通信行業(yè)專用空調(diào)節(jié)能方案分析

節(jié)能減排工作是我國(guó)的國(guó)家戰(zhàn)略任務(wù)。機(jī)房空調(diào)是通信行業(yè)的耗能大戶，節(jié)能減排有巨大挖掘潛力。本文介紹了針對(duì)基站及機(jī)房的幾種不同空調(diào)節(jié)能解決方案，并探討了每種節(jié)能方案的原理、實(shí)際應(yīng)用條件和節(jié)能價(jià)值。分析有助于幫助通信運(yùn)營(yíng)商根據(jù)自身實(shí)際情況選擇合適的節(jié)能方案，推動(dòng)節(jié)能減排工作進(jìn)展。

1、引言

眾所周知，能源是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要制約因素，通信行業(yè)內(nèi)雖然每個(gè)單體基站其所消耗的電能和產(chǎn)生的二氧化碳相比于鋼鐵和冶金等高耗能產(chǎn)業(yè)微乎其微，但是隨著我E130建設(shè)速度的不斷加快、數(shù)據(jù)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的不斷增長(zhǎng)，基站數(shù)量及中大型數(shù)據(jù)機(jī)房比例也逐漸上升。以中國(guó)移動(dòng)為例，在一年多內(nèi)完成基站建設(shè)總量幾乎超過(guò)了過(guò)去10年建設(shè)量的總和。如此飛速的增長(zhǎng)自然帶來(lái)了嚴(yán)峻的能耗問(wèn)題。

為了降低數(shù)量龐大的通信基站、機(jī)房的能耗，通信運(yùn)營(yíng)商紛紛積極投入到尋找節(jié)能新辦法的行動(dòng)中，而對(duì)于基站、機(jī)房環(huán)境來(lái)說(shuō)，空調(diào)的耗電量占據(jù)了接近50％，是除主設(shè)各外能耗的最大部分，如何提高空調(diào)系統(tǒng)的利用率是實(shí)現(xiàn)節(jié)能的重點(diǎn)。因此，本文著重針對(duì)基站、機(jī)房空調(diào)節(jié)能的多種方法做—探討。

2、基站空調(diào)節(jié)能方案——新風(fēng)技術(shù)

對(duì)于通信運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō)，大量的基站能耗占了總能耗的很大比重，而傳統(tǒng)基站中用于制冷的空調(diào)系統(tǒng)能耗又占了基站能耗的近50％，對(duì)于此類站點(diǎn)采用新風(fēng)技術(shù)、引入室外新風(fēng)可減少空調(diào)的使用頻率，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

新風(fēng)技術(shù)應(yīng)用并不是一個(gè)新的課題，其應(yīng)用相對(duì)簡(jiǎn)單，投入小、節(jié)能效果明顯，在很多基站已經(jīng)有應(yīng)用，但新風(fēng)技術(shù)應(yīng)如何安全、科學(xué)應(yīng)用還可更進(jìn)一步進(jìn)行探討。

首先，新風(fēng)方案的應(yīng)用地點(diǎn)不應(yīng)該是非常偏遠(yuǎn)的站點(diǎn)，因?yàn)樾嘛L(fēng)多少都會(huì)將外界的塵土、雜質(zhì)帶入基站內(nèi)，配合室內(nèi)的過(guò)濾網(wǎng)，塵土可以被大部分過(guò)濾，此時(shí)過(guò)濾網(wǎng)就需要定期的更換、清洗，并且，也需要定期對(duì)基站內(nèi)的潔凈度、腐蝕程度進(jìn)行*估，從而判斷如何調(diào)整新風(fēng)功能開啟時(shí)間。


圖1基站能耗分布示意圖

其次，新風(fēng)技術(shù)不應(yīng)該是僅僅簡(jiǎn)單的將室外冷風(fēng)引入基站，而是必須在安全引入的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)新風(fēng)節(jié)能，這樣的節(jié)能效果才是最終要達(dá)到的。因此，新風(fēng)的功能性需要進(jìn)一步探討，至少需實(shí)現(xiàn)如下功能：

（1）根據(jù)房間負(fù)荷自動(dòng)判斷、切換新風(fēng)及空調(diào)開啟。新風(fēng)開啟的溫度不是一成不變的，應(yīng)該是跟基站內(nèi)熱負(fù)荷相對(duì)應(yīng)的，小的熱負(fù)荷可以對(duì)應(yīng)較高的新風(fēng)開啟溫度，實(shí)現(xiàn)最大的節(jié)能效果。

