电信建筑能源审计工作方法研究

张萍 刘东 丁永青 侯振寰 宋丹丹

1同济大学机械与能源工程学院

2上海市能效中心

0 引言

建筑能源审计是指由专业的能源审计单位受政府主管部门或业主的委托，对建筑的部分或全部能源使用情况进行检查、诊断和审核，对能源利用的合理性做出评价，并提出改进措施的活动[1～4]。

由于电信企业业务量对机房能耗影响不大，电信机房需常年满负荷工作。机房设备散热量大，同时电信机房对不间断恒温恒湿环境要求很高，一般交换机房温度的要求为21℃～25℃，相对湿度的要求为40%～70%[5]，要求全年供冷，通常采用分层精密空调设备。数据显示，上海电信2009年基站消耗的电力占电信企业全年耗电量的20%以上，其中有超过50%电能被冷却设备所消耗。电信建筑的单位面积耗能指标高，因此有必要对其开展能源审计工作。

1 电信能源审计工作方法

对上海市13家电信企业进行了2011年度能源审计工作，这是首次对电信建筑开展能源审计工作。

以地面局为例，一个电信单位可能存在上百个营业场所，包括办公区域和电信机房等。而这些建筑中有些也是采用租用形式，直接导致能源计量管理的不便以及能源消耗量的统计分散。因为用能方式不同于园区式的工业企业或者公共建筑，使得电信建筑的能源审计工作难度增加。

1.1 开展能源审计工作的依据

电信建筑能源审计的依据与公共建筑能源审计有所不同，除了增加电信用能的相关规范外，还要参考工业企业的相关标准。例如：《2011年上海市通信业节能工作要点》（GB/T3486-1993）、《企业能源审计技术通则》（GB/T2589-90）、《中国电信电源、空调维护规程》（试行稿）、《企业能源网络图绘制方法》（GB/T16616）、《企业能量平衡统计方法》（GB/T16614）。

1.2 典型建筑能耗和单位总能耗相结合

被审计单位除了提供单位总能耗各项数据，还要挑选一栋典型建筑，来详细剖析该建筑的用能情况。所谓典型建筑就是兼具办公和电信机房的建筑，最好是能合理反映出电信企业用能的建筑。

对于典型建筑，需要被审计单位填写建筑基本信息、能耗设备情况以及全年能耗量等。审计单位在进行现场巡查时，需要对填写的各项耗能设备进行核实。在报告编制时，根据采暖系统、空调通风系统，照明系统，综合服务系统，电信设备系统的分类，对典型建筑进行各项能源消耗量概算，最后根据被审计单位提供的典型建筑能耗账单，对概算数据进行平衡性检验，这些与公共建筑的能源审计要求相同。

但是，电信建筑的能耗普查着眼点在整个单位，由于电信行业建筑分散，用能设备数量大，可以通过剖析一栋典型建筑，来反映整个单位的用能情况。对于电信行业中某些综合支撑部门建筑较少时，应统计全部用能设备，进行能耗概算。

1.3 企业能源流程图和能源平衡表

根据《企业能源网络图绘制方法》，对电信企业用能情况绘制能源流程图，将整个单位用能情况清晰呈现出来。以某电信局为例，能源流程图如图1所示。能源平衡表如表1、2所示。

图1 某电信局能源流程图

表1 2011年某电信局电力平衡表

表2 2011年某电信局能源消费平衡综合表

1.4 能耗分类不同

公共建筑能源审计一般将能源分为三类[4]：

第一类是常规能耗和水耗，主要包括：照明能耗、供暖通风和空调能耗、插座（室内办公设备和家电）能耗、动力设备能耗和热水供应能耗等。

第二类是特殊能耗。如全年连续运行空调系统的计算中心、网络中心、大型通信机房、有大型实验装置的实验室、工艺过程对室内环境有特殊要求的房间等的能耗，并将其从总能耗中扣除。

第三类是按建筑面积定额收费的城市热网供热消耗量。

由于电信企业存在租用借出楼层基站等现象，使得安装二级计量器具，即空调设备耗电、照明耗电、室内设备耗电、动力设备耗电分项计量存在一定的困难。电信企业用电分为生产用电和非生产用电，生产用电又分为基站、小灵通、核心机房、通信机房、IDC、接入局所、室外机柜，非生产用电又分为管理用电、渠道用电和其他用电，因此，对电信建筑进行耗电量分析时，采取上述分类法对能源审计工作更直观和便捷。

