通信机楼空调节能运行技术研究

王 振，杨 清，韩冠军，员东照，刘海潮，王思远，赵宇衡，陆忠永

（1.中国移动通信集团有限公司，北京 100033；2.中国移动通信集团设计院有限公司，北京 100080；3.中国移动通信集团江苏有限公司，江苏 南京 210000）

0 引 言

通信机楼是中国移动重要的网络业务节点，数量较多。现有通信机楼机房空调系统大多采用传统风冷机房专用空调[1]。相比大型数据中心采用冷冻水型空调系统，传统风冷机房专用空调能效较低，冬季无法利用自然冷源，全年空调运行能耗较高。随着5G建设的加速和边缘业务的发展，大量高功耗设备将部署在通信机楼内，面临空调功耗激增问题，带来巨大的制冷压力。在“碳达峰”和“碳中和”的背景下，节能降耗和绿色低碳运行需求迫切。

通信机楼分期部署不同业务机架，各厂商设备尺寸、布局不一，加上设备安装缺乏合理气流规划、冷热通道未有效隔离以及未根据设备功耗及时优化气流组织，同时可能存在多种出风形式，气流组织较混乱，机房存在局部过热现象。为了满足机房需要的温湿度环境，往往通过降低整体机房环境温度来实现，此时会出现空调供冷量超过机房冷量需求的问题，从而使机房能耗大大增加。目前，大部分通信机楼在空调运维方面仅仅停留在动力环境监控方面，且动环系统不具备统计、分析、存储功能，缺少能耗分析和分项计量，能耗管理系统有待优化完善。研究和构建基于动环系统的智慧运维和能效优化平台，将会成为今后提升运维效率和节能降耗的重要工具。

1 空调智慧运维和自动驾驶平台

开发一个空调智慧运维和自动驾驶平台，主要包括数据采集、仿真系统、诊断系统及智能巡检系统。平台采用大数据采集、大数据分析、大数据诊断以及功能呈现的方式，通过通信机楼动环系统聚合空调设备及IT设备，实现数据采集、监控和分析诊断功能[2]。空调智慧运维和自动驾驶平台总体架构如图1所示。

图1 空调智慧运维和自动驾驶平台总体架构

通过对通信机楼空调运行数据和能耗数据的采集、处理、分析，采用专用节能算法找出空调系统的节能运行空间[3]。此外，采用专用健康诊断算法得出对空调系统及机房系统的评估，有效判断故障告警信息。建立3D模型进行动态数值仿真，将仿真数据与实际运行数据进行孪生映射与交互，解决机房环境局部热点问题[4]。

2 节能实践案例

在中国移动江苏省某通信机楼进行软件部署和功能性测试，验证其节能效果。通过现场查勘，完成图纸标定。采用房间级风冷机房专用空调，地板下送风。封闭冷通道、热通道顶部敞开，地板上高度为4.08 m，地板下高度为0.60 m。。机楼某机房平面部署如图2所示。

图2 机楼某机房平面部署

采用艾默生空调设备，双压缩机工作，额定制冷量为81.4 kW。此外，使用3台风机，尺寸为2 553 mm×874 mm×1 970 mm，风量为 20 160 m3/h。对接动环平台C接口数据，获取当前空调送回风温度设定值、空调配电屏总有功功率、列头柜有功功率以及各支路有功功率等。根据机房情况进行计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics，CFD）仿真参数配置，生成气流组织模拟云图，包括空调负荷情况、机柜负荷情况、机柜底部/中部/顶部温度场以及空调流线场等，为分析各项气流指标及优化配置提供支撑[5]。机房环境CFD仿真如图3所示。

图3 机房环境分析

当监测机房内局部温度异常时，通过加强冷热通道封闭、送回风口位置优化以及安装主动送风元件等措施优化气流分布。在承载部分负荷时，检查空调开启数量是否合适，对系统进行冷量管理，匹配当前机房冷量需求。分析机房空调机柜数量及负荷（包括建筑负荷），根据机房负荷及气流组织寻优结果提高空调回风温度。节能平台空调节能诊断页面如图4所示。

图4 节能平台空调节能诊断页面展示

某机房节能调测结果如表1所示。

表1 节能调测结果

节能调测调优后平台页面如图5所示。

图5 节能调测调优后平台页面

3 结 论

通过在通信机楼部署节能软件，空调节能率在20%以上，节能效果显著。该平台经过长期的调测调优和迭代优化，采用人工智能技术、大数据技术、数字孪生技术以及自控技术，通过IT系统、动环系统、冷源系统协同联动实现机房智能自适应制冷和按需精确供冷，从而达到通信机楼节能减碳的目的。