通信機房的節能技術

陳記鵬

【摘要】? ? 節能降耗，近年來國家非常重視。通過主席令頒布了《中華人民共和國節約能源法》[1]，并幾經修訂、修正。中國聯通作為大型央企，勇于擔當。加強管理，多措并舉，創建資源節約型企業。而作為聯通最基層的電力資源使用、維護、管理者，更是從節約電力資源的一點一滴做起。通過通信機房動力及專用空調等設備日常的維護工作，研究、探索、并積極采取措施，落實節能降耗的一些技術。取得了很大的成效。中國聯通西安市分公司東五路核心機房全年用電量從2016年的4170837 kwh，降到2019年的3223725 kwh。降幅達22.7%。其中的一些節能技術和方法，具體、實用，可得到推廣應用。

【關鍵詞】? ? 機房? ? 電源? ? 空調? ? 節能? ? 技術

Abstract： Recently， the government pays more attention to energy saving and emission reduction. Law of the Peoples Republic of China on Conserving Energy has enacted. As a large central enterprise， China United Network Communications Limited takes energy saving and emission reduction as a part of duty. Constructing resource-saving enterprise requires effective management. Work as a manager of the most basic level in China United Network Communications Limited also needs to pay attention to electric power saving from start bit by bit. During daily maintenance of telecommunication room， some measures for energy saving and emission reduction have been taken. During the practice， these measures have acquired tremendous achievements. Annual electricity consumption of core telecommunication room in DONG 5-LU， Xian branch reduced from 4170837 kilowatt-hour in 2016 to 3223725kilowatt-hour in 2019， with a drop of 22.7%. Some energy saving technologies and measures are worth of popularization.

Keywords： machine room， power source， air conditioning， energy-saving， technology

中國聯合網絡通信有限公司西安市分公司東五路核心局機房，屬于匯接、關口局，一類機房。從通信功能上匯集了傳輸的一干、二干、本地網、接入網設備;數據的承載網A網、ATM網、城域網設備;交換網絡的信令、骨干、互聯互通設備;移網的計費;公安網監以及數字同步網等設備。位于西安城市中心的古跡明城墻里，西安火車站附近。由于古跡文物的保護，市政建設等環境復雜，電力資源非常緊缺，卻面對通信技術、業務的不斷發展，所以電力的合理應用、節能減排顯得更為重要。

我是這個機房電源及空調維護的負責人，和同事們一起，通過日常的維護，始終堅持節能減排工作。從機房照明的用電節約做起[2]，包含直流開關電源、UPS、空調等設備。并和其他專業的建設、維護人員及時溝通、協調，督促他們盡可能也做到節約每一度電。下面就介紹我們節能減排工作采取的一些方法和技術。

一、機房照明節電

這是個簡單的、看似根本不值得提及的節電環節。就是一個“關燈”順手動作?？墒牵夜家幌挛覀儥C房的照明用電功率的測量結果，大家就會看到應該隨時注意“關燈”這個再簡單不過的動作。

機房在施工、日常維護測試及處理故障，照明基本都打開時，用電功率是9KW，當這些工作結束，除了保障應急、通道照明外，其他的照明燈全部關掉，此時的照明功率是1.5KW。一年365天，日積月累，每天平均按12小時算，一年可節約32850度電。

具體做法是，我們24小時值班制，每天最少巡檢機房5次，看到應該關掉的燈及時關掉。

二、直流開關電源的節能技術

我們機房90%以上的通信設備都是直流用電負載。直流負載功率總計212KW。有5臺開關電源：1臺華為開關電源（含30個100A整流模塊，配2組3000AH電池組），1臺艾默生開關電源（含30個100A整流模塊，配2組3000AH電池組），1臺中達開關電源（含30個100A整流模塊，配2組3000AH電池組）和2臺中興開關電源（其中1臺含26個100A整流模塊，配2組3000AH電池組，另一臺含20個100A整流模塊，配2組2000AH電池組）。

