该作好的工作，有相当细致的工程设计、维护、管理规定，我们在这儿就不再多探讨分析了，呵呵。

下面，我们针对两大主流机房空调节能技术做一下具体分析：

我们先看看第一个方向，进行机房空调变频改造。机房空调变频改造可以在一定程度上确实可以降低机房空调设备本身的能耗，但效果并不能说是很明显（降耗比例据说可以达到4%～7%，最高不超过8%），且存在技改难度大、造价高、风险大、产生谐波干扰等很多负面因素，需要增加谐波吸收、抵消设备来降低谐波影响。而谐波吸收、抵消设备也是要耗能、发热的，这在一定程度上进一步抵消了机房空调变频改造的节能降耗能力，增加了我们运行维护工作的难度和成本。总体而言，通过“机房空调变频改造”到底能不能降低通信机房能耗，目前我们很难得出肯定的结论，所以说并不是特别值得提倡实施。

第二个方向，就是通过工程、技术手段降低通信机房空调热源性负荷。下面，我们就来详细分析探讨一下，通信机房热源的组成，详细分析探讨哪些通信机房热源可以降低、消除，以及降低通信机房热负荷关键点。

3.2通信机房热源组成及通信机房空调降耗的关键点的确定

降低通信机房热负荷，首先我们要清楚通信机房热量是如何形成的，具体有那些组成成分。并在此基础上，来具体分析哪些是我们通过技术方法降低的。

通信机房热源，主要有：

3．2．1 通信系统设备正常工作时耗能散热。

这是一个持续存在，而且是一个无法回避、无法消除的热源。我们通信机房之所以要安装机房空调，根本目的就是通过制冷，来抵消通信系统设备正常工作时耗能散热，确保通信系统设备正常工作所需要的良好的环境温度、湿度、洁净度。一般来说，通信系统设备正常工作时耗能散热，基本上是与网络规模的增扩成比例增加的，当然还与维护精细程度、网络制式、设备类型有一定的关系。依据有关实验数据可知，通信系统设备在正常工作时，其输入功率有85%以上的能量要转化成热量散发的周围空间，只有不到15%的能量转化为可供通信系统使用的通信数据、信号等。

计算公式：Q=0.86KVA （KW）

以基站为例,标准配置基站为直流70A,电压为54V,

Q=0.86*54*70=3250(W)=3.3(KW)

3．2．2 围护结构导热

这个热源的大小，与围护结构的导热面积成正比，与通信机房室内、外温度差值成正比，与围护结构的物理厚度成反比，还跟围护结构材料导热系数有关。

围护结构导热计算公式：

Q=F*（T-T0）*入/M （W）

F：传热面积

T：室外温度 T0：室内温度入：围护结构材料导热系数

M：围护结构厚度

（材料不同，导热系数不同，砖墙为0.87W/(M. ℃),混凝土0.79w/(M. ℃),聚乙烯泡沫为0.04W/(M. ℃)

在夏季，当通信机房室外温度高于室内温度时，通信机房室外热量通过机房围护结构（房顶、墙壁、地板等）的传导进入室内，形成热源。这个热源是客观存在的，但我们可以通过针对性的工程、技术手段隔绝，从而减少和消除。

据我们实际现场测试，夏季机房室外墙壁表面向阳处平均可达50℃左右，背阴处平均可达38℃左右，而我们移动通信机房室内按规范一般设定、保持在22～24℃，两者相差平均在15～30℃，平均为22.5℃,为方便计算,取值23℃。

据我们实际掌握的资料，通信机房一般采用砖墙，新建核心机房一般采用空心砖砌墙,房顶为混凝土质结构。下面我们以基站机房为例，计算一下夏季平均传导性热源的大小：Q=4.5*3*4*0.87*23/0.2（四面墙壁,砖质）+4.5*4.5*0.79*23/0.2 （屋顶）=5402+1840=7241(W)=7.3KW

在冬季，我们可以充分利用种导热效应，甚至采用通风技术、设备进行主动通风，以加强散热效果，来减少通信机房的热负荷，从而降低或根本不需要通信机房制冷能耗。

3．2．3 压缩机、风机散热

目前，大容量机房空调出于保证空调压缩机本身良好运行的环境条件的考虑，一般采用压缩机室内机内置的设计方案。这样设计方案从机房空调设备本身工作考虑，是一种比较成熟、优秀的设计思路。但这种设计方案也也带来了一个问题，那就是压缩机制冷运行时，压缩机电机通过把电能转化为机械能，驱动活塞、螺杆、离心机工作，实现制冷媒介压缩、流通，完成制冷媒介循环与冷量、热量循环，从而实现调温恒温。在电机工作时，电能转化为机械能有一个功率转换效率问题。这个效率虽说随电机结构、型号、负荷不同存在一定程度的差异，但一般都在80%上下，而其余的能量则要通过机械摩擦、线圈发热等形式转化热量散发到周围的机房空间中。这无疑人为地在我们通信机房室内增加了一个不小的热源，增大了我们通信机房空调的制冷能耗。

