通信机房的节能技术

陈记鹏

【摘要】    节能降耗，近年来国家非常重视。通过主席令颁布了《中华人民共和国节约能源法》[1]，并几经修订、修正。中国联通作为大型央企，勇于担当。加强管理，多措并举，创建资源节约型企业。而作为联通最基层的电力资源使用、维护、管理者，更是从节约电力资源的一点一滴做起。通过通信机房动力及专用空调等设备日常的维护工作，研究、探索、并积极采取措施，落实节能降耗的一些技术。取得了很大的成效。中国联通西安市分公司东五路核心机房全年用电量从2016年的4170837 kwh，降到2019年的3223725 kwh。降幅达22.7%。其中的一些节能技术和方法，具体、实用，可得到推广应用。

【关键词】    机房    电源    空调    节能    技术

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

中国联合网络通信有限公司西安市分公司东五路核心局机房，属于汇接、关口局，一类机房。从通信功能上汇集了传输的一干、二干、本地网、接入网设备;数据的承载网A网、ATM网、城域网设备;交换网络的信令、骨干、互联互通设备;移网的计费;公安网监以及数字同步网等设备。位于西安城市中心的古跡明城墙里，西安火车站附近。由于古迹文物的保护，市政建设等环境复杂，电力资源非常紧缺，却面对通信技术、业务的不断发展，所以电力的合理应用、节能减排显得更为重要。

我是这个机房电源及空调维护的负责人，和同事们一起，通过日常的维护，始终坚持节能减排工作。从机房照明的用电节约做起[2]，包含直流开关电源、UPS、空调等设备。并和其他专业的建设、维护人员及时沟通、协调，督促他们尽可能也做到节约每一度电。下面就介绍我们节能减排工作采取的一些方法和技术。

一、机房照明节电

这是个简单的、看似根本不值得提及的节电环节。就是一个“关灯”顺手动作。可是，我公布一下我们机房的照明用电功率的测量结果，大家就会看到应该随时注意“关灯”这个再简单不过的动作。

机房在施工、日常维护测试及处理故障，照明基本都打开时，用电功率是9KW，当这些工作结束，除了保障应急、通道照明外，其他的照明灯全部关掉，此时的照明功率是1.5KW。一年365天，日积月累，每天平均按12小时算，一年可节约32850度电。

具体做法是，我们24小时值班制，每天最少巡检机房5次，看到应该关掉的灯及时关掉。

二、直流开关电源的节能技术

我们机房90%以上的通信设备都是直流用电负载。直流负载功率总计212KW。有5台开关电源：1台华为开关电源（含30个100A整流模块，配2组3000AH电池组），1台艾默生开关电源（含30个100A整流模块，配2组3000AH电池组），1台中达开关电源（含30个100A整流模块，配2组3000AH电池组）和2台中兴开关电源（其中1台含26个100A整流模块，配2组3000AH电池组，另一台含20个100A整流模块，配2组2000AH电池组）。

对于开关电源的节能，我们采取了以下几方面技术措施。

2.1多余备份整流模块的关闭

开关电源在安装时，考虑负载发展容量、后备电池充电容量，加上备份冗余容量，一般在实际使用时，都会多余一些模块[3]。

这些多余的模块，平时都加电工作，自身有功耗，有交流、直流转换损失（转换效率）。加上插在设备机框里，和其它模块一起工作产生额外热量，热量叠加，影响需要正常工作模块的散热效果，追加了消除这部分热量的功耗，反过来又增加了整个整流设备的功耗损失。

经过研究、分析和计算，我们采取关闭多余备用整流模块电源的方法。对于关闭的整流模块，为了保证它们的电气性能，我们采用轮换模块加电工作的措施。既每隔半年，开启先前关闭的多余备份模块，等运行正常后，再轮换关闭前期正常工作的适当数目的模块。

为了更充分的节电，在设备可能的条件下，我们针对具体的设备，还采取了

机柜里模块间隔开机工作的做法。比如中达开关电源，一个整流机柜里，让第1、第2个模块开机工作，第3个模块关闭备用，第4、5个模块开机工作……，一次类推。如图1所示。这样可以提高模块的散热效果，降低因散热而产生的电能损失，延长模块使用寿命。