對于開關電源的節能，我們采取了以下幾方面技術措施。

2.1多余備份整流模塊的關閉

開關電源在安裝時，考慮負載發展容量、后備電池充電容量，加上備份冗余容量，一般在實際使用時，都會多余一些模塊[3]。

這些多余的模塊，平時都加電工作，自身有功耗，有交流、直流轉換損失（轉換效率）。加上插在設備機框里，和其它模塊一起工作產生額外熱量，熱量疊加，影響需要正常工作模塊的散熱效果，追加了消除這部分熱量的功耗，反過來又增加了整個整流設備的功耗損失。

經過研究、分析和計算，我們采取關閉多余備用整流模塊電源的方法。對于關閉的整流模塊，為了保證它們的電氣性能，我們采用輪換模塊加電工作的措施。既每隔半年，開啟先前關閉的多余備份模塊，等運行正常后，再輪換關閉前期正常工作的適當數目的模塊。

為了更充分的節電，在設備可能的條件下，我們針對具體的設備，還采取了

機柜里模塊間隔開機工作的做法。比如中達開關電源，一個整流機柜里，讓第1、第2個模塊開機工作，第3個模塊關閉備用，第4、5個模塊開機工作……，一次類推。如圖1所示。這樣可以提高模塊的散熱效果，降低因散熱而產生的電能損失，延長模塊使用壽命。

上表是我們通過實際測算、分析，然后關閉多余模塊，并且幾年來一直堅持這樣的做法，節能是確切的。

2.2后備電池組容量參數的設置

開關電源后備電池的維護中，需要對電池的容量、充電限流等參數進行設置[4]。通過日常的維護，我發現開關電源整流器在對電池組進行充電時，電池容量不是很低的情況下，比如全浮充狀態下，每隔三個月需要對電池組進行均衡補充充電，這時充電電流下降很快。如果把電池容量參數設置改小，3000AH容量電池參數設置成1000AH，則充電限流0.1C10情況下，原來均充初始電流為每組300A就變成了100A，這樣充電功率會降低一些，也免除了突然大電流對電池的沖擊。另外，對于我們機房發電機功率不足的實際情況，在市電停電，柴油機啟動應急供電時也減輕了一些負荷。

實際的方法是：日常維護中，將每組3000AH或者每組2000AH容量的電池參數都設置成每組1000AH容量。在進行核對性放電和電池容量測試，以及市電停電后，市電來電恢復正常時，將電池容量參數設置改為各自實際容量進行充電。

這樣雖然節約電能小一些，但時刻堅守積少成多，是良好的習慣。

三、盡量減少UPS設備的負荷

由UPS的工作原理、構造以及使用特點，我們知道，UPS工作在AC/DC、DC/AC雙變換在線狀態，每一次變換都會產生能量損失;我們通信運營商為了安全、可靠，UPS的使用都是采取主備用，而且必須有冗余，造成UPS的容量利用率很低[5]，一般規劃設計利用率為50%～60%，實際使用中利用率只有20%～30%[6]。

UPS設備的后備電池，大多采用單節12V電池，其使用壽命短，且電池組串聯的節數多，并聯的組數也多，維護難度大，安全隱患多，維護成本高。

UPS出現故障時，因其結構、操作的復雜、危險性，大多都是由生產廠家有經驗的工程師來處理，及時性差，風險比較高，維修成本更高。

廠家生產的通信設備、電子產品，面向社會各個使用領域，也為了適應不同用戶方便使用，滿足市場供電的需求，采用了220V交流供電。但是，這些設備、產品，使用交流220V電源輸入，其內部電路板、芯片的工作電源仍還是低壓直流，如±12V，±5等等。而且DC/DC直流變換模塊已經規格、系列化，技術非常成熟，安全可靠、壽命長、價格低。而對于我們通信運營商，有專用的機房、供電設備，所以這些設備、產品在進入我們機房時，要和相關專業人員溝通、協商，盡量將交流供電改成直流供電模式。