2 电信建筑能耗分析

上海电信由总部和24个直属二级单位组成。其中，24个直属单位包括14个地面局、4个产品部和6个综合支撑单位。地面局指的是保障上海市通信网络的主要基站、机房等，产品部是指利用电信网络进行生产的部门，包括长途无线部、号百分公司等，综合支撑部门是一些辅助性部门，比如应急通信局、电信技术研究院等，有些综合支撑部门没有通信机房。

2011年各单位年总电耗如图2所示。其中，地面局电耗最大，占总电耗的59%；其次为产品部电耗，占总电耗的34%。地面局机房数量最多，综合支撑部门最少，可见电信机房是电信建筑电耗量最大的部分。

图2 上海电信2011年总电耗比例图

上海电信在2011年内共购买各种能源按等价值折标准煤219079吨。其中电力占总能耗97.98%，对于电信行业来说，采取措施减少电耗是节能的主要方向。图3为2011年公司能耗构成情况。

图3 2011年上海电信能耗构成情况

2011年上海电信总用电量为71553万kWh，其中生产用电为65643万kWh，非生产用电为5910万kWh。图4、5分别为公司生产用电和非生产用电的详细组成情况。生产用电中通信机房耗电量最大，为52.88%，IDC其次为30.10%，非生产用电中管理用电占74.98%。

图4 生产用电各项所占比例

图5 非生产用电各项所占比例

以上能耗分析显示，电能是电信企业耗电的主要途径，其中，通信机房和IDC机房的耗电量最大，这跟机房通信设备和空调设备全年开启有直接关系，做好这两方面的节能工作也是电信企业的能源审计节能潜力所在。

3 电信建筑节能潜力分析

3.1 电信机房电源

3.1.1 数据中心选用适宜温度

一般标准中建议服务器及网络通信设备应运行在21～25℃，15℃到32℃是IT设备正常运行的极限。随着多数主要制造商己接受了ASHRAE提出的提高机房温度上限的建议：从原来的25℃提高到27℃，现在生产的设备也较之以前具有更宽的工作温度范围，己能满足在27℃下长期稳定的运行，且温度限定在27℃是能够实现温度和功耗的一个最佳平衡。

在其他的运行工况条件保持不变的情况下，盛夏时空调的设置温度每提高l℃，即可降低耗能5%。因此，在购买服务器设备及网络通信设备时，应优先选择具有较宽工作温度的设备。

3.1.2 优化供电系统

供电系统在提供电源的同时，会有电能损耗。虽然这些损耗在IDC机房总能耗中所占比例不大，但也是机房节能中不可忽视的部分。

1）模块化供电。UPS的效率和负载功率是成正比的，越接近其满负载容量，它的效率就越高。现在很多UPS生产厂商正在实行对UPS模块化生产，用户可按照负载的增加而增加模块，始终保持UPS较高负载率，以达到降低能耗的目的。实测数据显示每套系统节能20%以上。

2）服务器直流供电。IDC机房中常用的双转换在线式UPS工作时会先将交流电滤波整流后变成直流电，再由逆变器将此直流电转换成设备需要的正弦波交流电源。两次的交、直流变化会带来一定的损耗。如果服务器采用直流供电，可以减少一次交、直流变化，达到节能的效果。

3）采用无变压器的UPS设备。传统UPS的整机效率只有75%～85%，但采用无变压器的机型，可以提升至 90%以上[6～7]。

3.2 电信机房空调

3.2.1 使用室外冷源

上海地区一年中大约有一半的时间室外温度低于20℃，而通信机房温度一般控制在21～25℃，考虑使用室外新风，带走机房内的部分热量。当通风量固定、室内外温差大于一定数值后，可以全部依靠新风将机房内的热量带走，从而达到降低机房内部温度的目的。

3.2.2 精确送风

由于通信机房通信设备布局紧密，通信设备散热量大，如按一般空调送风方式，极有可能造成机房冷热不均。若采用精确送风，利用空调系统主风管把来自冷源的冷风经静压箱输送至各分支风管，然后由各门式送风器直接送至机柜内设备的进风口，对设备进行冷却，如图6所示，则机房散热相对均匀，减少空调设备负荷，节约电能。各分支管可以安装调节阀，通过调节阀控制送给每个机柜的冷风量。图7是一般通信机房空调设备布置图。

