通信机房节能降耗研究

通信机房节能降耗研究

李博强

内蒙古自治区专用通信局   010010

摘    要

随着通信行业迅猛发展及云计算产业的兴起，各类通信机房数量与规模不断扩大。机房用电量占社会总用电量比重不断增大，能耗问题日益突出。在节能减排的国际国内大背景下，工信部也出台了关于通信机房节能降耗的各项政策与文件，要求通信企业逐步淘汰高能耗设备。各通信企业也都将机房能耗管理作为一项重点工作，推进绿色机房建设。

本文根据通信企业通信机房的特点，通过分析与研究机房系统组成的几个关键部分：建筑设计与布局、空调技术及机房软件管理，同时结合了国际与国内对通信机房节能降耗的研究成果，积极研究新技术及理念，为机房节能降耗寻求多种解决方案。

关键词：通信；通信机房；节能降耗；

研究背景

我国是《联合国气候变化框架公约》和《京都议定书》的缔约国。2005年颁布了《中华人民共和国可再生能源法》。作为一个负责任的大国，我国向世界郑重承诺：清洁能源占一次能源消费总量的比重到2020年要上升到15%以上；到2030年这一比重要上升至20%以上。单位国内生产总值温室气体排放量到2020年要降低到2005的60%以上；2030年这一比重要降低到40%以上。

通信行业节能减排要求

通信行业虽然不是传统意义上的高耗能产业，但是通信行业却因为随着信息时代的高速发展，其规模日益扩大，在能源能耗上变得不容小觑。

最近10年，我国通信行业发展迅猛，数据网络已完成了从2G到5G的变革。随之而来的就是各地成倍增加的数据中心机房数量。如图1-1所示，根据国家工信部及统计局相关数据，我国现有各类型基站已经达到500多万个，各类型数据机房数量也已经突破50万个[1]。如此规模庞大的数据中心，其耗电量也是相当惊人，据测算其总耗电量相当于一个三峡大坝的全年发电量，电量占全社会总用电量达到1.5%。伴随着云计算数据中心的规模化增长，其总能耗也必将成倍增加。

图1 国内基站数量图

通信机房节能发展情况

在发达国家，机房的节能降耗工作已经作为一项日常工作进入到了电信运营商的管理运营中。相关企业在选择电信服务商时，会把服务商设备的环保能力作为一项考核指标。欧盟等国的电信运营商也开始了以促进节能降耗为目的温室气体减排计划。

在国内，电信、联通和移动公司在中心机房节能降耗方面已经有所行动。中国电信公司在企业内部成立了专门以节能减排及节能技术研究改造、攻关为职责的部门。并在十余个省份展开了节能技术试点。由中国电信组织编写的《中国电信节能技术应用蓝皮书》早在2009年便已发布。中国联通公司也根据自身多年的运行经验，从中心机房、枢纽机房以及基站机房三个方面出发，根据各自的运行特点，编写了企业内部实行的《节能减排管理办法》以及《绿色机房建设标准和规范》[2]。通过在各省份的试点，督促各单位按照企业要求完成绿色机房的改造及建设任务。

通信机房节能降耗技术对比分析

建筑节能

建筑节能主要是从机房建设的规划设计方面入手，从建设时期就把机房节能降耗的理念与建筑节能结合起来。通信机房在设计时根据气候特性应遵循如下几个原则：

（1）在无人值守机房的设计中，机房内应尽量不设窗户。

（2）在机房楼出入口处，应该设计有保温隔热设施。根据冬季寒冷情况，机房楼大门应安装热风幕或者是风斗等设备[3]。

（3）机房楼应设计合理的空调外机安装平台。

（4）机房楼的建筑墙体应采用新型建筑材料。

在对机房布局进行设计时，应多考虑使用模块化布局。同时应注意规划的合理性，做到统筹安排，为日后的机房扩容留出预留量。机房电源设备的放置位置应考虑到用电设备的用电半径，所以宜将电源设备放置在用电负荷的中心位置，这样可以有效缩短供电半径，减少线缆使用量，降低线路损耗。同样对于空调系统，内机应放置在机柜气流有效流动位置，同时应距离外机较近，减少冷气管通路的长度。外机放置也应该尽量靠近内机，同时应合理排放，避免阳光直射[4]。