總之，在我們通信機房盡量減少使用交流供電的設備。經常和建設部門、其它專業維護人員及相關人員做好溝通、協商，盡量減少UPS設備的負荷。這樣更有利于我們節能減排。

四、機房空調的節能技術

通信設備對環境的要求比較高，尤其是溫濕度。因此機房專用空調對通信設備起著重要的作用，是保證其它通信設備正常工作的基本條件。

在我們機房，空調的用電量約占整個機房總用電量的40%[7]。是最大的一類用電設備。所以機房專用空調的節能也是節能減排非常重要的部分。同樣是本文節能技術的關鍵和重點。分以下三部分詳細介紹空調系統的節能技術、措施。

4.1引入新風系統進行節能

西安地處西北，一年四季溫度變化比較大，特別是秋冬季室外環境溫度比較低。一般從10月份到第二年的三月份室外環境溫度都會明顯低于機房要求溫度25℃。由于機房是密閉的，常規下，我們機房專用空調是一年四季都開機制冷的。如果引入室外冷新風與室內熱空氣進行交換，達到機房制冷效果[8]，可大大節約電能。

而且引入新風系統進行機房溫度控制也是可行的。我們曾于2007年在西安東開火炬路核心局機房進行了新風節能降耗試點，采用中達電通EMC智能新風節能系統。經過實際安裝、測試、評估，全年節能效率可達到30%-40%。但是由于當時采用兩級新風過濾裝置，濾網材料、工藝不是很好，加上當年空氣中粉塵污染嚴重，導致機房后期灰塵過大，潔凈度達不到要求。采取更換濾網材料、型號，加強更換空氣濾網次數。最終因維護工作量太大、維護成本高等原因而被遺憾放棄。

隨著近幾年我國科學技術的快速發展，新技術、新材料等方面成就斐然。再次對北方的通信機房引入新風系統進行空氣調節，節能效果將非常可觀。我們期盼通過我們自己和相關部門及各級領導的共同努力，新風節能系統及新技術很快進入我們通信機房[9]。

4.2使用電能優化器節能

美國Dr.Michael Kwon及團隊發明了電能優化器，與用電設備并接。電能優化器采用美國專利-紅外線平衡波技術[10]，該設備通過其內置的陶瓷衍射裝置產生具有特定波長的光能量波-紅外線平衡波，通過改變導體內自由電子運動軌跡和波長，減少電子碰撞概率，降低導體電阻率，有效抑制諧波，提升功率因數，達到節能的目的。因此該設備可有效提高機房空調的工作效率，減小空調壓縮機無功發熱，延長空調使用壽命，降低機房能耗和維護費用。

我們前期通過對新技術的學習、了解、調研，結合我們自己的實際情況，和上級部門及主管的溝通、研究。2019年由引進美國電能優化器的北京千禧維訊科技有限公司與我們合作，經過雙方的勘查、分析，決定在我們機房二樓對三臺機房專用空調（一臺佳力圖空調、兩臺艾默生空調）進行實際的安裝實驗測試。經過半年多的實際運用測試、評估，節電率為10.25%，而且改善了功率因數，提高了電網的供電質量。安裝示意圖和測試結果分別如圖2、圖3所示。

電能優化器在我們機房的測試結果顯示節能是明顯的，目前已進入商業談判，希望很快能實施應用，為節能減排做出貢獻。

4.3機房專用空調日常運行節能措施

西安一年四季天氣溫度的變化比較大。機房空調制冷量的需求也隨周圍環境溫度的變化而變化。另外，隨公司業務的發展變化，設備的增減及更新換代，也影響機房的局部及整體溫度。因此根據機房實際溫度變化對空調制冷量、運行狀況、空調冷風氣流組織及時做好調整[11]，做到精細化管理，對節能減排非常重要。

夏天溫度高峰時，所有的空調全部投入運行，為保證某些局部熱量聚集地方設備正常工作，針對每臺空調都采取個性化設置，正對熱量聚集處空調溫度設置低一些，大風量正對吹;旁邊空調根據氣流情況決定溫度、風量及風速設置，甚至在某些局部區域采用電風扇或導風裝置送風[12]。整個機房的溫度會出現高低不均，在保證通信設備正常工作情況下，盡量節能。此外，高溫時段，加大空調的維護工作，勤沖洗清潔冷凝器翅片，保持良好的散熱，也是節能的重要方面[13]。

