通信行业专用空调节能方案分析
节能减排工作是我国的国家战略任务。机房空调是通信行业的耗能大户，节能减排有巨大挖掘潜力。本文介绍了针对基站及机房的几种不同空调节能解决方案，并探讨了每种节能方案的原理、实际应用条件和节能价值。分析有助于帮助通信运营商根据自身实际情况选择合适的节能方案，推动节能减排工作进展。
1、引言
众所周知，能源是经济发展的物质基础，也是经济社会可持续发展的重要制约因素，通信行业内虽然每个单体基站其所消耗的电能和产生的二氧化碳相比于钢铁和冶金等高耗能产业微乎其微，但是随着我E130建设速度的不断加快、数据互联网业务的不断增长，基站数量及中大型数据机房比例也逐渐上升。以中国移动为例，在一年多内完成基站建设总量几乎超过了过去10年建设量的总和。如此飞速的增长自然带来了严峻的能耗问题。
为了降低数量庞大的通信基站、机房的能耗，通信运营商纷纷积极投入到寻找节能新办法的行动中，而对于基站、机房环境来说，空调的耗电量占据了接近50％，是除主设各外能耗的最大部分，如何提高空调系统的利用率是实现节能的重点。因此，本文着重针对基站、机房空调节能的多种方法做—探讨。
2、基站空调节能方案——新风技术
对于通信运营商来说，大量的基站能耗占了总能耗的很大比重，而传统基站中用于制冷的空调系统能耗又占了基站能耗的近50％，对于此类站点采用新风技术、引入室外新风可减少空调的使用频率，达到节能降耗的目的。
新风技术应用并不是一个新的课题，其应用相对简单，投入小、节能效果明显，在很多基站已经有应用，但新风技术应如何安全、科学应用还可更进一步进行探讨。
首先，新风方案的应用地点不应该是非常偏远的站点，因为新风多少都会将外界的尘土、杂质带入基站内，配合室内的过滤网，尘土可以被大部分过滤，此时过滤网就需要定期的更换、清洗，并且，也需要定期对基站内的洁净度、腐蚀程度进行*估，从而判断如何调整新风功能开启时间。
图1基站能耗分布示意图
其次，新风技术不应该是仅仅简单的将室外冷风引入基站，而是必须在安全引入的基础上实现新风节能，这样的节能效果才是最终要达到的。因此，新风的功能性需要进一步探讨，至少需实现如下功能：
（1）根据房间负荷自动判断、切换新风及空调开启。新风开启的温度不是一成不变的，应该是跟基站内热负荷相对应的，小的热负荷可以对应较高的新风开启温度，实现最大的节能效果。
（2）能判断室外湿度，高湿时切断新风。室外环境相对湿度较高、空气含湿量较多时应关闭新风，防止室外过多的水分随空气进入到室内，否则房间内空气湿度过大，容易产生凝露，造成器件腐蚀、短路、击穿等故障。
（3）新风正压送风设计，防止灰尘进入。新风进入机房的方式应该是正压送入，在室内形成一个相对室外的正压环境，这样房间人的洁净度可最大程度得到保证。
图2具有新风功能的空调示意图
综上所述，新风功能在应用中还需要注意很多地方，需要根据实际情况进行选择、调整，因此仅仅采用通新风的方式是不科学的，机房运行的前提下是安全，只有围绕着安所进行的节能措施才是具有实际意义的。
3、基站空调节能方案——休眠技术
机房空调运行时具有三种基本状态，分别是冷状态、送风状态、停机状态。对于机房环境来说，本质上只需要其提供冷量，所以仅仅制冷状态是必需的。但对于空调来说，当机房环境温度达到设定值时，制冷状态结束，空调转为送风状态。此时机组的压缩机已经停机运行，即不输出冷量，但为了采集室内温湿度信息，空调的室内风机还是继续运行，此时对于机房环境来说，这种状态无关制冷，某种意义上讲是在耗能状态。因此，如何将空调在不需要提供量的时候直接转为停机状态是实现节能的一个方向，此技术可称为整机休眠技术。
休眠技术的节能出发点是节省空调不制令时风机的功率，要实现风机节能必须保证空调在不开风机的情况上能采集到环境温湿度信息，因此，可以采用外置远程传感器的方法为解决这个问题，可以将外置的传感器放置到机房内主设备出风口处或者发热设备附近，一旦此处达到设定值则空调开始整机休眠，风机节能开始；一旦此处温度超过设定值，则空调开启，输出冷量。通过以上设计，空调达到节能效果。
图3 整体休眠功能实现示意图
此方案由于仅通过收集局部环境的温度为控制空调工作状态，因此其应用时需要注意局部区域设置不能过多，且适用于负载变化较大的场所。因此，此方案针对基站环境中较为适用。可调协1-2个控制区域来实现，其节能性平均可达到20%以上，效果明显。
4、机房空调节能方案—制冷剂循环技术
