通信机房节能中的技术应用探讨

　　摘要：本文阐述了通信机房空调系统特点，分析了一些机房空调常用节能技术，对比节能技术的优缺点，并对各节能技术的选择标准和适用场合等进行了分析.
　　关键词：通信机房；特点；节能
　　1通信机房空调系统特点
　　通信机房空调系统的服务对象是通信设备，设备单机发热量大，温湿度要求也较高，空调系统具有如下特点：
　　1)冷负荷大，湿负荷小，去除室内余热的同时，需要对室内空气进行加湿处理．
　　2)全天候运行．通讯设备24小时不问断运行，向机房内散发热量，即使在冬季，由于机房向室外散热量小于通讯设备发热量，仍需要供冷，因此空调系统要求全天候不间断运行．
　　3)冷负荷变化范围大．通讯设备的发热量常年基本稳定．南方地区冬季较暖，一般需要全年供冷，
　　随室外气温变化供冷范围可在10％～100％之问变化；在北方地区，当室外气温降低到一定值时，通讯设备散热量等于围护结构向外散热量，无须供冷．
　　4)机房设备对空气洁净度要求严格，对新风和送风要进行空气净化处理．
　　2通信机房节能常用技术
　　2.1室外大气冷源的利用
　　在冬季及室外焓值低于室内焓值的过渡季节，引入室外新风作为冷源对机房环境温度进行降温处理，是降低机房空调设备运行能耗的一种有效措施．FCX和FCR系列节能空调直接利用室外丰富的自然冷源对机房环境降温，节约大量的电能[1]，李长云[2]就利用自然冷源进行隔绝换热提出了3种节能方案，王景刚、康利改、刘杰[3]在对廊坊的IDC机房空调进行节能改造时，通过技术经济分析得知了室外冷源可有效地降低机房空调运行能耗，节电30％以上．尹贞勤、钱康、OmarM.A1-Rabghi、ShengweiWang等[4-7]都提出合理充分的利用室外新风作为冷源可以提高空调系统的能效，达到节能的目的．陈育伟[8]专门就寒冷地区的程控机房利用自然冷源进行空调节能的措施进行了探讨．董峰[9]对冬、夏季利用新风以达到节能降耗的送风温度作了分析，原则是保证新风一直保持在接近“露点”温度．
　　2.1.1自然通风新风系统
　　当室外空气温度较低时，直接将低温空气引入室内，与室内空气混合，降低室内环境温度；当室外空气温度较高时，则开启空调系统．FCX系列节能空调采用的就是自然通风新风系统，直接将室外新风引入，该机组没有传热损失，运行效率高．
　　2.1.2热交换新风系统
　　热交换新风系统采用隔绝换热的方式，室内外空气并不接触，室外空气只作为冷源将室内热量带走，室内空气换热冷却后重新回到室内，不改变机房内部湿度，洁净度也能得到更好的保证．FCR系列机房节能空调采用的就是热交换新风系统，核心部件是板式显热换热器，室内外空气在换热芯体内进行能量交换.
　　自然通风新风系统热交换效率高，节能效果显著．但室内外空气直接混合会引起机房内空气洁净度下降，设备可能会因灰尘、静电等故障增多．热交换新风系统室内外空气不接触，能较好地保证室内空气的洁净度，但热交换器的换热效率较低．
　　2.2空调冷凝器加水冷系统
　　空调冷凝器在工作过程中翅片结垢，导致散热不畅，冷凝器效率不高，加大了耗电量．空调冷凝器加水冷系统通过使用雾化的水达到冷凝器的清洗、散热、降温和节电的目的．2005年南京移动开始对综合楼内空调冷凝器安置环境恶劣的机组进行改造，用创新的方法——“温压双控雾化喷淋系统”对冷凝器进行降温。运行结果表明，在关闭该系统时，平均能耗为25.044kW；开启该系统时，平均能耗为22.475kW，节能10.25％[10].顾觉惠[13]通过应用雾化预冷技术，实现了机房精密空调的增效节能，机房空调系统运行结果表明在高温季节的制冷能力较以前提高了近l7％．
　　2.3变频技术
　　机房空调具有冷负荷变化范围大的特点，南方地区供冷范围可在10％～100％之间变化．因此，采用变频技术根据室外温度的变化来调整空调机组的运行参数，可以达到节能的目的．
　　2.3.1中央空调水系统变频节能
　　空调水泵占中央空调系统耗电量的l5％一30％，因此水泵的节能很重要，且潜力也较大．采用交流变频技术控制水泵的运行是目前中央空调系统节能改造的有效途径之一．
　　2.3.2机房空调压缩机变频节能
　　中央空调耗电量大，设计富裕度也大，很有节能潜力．传统的机房空调主要是通过压缩机的“开、停”来调整机房室内温度，耗电量大．使用压缩机变频技术改变压缩机的供电频率，调节压缩机的转速，达到控制室温的目的．避免了压缩机频繁开停对设备造成的损伤，减少了对电网的冲击，耗电量大大下降，从而实现了高效节能[11].