精确送风不仅能解决传统上送风气流短路的问题，还能解决传统送风方式设备间互相传热影响，数据显示精确送风的每小时节电率可达到20%左右[8]。

图6 精确送风示意图

图7 未使用精确送风机房设备布置

3.2.3 喷雾降温

空调机组内冷凝器的冷凝压力与冷凝温度成正比，冷凝压力偏高的现象主要出现在夏季，由于环境温度较高，冷凝器的散热能力不变或变差时冷凝压力升高，制冷压缩机的排气压力升高，压缩比增大，从而造成压缩机的输气系数降低，功耗增大，能效比下降。因此在环境温度较高时应提高冷凝器的散热能力，使空调机组能正常运行。

喷雾冷却技术是将软化和净化后的水或冷凝水雾化后喷到空调器冷凝器的散热片上，利用液态水在转变成水蒸气时吸收大量热量的特性，大幅度提高冷凝器的散热能力。因此能在环境温度较高时仍然保证冷凝器的散热能，使得空调机组处于额定冷凝压力的工作状态，避免因各种故障引起的额外能耗，从而实现节电。

3.3 移动基站节能

对于机动通信局的移动基站，需要采用蓄电池给通讯设备供电。针对蓄电池不耐温的特点，将电池装入恒温箱，可使箱内电池温度恒定在25℃，消耗的电能大幅降低。和一般的通信机房一样，移动基站也可以利用室外新风，在室外温度较低时将室外冷空气过滤后送入基站内，减少压缩机、冷凝风机的工作时间，大大节省电能，全年最大节能率可达40%[9～10]。

4 结论

1）通信机房需全年不间断运行，导致通讯设备和空调设备耗电量大，对电信建筑进行能源审计是非常必要的。

2）电信建筑能源审计工作方法有别于一般公共建筑，主要体现在这几个方面：能源审计工作标准依据有所不同；典型建筑能耗与单位总能耗相结合；增加能流图和能源平衡表；能耗分类不同。

3）对上海电信建筑的能源审计工作结果显示，电能占了企业总能耗的98%，生产用电占总用电量的91.7%，生产用电中通信机房耗电量最大，为52.88%，IDC其次，为30.10%。

4）电信企业存在一定的节能潜力，主要有电源和空调两方面。电源改造主要是使用模块化的UPS，交流变直流，使用无变压器的UPS，空调改造主要是精确送风，充分利用室外新风，对冷凝器使用喷雾降温等。同时，适当提高机房环境温度也可节电。移动基站宜采用恒温箱安放蓄电池，并充分利用室外新风。

[1]上海市建筑科学研究院（集团）有限公司,上海市建筑建材业市场管理总站.公共建筑能源审计标准(DG/TJ08-2114-2012)[S].2012

[2]龙惟定,马素贞.能源审计:公建节能监管的重要环节-解读国家机关办公建筑和大型公共建筑能源审计导则[J].建设科技,2008,(9):16-19

[3]马素贞,龙惟定.解读1995版和2006版ASHRAE Standard100-既有建筑节能标准[J].暖通空调,2008,38(11):69-76

[4]住房和城乡建设部.国家机关办公建筑和大型公共建筑能源审计导则(建科2007-249号)[Z].2007

[5]许剑峰,黄珂.绿色工业?绿色思想?绿色技术——论可持续发展的电信建筑设计[J].工业建筑,2002,32(8):15-17

[6]赵书平,邓琳,陈贵军.能源审计方法研究[J].上海节能,2008,(4):37-39

[7]林伟,胡艳,方黎达,等.IDC机房节能技术在上海地区的应用探讨[J].电信技术,2011,(3):44-47

[8]沈伟杰,王金元.精确送风系统在数据机房的实际应用[A].见:2011通信电源学术研讨会论文集[C].2011:51-55

[9]杨根发.数据中心机房节能分析[J].电信技术,2008,(8):37-39[10]董宏.电信移动基站节能减排思路探讨[A].见:2010通信电源学术研讨会论文集[C].2010:31-36