上表是我们通过实际测算、分析，然后关闭多余模块，并且几年来一直坚持这样的做法，节能是确切的。

2.2后备电池组容量参数的设置

开关电源后备电池的维护中，需要对电池的容量、充电限流等参数进行设置[4]。通过日常的维护，我发现开关电源整流器在对电池组进行充电时，电池容量不是很低的情况下，比如全浮充状态下，每隔三个月需要对电池组进行均衡补充充电，这时充电电流下降很快。如果把电池容量参数设置改小，3000AH容量电池参数设置成1000AH，则充电限流0.1C10情况下，原来均充初始电流为每组300A就变成了100A，这样充电功率会降低一些，也免除了突然大电流对电池的冲击。另外，对于我们机房发电机功率不足的实际情况，在市电停电，柴油机启动应急供电时也减轻了一些负荷。

实际的方法是：日常维护中，将每组3000AH或者每组2000AH容量的电池参数都设置成每组1000AH容量。在进行核对性放电和电池容量测试，以及市电停电后，市电来电恢复正常时，将电池容量参数设置改为各自实际容量进行充电。

这样虽然节约电能小一些，但时刻坚守积少成多，是良好的习惯。

三、尽量减少UPS设备的负荷

由UPS的工作原理、构造以及使用特点，我们知道，UPS工作在AC/DC、DC/AC双变换在线状态，每一次变换都会产生能量损失;我们通信运营商为了安全、可靠，UPS的使用都是采取主备用，而且必须有冗余，造成UPS的容量利用率很低[5]，一般规划设计利用率为50%～60%，实际使用中利用率只有20%～30%[6]。

UPS设备的后备电池，大多采用单节12V电池，其使用寿命短，且电池组串联的节数多，并联的组数也多，维护难度大，安全隐患多，维护成本高。

UPS出现故障时，因其结构、操作的复杂、危险性，大多都是由生产厂家有经验的工程师来处理，及时性差，风险比较高，维修成本更高。

厂家生产的通信设备、电子产品，面向社会各个使用领域，也为了适应不同用户方便使用，满足市场供电的需求，采用了220V交流供电。但是，这些设备、产品，使用交流220V电源输入，其内部电路板、芯片的工作电源仍还是低压直流，如±12V，±5等等。而且DC/DC直流变换模块已经规格、系列化，技术非常成熟，安全可靠、寿命长、价格低。而对于我们通信运营商，有专用的机房、供电设备，所以这些设备、产品在进入我们机房时，要和相关专业人员沟通、协商，尽量将交流供电改成直流供电模式。

总之，在我们通信机房尽量减少使用交流供电的设备。经常和建设部门、其它专业维护人员及相关人员做好沟通、协商，尽量减少UPS设备的负荷。这样更有利于我们节能减排。

四、机房空调的节能技术

通信设备对环境的要求比较高，尤其是温湿度。因此机房专用空调对通信设备起著重要的作用，是保证其它通信设备正常工作的基本条件。

在我们机房，空调的用电量约占整个机房总用电量的40%[7]。是最大的一类用电设备。所以机房专用空调的节能也是节能减排非常重要的部分。同样是本文节能技术的关键和重点。分以下三部分详细介绍空调系统的节能技术、措施。

4.1引入新风系统进行节能

西安地处西北，一年四季温度变化比较大，特别是秋冬季室外环境温度比较低。一般从10月份到第二年的三月份室外环境温度都会明显低于机房要求温度25℃。由于机房是密闭的，常规下，我们机房专用空调是一年四季都开机制冷的。如果引入室外冷新风与室内热空气进行交换，达到机房制冷效果[8]，可大大节约电能。

而且引入新风系统进行机房温度控制也是可行的。我们曾于2007年在西安东开火炬路核心局机房进行了新风节能降耗试点，采用中达电通EMC智能新风节能系统。经过实际安装、测试、评估，全年节能效率可达到30%-40%。但是由于当时采用两级新风过滤装置，滤网材料、工艺不是很好，加上当年空气中粉尘污染严重，导致机房后期灰尘过大，洁净度达不到要求。采取更换滤网材料、型号，加强更换空气滤网次数。最终因维护工作量太大、维护成本高等原因而被遗憾放弃。

随着近几年我国科学技术的快速发展，新技术、新材料等方面成就斐然。再次对北方的通信机房引入新风系统进行空气调节，节能效果将非常可观。我们期盼通过我们自己和相关部门及各级领导的共同努力，新风节能系统及新技术很快进入我们通信机房[9]。