同理，机房空调以风扇送风的方式实现冷量的交换、输送，出于制造、安装施工的便利以及加大冷量的交换、输送效果等等因素的考虑，一般采用送风机室内配置的设计方案。送风机电机工作时，送风电机通过把电能转化为机械能，驱动送风风扇工作的过程中，也存在一个功率转换效率问题。这个效率随根据电机结构、型号、负荷不同存在动态的差异，但一般在40%～80%范围内，而其余的电能要通过机械摩擦、线圈发热等形式转化为热量散发到周围机房空间。这又是人为地在我们通信机房制造了一个的热源，也进一步增大了我们通信机房空调的制冷能耗。

依据有关资料，结合我们历年来通信机房空调的实际使用、维护经验，经过相关计算、评估(因篇幅所限,详细计算、评估过程忽略)，我们绘制了机房空调热负荷分布比例图，如下：

冬季机房空调热源构成比例图

夏季机房空调热源构成比例图

从以上统计比较看，通过维护结构导热，夏季占到机房热源的比例将近47%。压缩机、风机散热占20%左右。

前面我们说过，通信机房节能降耗的前提是确保通信网络系统、设备正常工作运行.基于这个前提,机房通信系统设备、动力环境监控系统设备的正常能耗,是保证通信网络正常、安全运行所必须的，是不能降低的,相反，还需要更大程度上加以保障。况且降低通信系统设备的能耗发热，则要求选择与更换单位业务能耗比例更低的通信系统设备，这牵扯到国家及行业政策的战略导向问题；还有更大的问题是大规模更换现有通信系统设备，会导致更大的人力、物力、管理方面的投资，并且存在巨大的网络、运营上的风险，从目前而言，这是我们任何一个通信企业都无法决定的，也是我们任何一个行业、任何一个通信企业承受不起的。因此，这个方向基本上可以排除。

而压缩机、风机散热，我们可以通过选用把压缩机、送风机外置方案设计，集成到室外机的方法加以规避，这需要会同机房空调设备生产厂家对机房空调设备重新进行设计改造，以及要考虑压缩机在室外的工作环境条件保证等一系列问题，也不是我们的主要考虑方向。

从以上分析论证，我们可以很明确的得出一个比较清晰的结论：通信机房空调设备节能降耗，我们可以考虑，并且可能有比较明成效的关键点就是：

1）在夏季降低“当通信机房室外温度高于室内温度时，通信机房室外热量通过机房围护结构（房顶、墙壁、地板等）的传导进入室内，形成热源”导致的通信机房空调能耗；

2）在冬季把通信机房设备散热排出去，降低或根本消除冬季通信机房空调能耗。

四、通信机房空调降耗具体方案

根据以上结论，我们就可以很清楚我们需要解决的问题。下面我们具体探讨确定具体实施方案：

4．1在夏季降低“当通信机房室外温度高于室内温度时，通信机房室外热量通过机房围护结构（房顶、墙壁、地板等）的传导进入室内，形成热源”导致的通信机房空调能耗；

根据导热公式

Q=F*（T-T0）*入/M

F：传热面积

T：室外温度 T0：室内温度

M：围护结构厚度

?入：围护结构材料导热系数

（材料不同，导热系数不同，砖墙为0.87W/(M. ℃),混凝土0.79w/(M. ℃),聚乙烯泡沫为0.04W/(M. ℃)

我们很容易有针对性的得降低“当通信机房室外温度高于室内温度时，通信机房室外热量通过机房围护结构（房顶、墙壁、地板等）的传导进入室内，形成热源”导致的通信机房空调能耗具体实施方案

1）一定程度增加围护结构（房顶、墙壁、地板等）的厚度，直接降低导入热源；

2）选用导热系数更低的围护结构材料，在保证工程施工可行、不影响通信机房主体功能的前提下，尽最大程度降低导入性热源。

4．2在冬季把通信机房设备散热排出去，降低或根本消除冬季通信机房空调能耗。

在市场上有比较成熟的智能通风换热系统，我们可以比较容易选择使用。通信机房通风散热量的大小，与通信机房室、内外温差成正比，与通风量成正比，还与空气性质有关。我们也可以采用替代方案为不采用强制通风，只开设通风口，夏季用隔热框块填充，隔绝热量传导；冬季用过滤通风框块，利用自然空气对流实现机房散热。这样效果可能差一些，但影响不是太大，而且可以避免因强制通风产生的增加能耗。

4．3通信机房空调降耗具体实施方案

下面，就是我们针对通信基站设计的具体通信机房空调降耗比较可行的具体实施方案： 1、增设智能通风系统,现在有比较成熟的设备产品可以在充分满足机房进风洁净度的基础上,实现冬季机房内外的热量交换,从而达到降低冬季机房空调能耗的目的。（替代方案为不采用强制通风，只开设通风口，夏季用隔热框块填充，隔绝热量传导；冬季用过滤通风模块，利用自然空气对流实现机房散热）

2、在机房内距墙增建石膏板夹墙,在夹墙与原墙体间填充20CM厚度的泡沫塑料,一方面增加原有墙体厚度一倍,第二因为泡沫塑料具有良好的隔热性能,根据有关资料,相同厚度的泡沫塑料隔热能力是砖墙的20～40倍。采取这种方案可以降低夏季传导性热源90%以上。

针对基站设计的具体通信机房空调降耗具体实施方案示意图