在常规机房空调能耗中，压缩面能耗是主要部分，可占到近80%的比例。如何在保证压缩机安全、稳定运行的前提下，尽可能的降低压缩机能耗成为行业追逐的目标。因此，降低机房能耗要从降低空调能耗着手，而降低空调能耗关键是降低压缩机能耗。
图4 空调系统能耗分布示意图
目前机房冷却系统的问题在冬季或者春秋季时间，一方面到外温度很低，另一方面机房内设备依然散发大量妲，无法排至室外，导致空调依然要正常运行，空调能耗依然居高不下。如果能充分利用室外自然冷源，则无需开启压缩机，空调能耗就会大大降低。为了利用室外自然冷源，一种方式是直接引入新风，对机房进行冷却，但是这种空调只能应用于洁净工要求不高的场合，如通信基站等，不适合大规模应用；另一种方式则是开启特质的制冷剂泵，驱动制剂液体在室内外换热进行循环换热，在冷凝器中与室外冷空气换热，器，实现对机房的供冷。
图5制冷剂循环枝术
显然，第二种制冷剂循环技术解决了机房在密闭环境下如何利用室外自然冷源的问题，并且在同一套系统中实现了机械制冷和制冷剂循环制冷的双重功能，即简单又可靠，节能效果也非常明显，经过实际测试，在室外环境0℃时其节能效果已经达到近40％，对于冬季较寒冷的我国大部分地区均值得推广。
5、机房空调节能方案高集成、高功率密度机房设计
随着通信行业的飞速发展，主设各厂家也在积极开发先进技术以达到主设各更高能效、更低成本的目的。因此越来越多的主设各向着高集成、高功率、高效率的方向发展。刀片服务器、四核CPU等等新一代的产品也纷纷大量应用，那么这些新技术给我们带来的新思路就是机房设计也可以遵循高集咸、高功率密度的方向进行，这种设计会降低机房的平均功耗、减小资本投入，应该说是新一代节能机房设计的关键。我们从以下案例进行分析：
案例⒈传统机房设计方式。采用传统机房设计方式时，一个用电367 kW的机房需3 KW的机柜约120个，占地500m2.
案例⒉高功率密度机房设计方式。采用高功率密度机房设计方式时，采用高集成的主设各，将原有部分机柜进行合并为12 kW/RACK，这样机柜的总体数量可减少为约60个，占地面积减小约65％。
1、引言
众所周知，能源是经济发展的物质基础，也是经济社会可持续发展的重要制约因素，通信行业内虽然每个单体基站其所消耗的电能和产生的二氧化碳相比于钢铁和冶金等高耗能产业微乎其微，但是随着我E130建设速度的不断加快、数据互联网业务的不断增长，基站数量及中大型数据机房比例也逐渐上升。以中国移动为例，在一年多内完成基站建设总量几乎超过了过去10年建设量的总和。如此飞速的增长自然带来了严峻的能耗问题。
为了降低数量庞大的通信基站、机房的能耗，通信运营商纷纷积极投入到寻找节能新办法的行动中，而对于基站、机房环境来说，空调的耗电量占据了接近50％，是除主设各外能耗的最大部分，如何提高空调系统的利用率是实现节能的重点。因此，本文着重针对基站、机房空调节能的多种方法做—探讨。
2、基站空调节能方案——新风技术
对于通信运营商来说，大量的基站能耗占了总能耗的很大比重，而传统基站中用于制冷的空调系统能耗又占了基站能耗的近50％，对于此类站点采用新风技术、引入室外新风可减少空调的使用频率，达到节能降耗的目的。
新风技术应用并不是一个新的课题，其应用相对简单，投入小、节能效果明显，在很多基站已经有应用，但新风技术应如何安全、科学应用还可更进一步进行探讨。
首先，新风方案的应用地点不应该是非常偏远的站点，因为新风多少都会将外界的尘土、杂质带入基站内，配合室内的过滤网，尘土可以被大部分过滤，此时过滤网就需要定期的更换、清洗，并且，也需要定期对基站内的洁净度、腐蚀程度进行*估，从而判断如何调整新风功能开启时间。
图1基站能耗分布示意图
其次，新风技术不应该是仅仅简单的将室外冷风引入基站，而是必须在安全引入的基础上实现新风节能，这样的节能效果才是最终要达到的。因此，新风的功能性需要进一步探讨，至少需实现如下功能：
（1）根据房间负荷自动判断、切换新风及空调开启。新风开启的温度不是一成不变的，应该是跟基站内热负荷相对应的，小的热负荷可以对应较高的新风开启温度，实现最大的节能效果。
（2）能判断室外湿度，高湿时切断新风。室外环境相对湿度较高、空气含湿量较多时应关闭新风，防止室外过多的水分随空气进入到室内，否则房间内空气湿度过大，容易产生凝露，造成器件腐蚀、短路、击穿等故障。
（3）新风正压送风设计，防止灰尘进入。新风进入机房的方式应该是正压送入，在室内形成一个相对室外的正压环境，这样房间人的洁净度可最大程度得到保证。
图2具有新风功能的空调示意图