4.2使用电能优化器节能

美国Dr.Michael Kwon及团队发明了电能优化器，与用电设备并接。电能优化器采用美国专利-红外线平衡波技术[10]，该设备通过其内置的陶瓷衍射装置产生具有特定波长的光能量波-红外线平衡波，通过改变导体内自由电子运动轨迹和波长，减少电子碰撞概率，降低导体电阻率，有效抑制谐波，提升功率因数，达到节能的目的。因此该设备可有效提高机房空调的工作效率，减小空调压缩机无功发热，延长空调使用寿命，降低机房能耗和维护费用。

我们前期通过对新技术的学习、了解、调研，结合我们自己的实际情况，和上级部门及主管的沟通、研究。2019年由引进美国电能优化器的北京千禧维讯科技有限公司与我们合作，经过双方的勘查、分析，决定在我们机房二楼对三台机房专用空调（一台佳力图空调、两台艾默生空调）进行实际的安装实验测试。经过半年多的实际运用测试、评估，节电率为10.25%，而且改善了功率因数，提高了电网的供电质量。安装示意图和测试结果分别如图2、图3所示。

电能优化器在我们机房的测试结果显示节能是明显的，目前已进入商业谈判，希望很快能实施应用，为节能减排做出贡献。

4.3机房专用空调日常运行节能措施

西安一年四季天气温度的变化比较大。机房空调制冷量的需求也随周围环境温度的变化而变化。另外，随公司业务的发展变化，设备的增减及更新换代，也影响机房的局部及整体温度。因此根据机房实际温度变化对空调制冷量、运行状况、空调冷风气流组织及时做好调整[11]，做到精细化管理，对节能减排非常重要。

夏天温度高峰时，所有的空调全部投入运行，为保证某些局部热量聚集地方设备正常工作，针对每台空调都采取个性化设置，正对热量聚集处空调温度设置低一些，大风量正对吹;旁边空调根据气流情况决定温度、风量及风速设置，甚至在某些局部区域采用电风扇或导风装置送风[12]。整个机房的温度会出现高低不均，在保证通信设备正常工作情况下，尽量节能。此外，高温时段，加大空调的维护工作，勤冲洗清洁冷凝器翅片，保持良好的散热，也是节能的重要方面[13]。

夏季温度高峰过后，随温度变低，依据机房各处温度实际情况，及时改变各个空调的设置（依然采取个性化）。随温度逐步降低，开始将空调设置温度调高，然后适当时关闭个别压缩机，最后根据需要可能将整台空调关闭，以利于更好节能。

比如：我们针对一楼机房，进入秋冬季节，制冷量慢慢出现富余，考虑实际情况，将制冷效率比较低的4号施耐德空调开始时关闭一台压缩机，让室内风机正常送风，慢慢逐步关闭全部压缩机，最后甚至连内风机都关闭，整台空调退出服务。同时让效率比较高的周围3号、5号空调提高制冷效率，调节温度设置、改变送风角度，满足机房设备对温度的需求。经保守测算，可节4KW电能，每年按三个月时间算，可节约9600度电。

我们机房有上下两层，其中一层面积1100平方米，有5台机房专用空调，二层600平方米，有3台机房专用空调。

一层是老机房，始建于2002年，初期以数字交换机为主，另外有DDF、ODF、传输、数据等设备。数字交换机设备安装在机房东边，占了大部分面积，发热量集中且比较大，就集中了3台机房空调在这里制冷。机房接着往西是DDF、ODF机架几乎是不发热的设备，就没有空调针对，再向西边是传输、和数据，发热也集中，安排两台空调制冷。随发展變化，数字交换机设备渐渐退出，传输、数据宽带、移网等业务的设备增加，东边5排设备停机。发热负荷布局发生变化，靠东边6、7排设备发热聚集，西边最后4排热量急剧增加，我们就及时应对，制冷重点调整，利用移机、更换空调等措施，优化整个机房空调制冷方案[14]，使用少的代价、付出更小的电功率满足机房变化后的制冷需求。