夏季溫度高峰過后，隨溫度變低，依據機房各處溫度實際情況，及時改變各個空調的設置（依然采取個性化）。隨溫度逐步降低，開始將空調設置溫度調高，然后適當時關閉個別壓縮機，最后根據需要可能將整臺空調關閉，以利于更好節能。

比如：我們針對一樓機房，進入秋冬季節，制冷量慢慢出現富余，考慮實際情況，將制冷效率比較低的4號施耐德空調開始時關閉一臺壓縮機，讓室內風機正常送風，慢慢逐步關閉全部壓縮機，最后甚至連內風機都關閉，整臺空調退出服務。同時讓效率比較高的周圍3號、5號空調提高制冷效率，調節溫度設置、改變送風角度，滿足機房設備對溫度的需求。經保守測算，可節4KW電能，每年按三個月時間算，可節約9600度電。

我們機房有上下兩層，其中一層面積1100平方米，有5臺機房專用空調，二層600平方米，有3臺機房專用空調。

一層是老機房，始建于2002年，初期以數字交換機為主，另外有DDF、ODF、傳輸、數據等設備。數字交換機設備安裝在機房東邊，占了大部分面積，發熱量集中且比較大，就集中了3臺機房空調在這里制冷。機房接著往西是DDF、ODF機架幾乎是不發熱的設備，就沒有空調針對，再向西邊是傳輸、和數據，發熱也集中，安排兩臺空調制冷。隨發展變化，數字交換機設備漸漸退出，傳輸、數據寬帶、移網等業務的設備增加，東邊5排設備停機。發熱負荷布局發生變化，靠東邊6、7排設備發熱聚集，西邊最后4排熱量急劇增加，我們就及時應對，制冷重點調整，利用移機、更換空調等措施，優化整個機房空調制冷方案[14]，使用少的代價、付出更小的電功率滿足機房變化后的制冷需求。

二層是業務發展后于2012年改擴建的機房，基本都是新設備。但是新設備跟隨新技術的發展，集成度高，發熱也更集中。兩、三臺新設備的發熱量和原來一排好多設備的發熱量相當。我們就和相關設備專業人員溝通協調，做好機房布局設計，要使設備散熱效果好，還要便于提高空調制冷效率。具體辦法就是機房增加設備，甚至增加板件都需要和我們電源維護人員溝通，做好熱量分散，既提高設備安全性，又節約電能，大大降低維護成本。

五、退網設備的及時下電拆除

社會發展、技術更新，設備更替是必然的。對于節能，退網設備及時下電拆除并優化用電是絕對的[15]。我們運維領導及上級主管領導都非常重視，作為用電管理者、維護者，我們積極、主動配合并監督機房的用電戶，對各種用電負荷登記造冊，掌握用電詳細數據。發現退網設備立即實施下電、拆除。2016年下電退網負荷25KW，2017年下電退網負荷28KW，2019年下電退網負荷8KW，2020年前9月下電退網負荷11KW。這些年合計下電退網負荷72KW，既節約了電，緩解用電緊張，又為新業務發展提供電資源。

六、結論

儉，德之共也;侈，惡之大也。勤儉興業，是中華民族的傳統美德。作為對供電有著比較高要求的通信機房，節能降耗是我們義不容辭的責任。通過機房電源、空調的維護，對設備用電的管理，我們認真分析用電情況，針對具體環節，提出切實可行的節能方案，并一步一步落實到位。對于好的、先進的節能方法、技術及新的理念，積極學習、推動實施。本文是我在實際工作中對節電的一些具體做法和想法思路。節電的效果也是實實在在的、明顯的，測得的實際數據說明了一切。節電是一個長期的工作，我感覺還有很多可以做的事情，需要和同事們繼續堅持，從一點一滴做起，積少成多，為公司為社會做出貢獻。本人水平有限，還有許多地方需要學習、提高，本文中若有不當、錯誤之處，懇請批評指正，在此表示衷心感謝。

參? 考? 文? 獻

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