综上所述，新风功能在应用中还需要注意很多地方，需要根据实际情况进行选择、调整，因此仅仅采用通新风的方式是不科学的，机房运行的前提下是安全，只有围绕着安所进行的节能措施才是具有实际意义的。
3、基站空调节能方案——休眠技术
机房空调运行时具有三种基本状态，分别是冷状态、送风状态、停机状态。对于机房环境来说，本质上只需要其提供冷量，所以仅仅制冷状态是必需的。但对于空调来说，当机房环境温度达到设定值时，制冷状态结束，空调转为送风状态。此时机组的压缩机已经停机运行，即不输出冷量，但为了采集室内温湿度信息，空调的室内风机还是继续运行，此时对于机房环境来说，这种状态无关制冷，某种意义上讲是在耗能状态。因此，如何将空调在不需要提供量的时候直接转为停机状态是实现节能的一个方向，此技术可称为整机休眠技术。
休眠技术的节能出发点是节省空调不制令时风机的功率，要实现风机节能必须保证空调在不开风机的情况上能采集到环境温湿度信息，因此，可以采用外置远程传感器的方法为解决这个问题，可以将外置的传感器放置到机房内主设备出风口处或者发热设备附近，一旦此处达到设定值则空调开始整机休眠，风机节能开始；一旦此处温度超过设定值，则空调开启，输出冷量。通过以上设计，空调达到节能效果。
图3 整体休眠功能实现示意图
此方案由于仅通过收集局部环境的温度为控制空调工作状态，因此其应用时需要注意局部区域设置不能过多，且适用于负载变化较大的场所。因此，此方案针对基站环境中较为适用。可调协1-2个控制区域来实现，其节能性平均可达到20%以上，效果明显。
4、机房空调节能方案—制冷剂循环技术
在常规机房空调能耗中，压缩面能耗是主要部分，可占到近80%的比例。如何在保证压缩机安全、稳定运行的前提下，尽可能的降低压缩机能耗成为行业追逐的目标。因此，降低机房能耗要从降低空调能耗着手，而降低空调能耗关键是降低压缩机能耗。
图4 空调系统能耗分布示意图
目前机房冷却系统的问题在冬季或者春秋季时间，一方面到外温度很低，另一方面机房内设备依然散发大量妲，无法排至室外，导致空调依然要正常运行，空调能耗依然居高不下。如果能充分利用室外自然冷源，则无需开启压缩机，空调能耗就会大大降低。为了利用室外自然冷源，一种方式是直接引入新风，对机房进行冷却，但是这种空调只能应用于洁净工要求不高的场合，如通信基站等，不适合大规模应用；另一种方式则是开启特质的制冷剂泵，驱动制剂液体在室内外换热进行循环换热，在冷凝器中与室外冷空气换热，器，实现对机房的供冷。
图5制冷剂循环枝术
显然，第二种制冷剂循环技术解决了机房在密闭环境下如何利用室外自然冷源的问题，并且在同一套系统中实现了机械制冷和制冷剂循环制冷的双重功能，即简单又可靠，节能效果也非常明显，经过实际测试，在室外环境0℃时其节能效果已经达到近40％，对于冬季较寒冷的我国大部分地区均值得推广。
5、机房空调节能方案高集成、高功率密度机房设计
随着通信行业的飞速发展，主设各厂家也在积极开发先进技术以达到主设各更高能效、更低成本的目的。因此越来越多的主设各向着高集成、高功率、高效率的方向发展。刀片服务器、四核CPU等等新一代的产品也纷纷大量应用，那么这些新技术给我们带来的新思路就是机房设计也可以遵循高集咸、高功率密度的方向进行，这种设计会降低机房的平均功耗、减小资本投入，应该说是新一代节能机房设计的关键。我们从以下案例进行分析：
案例⒈传统机房设计方式。采用传统机房设计方式时，一个用电367 kW的机房需3 KW的机柜约120个，占地500m2.
案例⒉高功率密度机房设计方式。采用高功率密度机房设计方式时，采用高集成的主设各，将原有部分机柜进行合并为12 kW/RACK，这样机柜的总体数量可减少为约60个，占地面积减小约65％。
图6 两种设计方案对比
通过以上两种设计方案对比，可以发现，采用高功率密度方案设计时，机房的面积减小了，房间的环境热负荷也随之减小，因此空调的数量也就减少了，从而达到了最基本的节能设计。结合以上设计，再采用特定的供冷方式，可以将大面积供冷的无谓耗散也降低到最低，达到更进一步的综合节能，可以说在未来的大型机房设计中，高功率密度机房设计会成为主流的设计形式，其高效、低耗的特性注定是机房节能的关键路径。
6、结论
通过以上论述，分析了几种基站、机房节能的方向，这几种节能的方式容易实现，可操作性强，并且效果明显，便于追踪比较，可以通过试点进行实际的对比验证，在科学、客观的基础上再进行实施，从而推进节能减排工作的进行。
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