二层是业务发展后于2012年改扩建的机房，基本都是新设备。但是新设备跟随新技术的发展，集成度高，发热也更集中。两、三台新设备的发热量和原来一排好多设备的发热量相当。我们就和相关设备专业人员沟通协调，做好机房布局设计，要使设备散热效果好，还要便于提高空调制冷效率。具体办法就是机房增加设备，甚至增加板件都需要和我们电源维护人员沟通，做好热量分散，既提高设备安全性，又节约电能，大大降低维护成本。

五、退网设备的及时下电拆除

社会发展、技术更新，设备更替是必然的。对于节能，退网设备及时下电拆除并优化用电是绝对的[15]。我们运维领导及上级主管领导都非常重视，作为用电管理者、维护者，我们积极、主动配合并监督机房的用电户，对各种用电负荷登记造册，掌握用电详细数据。发现退网设备立即实施下电、拆除。2016年下电退网负荷25KW，2017年下电退网负荷28KW，2019年下电退网负荷8KW，2020年前9月下电退网负荷11KW。这些年合计下电退网负荷72KW，既节约了电，缓解用电紧张，又为新业务发展提供电资源。

六、结论

俭，德之共也;侈，恶之大也。勤俭兴业，是中华民族的传统美德。作为对供电有着比较高要求的通信机房，节能降耗是我们义不容辞的责任。通过机房电源、空调的维护，对设备用电的管理，我们认真分析用电情况，针对具体环节，提出切实可行的节能方案，并一步一步落实到位。对于好的、先进的节能方法、技术及新的理念，积极学习、推动实施。本文是我在实际工作中对节电的一些具体做法和想法思路。节电的效果也是实实在在的、明显的，测得的实际数据说明了一切。节电是一个长期的工作，我感觉还有很多可以做的事情，需要和同事们继续坚持，从一点一滴做起，积少成多，为公司为社会做出贡献。本人水平有限，还有许多地方需要学习、提高，本文中若有不当、错误之处，恳请批评指正，在此表示衷心感谢。

参  考  文  献

[1]《中华人民共和国节约能源法》（1997年11月1日第八届全国人民代表大会常务委员会第二十八次会议通过 2007年10月28日第十届全国人民代表大会常务委员会第三十次会议修订 根据2016年7月2日第十二届全国人民代表大会常务委员会第二十一次会议《关于修改〈中华人民共和国节约能源法〉等六部法律的决定》第一次修正 根据2018年10月26日第十三届全国人民代表大会常务委员会第六次会议《关于修改<中华人民共和国野生动物保护法>等15部法律的决定》第二次修正）.

[2]樊容.关于通信机房节能的探讨[J].电子世界，2014（08）：42-43.

[3]张健，龚昕 ，李继元.铁路通信电源系统运用优化和管理探索[J/OL].通信电源技术，2019，36（s1）：68[2020-11-10].

[4]潘军. 蓄电池充电系统的研究与设计[D].南京航空航天大学，2009：26-28.

[5]黄俊.高校数据中心机房安全建设研究[J].网络空间安全，2020，11（10）：53-55+61.

[6]张志钢，王泽生.高校数据中心的绿色节能研究[J].天津城市建，2010，16（02）：136-140.

[7]卞礼军. 物联网技术在机房绿色运维中的应用探索[C]. 中国通信学会.2019中国信息通信大会论文集（CICC 2019）.中国通信学会：人民邮电出版社电信科学编辑部，2019：131-136.

[8]邓军.智能新风节能系统在通信机房中的应用[J].中国新通信，2019，21（01）：18.

[9]高东媛. 新风直接引入式数据中心空调辅助系统研究[D].河北工程大学，2013：29-70.

[10]Young-Dae Kow. Electric power saving apparatus comprising semi-conductor device to pass energy of infrared ray synthetic wavelength into electric cable using output pulse signal， electric circuit board structure for implementing the apparatus， and electric power saving method： US7373535B2[P/OL].2008-03-13[2020-11-10].

[11]國杨，朱洪娟，许茂圣.通信机房精确送风技术分析与研究[J].设备管理与维修，2020（07）：78-79.

[12]严瀚. 气流组织对数据中心空调系统能耗影响的研究[D].上海交通大学，2015：15-90.

[13]党明鹏，蔡沛霖.夏季空调节电妙招[J].网络财富，2010（19）：41.

[14]王伟.通信机房空调系统节能技术分析[J].中国新通信，2020，22（08）：26.

[15] 杨胜艳.通信网络系统节能优化分析[J].中国新通信，2016，18（14）：24.