（2）能判斷室外濕度，高濕時(shí)切斷新風(fēng)。室外環(huán)境相對(duì)濕度較高、空氣含濕量較多時(shí)應(yīng)關(guān)閉新風(fēng)，防止室外過(guò)多的水分隨空氣進(jìn)入到室內(nèi)，否則房間內(nèi)空氣濕度過(guò)大，容易產(chǎn)生凝露，造成器件腐蝕、短路、擊穿等故障。

（3）新風(fēng)正壓送風(fēng)設(shè)計(jì)，防止灰塵進(jìn)入。新風(fēng)進(jìn)入機(jī)房的方式應(yīng)該是正壓送入，在室內(nèi)形成一個(gè)相對(duì)室外的正壓環(huán)境，這樣房間人的潔凈度可最大程度得到保證。


圖2具有新風(fēng)功能的空調(diào)示意圖

綜上所述，新風(fēng)功能在應(yīng)用中還需要注意很多地方，需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇、調(diào)整，因此僅僅采用通新風(fēng)的方式是不科學(xué)的，機(jī)房運(yùn)行的前提下是安全，只有圍繞著安所進(jìn)行的節(jié)能措施才是具有實(shí)際意義的。

3、基站空調(diào)節(jié)能方案——休眠技術(shù)

機(jī)房空調(diào)運(yùn)行時(shí)具有三種基本狀態(tài)，分別是冷狀態(tài)、送風(fēng)狀態(tài)、停機(jī)狀態(tài)。對(duì)于機(jī)房環(huán)境來(lái)說(shuō)，本質(zhì)上只需要其提供冷量，所以僅僅制冷狀態(tài)是必需的。但對(duì)于空調(diào)來(lái)說(shuō)，當(dāng)機(jī)房環(huán)境溫度達(dá)到設(shè)定值時(shí)，制冷狀態(tài)結(jié)束，空調(diào)轉(zhuǎn)為送風(fēng)狀態(tài)。此時(shí)機(jī)組的壓縮機(jī)已經(jīng)停機(jī)運(yùn)行，即不輸出冷量，但為了采集室內(nèi)溫濕度信息，空調(diào)的室內(nèi)風(fēng)機(jī)還是繼續(xù)運(yùn)行，此時(shí)對(duì)于機(jī)房環(huán)境來(lái)說(shuō)，這種狀態(tài)無(wú)關(guān)制冷，某種意義上講是在耗能狀態(tài)。因此，如何將空調(diào)在不需要提供量的時(shí)候直接轉(zhuǎn)為停機(jī)狀態(tài)是實(shí)現(xiàn)節(jié)能的一個(gè)方向，此技術(shù)可稱為整機(jī)休眠技術(shù)。

休眠技術(shù)的節(jié)能出發(fā)點(diǎn)是節(jié)省空調(diào)不制令時(shí)風(fēng)機(jī)的功率，要實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)節(jié)能必須保證空調(diào)在不開風(fēng)機(jī)的情況上能采集到環(huán)境溫濕度信息，因此，可以采用外置遠(yuǎn)程傳感器的方法為解決這個(gè)問(wèn)題，可以將外置的傳感器放置到機(jī)房?jī)?nèi)主設(shè)備出風(fēng)口處或者發(fā)熱設(shè)備附近，一旦此處達(dá)到設(shè)定值則空調(diào)開始整機(jī)休眠，風(fēng)機(jī)節(jié)能開始；一旦此處溫度超過(guò)設(shè)定值，則空調(diào)開啟，輸出冷量。通過(guò)以上設(shè)計(jì)，空調(diào)達(dá)到節(jié)能效果。


圖3 整體休眠功能實(shí)現(xiàn)示意圖

此方案由于僅通過(guò)收集局部環(huán)境的溫度為控制空調(diào)工作狀態(tài)，因此其應(yīng)用時(shí)需要注意局部區(qū)域設(shè)置不能過(guò)多，且適用于負(fù)載變化較大的場(chǎng)所。因此，此方案針對(duì)基站環(huán)境中較為適用。可調(diào)協(xié)1-2個(gè)控制區(qū)域來(lái)實(shí)現(xiàn)，其節(jié)能性平均可達(dá)到20%以上，效果明顯。

4、機(jī)房空調(diào)節(jié)能方案—制冷劑循環(huán)技術(shù)

在常規(guī)機(jī)房空調(diào)能耗中，壓縮面能耗是主要部分，可占到近80%的比例。如何在保證壓縮機(jī)安全、穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，盡可能的降低壓縮機(jī)能耗成為行業(yè)追逐的目標(biāo)。因此，降低機(jī)房能耗要從降低空調(diào)能耗著手，而降低空調(diào)能耗關(guān)鍵是降低壓縮機(jī)能耗。