机柜排列间距要科学合理。当机架成行排列且整行的长度超过6米时，则机架的两端应设通道出口；当整行机架长度超过15米时，除两端要留通道出口外，在整行机架中间也要留出通道出口。且中间留出的通道出口的宽度应大于1米，条件有限时宽度可为0.8米。空调内机安装时，内机位置应与设备机架之间保持1.2米以上距离。空调内机与机架列头配电柜的距离应大于1.5米。这样布置有利于机柜内通信设备的拆装、维护。同时能保证设备运转安全[5]。

机柜排列应考虑进行气流组织优化。对空调气流进行气流组织优化可以提高空调冷风的利用率，同时可以避免机房中局部位置冷热不均。还要考虑机柜朝向问题。机柜内设备一般都自带散热风扇，且大部分设备都是向后排风。如果机柜排列全都朝向同一方向，那么前排机柜排出的热风就会被后排机柜吸入，降低了散热效果[6]。所以两排机柜间应采用正面相对或者是背面相对的方式进行排列。当机柜排列按照冷热分区进行排列后，则机房内的气流组织变可以有效循环起来，其具体路径大致为：空调机冷气出风口→冷风通道地板送风口→冷风通道进风口→热区通道出风口→空调回风口

[7]。

空调节能

现阶段主流的空调研究技术主要集中在乙二醇节能空调机组以及专用智能空调机组上。

乙二醇节能空调机组采用乙二醇替代了传统的制冷剂。采用水泵循环制冷剂，代替了传统的压缩机[8]。由于采用水泵代替了原有的压缩机，则空调能耗大大降低，减少了系统的耗电量。预计节能效果可以达到20%左右。

智能空调机组技术就是采用微电脑控制，通过布置在机房内的温度、湿度等环境变量传感器，准确的描述机房环境的变化。通过预设的程序与算法，统筹协调多台空调机组联合运行，完成了空调机组的制冷、加湿、除湿等一系列操作[9]。通过能效管理的方式，降低空调能耗，达到节能降耗的目的。

机房综合管理节能

通过软件管理的方式进行系统化采集与管理，监控每一台设备的运行，使能耗管理能力进一步精细化。这类系统其实属于一种集中监控系统。该系统通过传感器与处理器，可以实现对机房环境变量的采集，对电量的采集。然后进行汇总统计与计算，能够相对准确的计算出机房各个系统的能耗数据[10,11]。为日后机房的设备升级改造以及改造后的节能降耗效果评估提供较为准确的依据。

图2 机房管理系统示意图

下面，通过一张表格将各个技术做一简要对比：

表1 节能技术横向对比

通过分析可以看出，建筑节能技术作为一种综合性的技术，只有在前期机房设计施工的时候才能发挥巨大的作用。一旦机房建成或者是后期选定机房，那么该技术的可行性就大打折扣。所以建筑节能要作为先导技术要求，贯彻到日后的机房建设中。空调作为机房中的高耗能设备，具有很大的节能潜力。但是空调设备作为重要的设备，具有占地广，投资大的特点，从设计到施工都受到诸多限制。综合管理技术作为一种管理技术进行节能，通过对其它设备的智能化控制，达到减少能耗的措施。既可以在机房建设时就投入使用，也可以作为老旧机房的节能改造升级手段。

参考文献

[1] 高翔.联合国气候变化公约下三可规则与展望[J].中国能源,2014,36(2):28-31

[2] 方利国.节能技术应用与评价[M]. 北京:化学工业出版社,2008:20-42

[3] 郭栋.大型绿色数据中心的规划研究[D].上海:复旦大学,2008

[4] 邮电部设计院.电信工程设计手册[M].北京:人民邮电出版社,1991:3-10

[5] 倪锡颖.通信机房的设计[J].硅谷,2012,(15):58

[6] YD／T 50032005,电信专用房屋设计规范[S].中华人民共和国工业和信息化部:2005

[7] YD5040-97.通信设备安装设计规范[S].原邮电部,1997

[8] 李晓东.制冷远离与设备[M].北京:机械工业出版社,2007:98-100

[9] 赖广显.空调技术设备[M].北京:人民邮电出版社,1989:5-15

[10] 曹巍巍.数据中心虚拟化技术研究与实现[D].上海:华东理工大学,2011

[11] 董锴.浅谈通信机房的安全与防护[ J ].科技信息, 2 0 1 3, (1 8):120