圖4 空調(diào)系統(tǒng)能耗分布示意圖

目前機(jī)房冷卻系統(tǒng)的問(wèn)題在冬季或者春秋季時(shí)間，一方面到外溫度很低，另一方面機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)備依然散發(fā)大量妲，無(wú)法排至室外，導(dǎo)致空調(diào)依然要正常運(yùn)行，空調(diào)能耗依然居高不下。如果能充分利用室外自然冷源，則無(wú)需開啟壓縮機(jī)，空調(diào)能耗就會(huì)大大降低。為了利用室外自然冷源，一種方式是直接引入新風(fēng)，對(duì)機(jī)房進(jìn)行冷卻，但是這種空調(diào)只能應(yīng)用于潔凈工要求不高的場(chǎng)合，如通信基站等，不適合大規(guī)模應(yīng)用；另一種方式則是開啟特質(zhì)的制冷劑泵，驅(qū)動(dòng)制劑液體在室內(nèi)外換熱進(jìn)行循環(huán)換熱，在冷凝器中與室外冷空氣換熱，器，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)房的供冷。


圖5制冷劑循環(huán)枝術(shù)

顯然，第二種制冷劑循環(huán)技術(shù)解決了機(jī)房在密閉環(huán)境下如何利用室外自然冷源的問(wèn)題，并且在同一套系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了機(jī)械制冷和制冷劑循環(huán)制冷的雙重功能，即簡(jiǎn)單又可靠，節(jié)能效果也非常明顯，經(jīng)過(guò)實(shí)際測(cè)試，在室外環(huán)境0℃時(shí)其節(jié)能效果已經(jīng)達(dá)到近40％，對(duì)于冬季較寒冷的我國(guó)大部分地區(qū)均值得推廣。

5、機(jī)房空調(diào)節(jié)能方案高集成、高功率密度機(jī)房設(shè)計(jì)

隨著通信行業(yè)的飛速發(fā)展，主設(shè)各廠家也在積極開發(fā)先進(jìn)技術(shù)以達(dá)到主設(shè)各更高能效、更低成本的目的。因此越來(lái)越多的主設(shè)各向著高集成、高功率、高效率的方向發(fā)展。刀片服務(wù)器、四核CPU等等新一代的產(chǎn)品也紛紛大量應(yīng)用，那么這些新技術(shù)給我們帶來(lái)的新思路就是機(jī)房設(shè)計(jì)也可以遵循高集咸、高功率密度的方向進(jìn)行，這種設(shè)計(jì)會(huì)降低機(jī)房的平均功耗、減小資本投入，應(yīng)該說(shuō)是新一代節(jié)能機(jī)房設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。我們從以下案例進(jìn)行分析：

案例⒈傳統(tǒng)機(jī)房設(shè)計(jì)方式。采用傳統(tǒng)機(jī)房設(shè)計(jì)方式時(shí)，一個(gè)用電367 kW的機(jī)房需3 KW的機(jī)柜約120個(gè)，占地500m2.

案例⒉高功率密度機(jī)房設(shè)計(jì)方式。采用高功率密度機(jī)房設(shè)計(jì)方式時(shí)，采用高集成的主設(shè)各，將原有部分機(jī)柜進(jìn)行合并為12 kW/RACK，這樣機(jī)柜的總體數(shù)量可減少為約60個(gè)，占地面積減小約65％。


圖6 兩種設(shè)計(jì)方案對(duì)比

通過(guò)以上兩種設(shè)計(jì)方案對(duì)比，可以發(fā)現(xiàn)，采用高功率密度方案設(shè)計(jì)時(shí)，機(jī)房的面積減小了，房間的環(huán)境熱負(fù)荷也隨之減小，因此空調(diào)的數(shù)量也就減少了，從而達(dá)到了最基本的節(jié)能設(shè)計(jì)。結(jié)合以上設(shè)計(jì)，再采用特定的供冷方式，可以將大面積供冷的無(wú)謂耗散也降低到最低，達(dá)到更進(jìn)一步的綜合節(jié)能，可以說(shuō)在未來(lái)的大型機(jī)房設(shè)計(jì)中，高功率密度機(jī)房設(shè)計(jì)會(huì)成為主流的設(shè)計(jì)形式，其高效、低耗的特性注定是機(jī)房節(jié)能的關(guān)鍵路徑。

6、結(jié)論

通過(guò)以上論述，分析了幾種基站、機(jī)房節(jié)能的方向，這幾種節(jié)能的方式容易實(shí)現(xiàn)，可操作性強(qiáng)，并且效果明顯，便于追蹤比較，可以通過(guò)試點(diǎn)進(jìn)行實(shí)際的對(duì)比驗(yàn)證，在科學(xué)、客觀的基礎(chǔ)上再進(jìn)行實(shí)施，從而推進(jìn)節(jié)能減排工作的進(jìn)行。