　　然而由于变频的高频脉宽调制技术会产生谐波，干扰通信设备，影响其正常工作．因此，要解决好谐波对通信设备的干扰问题．目前谐波的治理可采用以下方法[12]：
　　1)变频器的隔离、屏蔽、接地；2)加装无源滤波器；3)加装有源滤波器；4)加装无功功率静止型无功补偿装置；5)线路分开；6)电路的多重化、多元化；7)变频器控制方式的完善；8)使用理想化的无谐波污染的绿色变频器．
　　2．4空调节能添加剂
　　机房空调长时间全天候24小时运行，会产生以下问题[13]：
　　1)油泡．油泡不载冷，降低了系统的传热效率．2)油膜．油膜的热导系数是铜的1％，大大降低系统的热导率．3)腐蚀．冷冻系统长时问使用导致冷冻油发生氧化变质，增加系统衰耗．
　　以上问题会使得空调系统的传热效率降低，能耗增加，空调能效下降．
　　空调节能添加剂主要含表层活化剂、抗磨剂、调节剂、防腐剂、氧化抑制剂等，可以较好地防止上述3个问题，提高系统的能效，节约电能．冯元明、裴超[17]在同一机房、同一品牌空调、相同室内环境下测试了添加节能剂前后空调的用电量，结果表明添加后与添加前相比节电率达到18.62％，且出口温度降低了1℃．
　　2.5机房空调机组自适应控制技术
　　自适应控制是指[14]：
　　1)空调运行参数的设定从手动设定改为由计算机监控系统自动设定，系统自动跟踪昼夜、季节、地区的温湿度的变化而自动控制空调合理的工作状态，使空调做到按需工作；
　　2)原来每台空调只有一个回风口温湿度监测点，现在改为整个机房平面多个测点实时监测，提高温湿度动态数据监测精度；
　　3)机房空调组群协作工作，改变原来的单台空调单独工作的形式，提高机族群的工作效率，实现优化组合、精确管理、节约能源．
　　2.6机房空调气流组织科学化
　　2.6.1机房送风方式
　　目前大多数机房采用上送风方式，而机房专用空调常使用的风帽直接吹送和风管送风方式使机房内空调送风断面过大，系统的调节性能差．对于发热量大，热负荷不均匀的机房，易造成局部发热源集中区域的局部送风量不足而导致的局部过热现象，且由于室内冷热气流混合交叉严重，制冷效率偏低．
　　下送风对发热量大的机房冷却效率高，因为它是先冷却设备再冷环境，将低温空气直接从底部送到通信设备，吸收热量后从机房顶部回到空调机组顶部，气流流动方向与空气特性相一致，容易得到好的空调效果．下送风地板下的空间比风管断面积大很多，形成静压箱，送风均匀，整个机房区域的温差小．且当下送风距离与上送风在同等条件下时，下送风的送风风压低，空调设备和送风的噪音相对要低一些．下送风方式较上送风方式对机房环境的冷却效果好，机组效率高，所以机房送风方式应优先考虑下送风．但下送风方式也存在一些不可忽视的问题[19]：
　　1)送风断面堵塞．主要是由于一般活动地板下高度仅320～500mm，机房后期的通讯扩容工程的进行若不注意线缆排列及走向，就会堵塞架空地板下的送风有效面积．
　　2)结露问题．送风温度过低或相对湿度过高时，交换设备机框会结露，架空地板下的机线和建筑楼板也会结露．
　　3)积尘问题．活动地板下易藏污纳垢，且清理很难，管理不善造成一些部位有灰尘积聚，下送风使灰尘进入通信设备，增加设备故障．
　　相应的解决措施：
　　1)对于断面堵塞．首先，地板下空间净高尺寸一般为350～500mm；其次，合理布置线路的排列及走向，防止局部送风断面堵塞．
　　2)对于机柜和楼板结露问题．在保证机房适宜的温湿度前提下，送风温度不宜太低．
　　3)对于架空地板下积尘问题．首先要做好机房门、窗的密封问题；其次，空调系统要采用粗、中效两级以上过滤器．
　　2.6.2机柜内气流组织合理化
　　机房设备产生的热量要及时散发到环境中去，一方面要求机房环境有良好的气流组织方式和适宜的温湿度，另一方面要求设备机柜内有良好的气流组织．目前机柜结构存在的主要问题有：
　　1)后柜门开孔率不足，前柜门设置防尘网，冷空气进入阻力过大；2)设备过于密集，气流流道过于狭窄，内部气流循环不通畅；3)柜内气流组织不合理；4)散热量大的设备机柜缺少风扇强制排风．可以采取的措施主要有：增加通信机柜的柜门开孔率，内部结构形式寻求更合理的流道设计，散热量大的机柜应考虑强制排风，进风量应可以根据柜内设备安装情况进行调节．
　　2.7节能系统与平台
　　张晶明、张天开[25]设计了一套机房环境节能控制系统，该系统经使用证明在无人值守的情况下，可有效保证机房环境的温、湿度指标，同时可最大限度利用自然环境的条件，达到节能的目的．
　　胡伟、何杞鑫、俞震[16]设计了一种由新风子系统和空调节能子系统组成的通信机房节能平台．
　　2006年9月在浙江金华电信分公司城西分局程控机房测试了新风子系统，结果表明平均日节电率为74％；2007年5月在浙江金华电信公司江南支局程控机房测试了空调节能子系统，结果表明压缩机工作时间节省l7％，除湿机工作时间节省100％．
　　表1列出了几种节能方法的对比．由表3可以看出，各种节能措施各有利弊，适用于不同的场合．实际应用时应根据现场条件，选择几种适合机房特点的节能方法，并将这几种方法有机地结合在一起[17].
　　表1几种节能方法对照
　　节能方案优点缺点建议使用场合
　　新风节能系统直接利用自然风，热交换效率高，节能效果显著引起机房空气洁净度下降，设备因灰尘、静电等故障增多年室外气温低于15℃的小时数3000h以上的地区，仅使用在对洁净度要求不高的接人层机房
　　热交换节能系统室内外空气不接触，仅热交换，保持洁净不下降热交换器换热效率较低年室外气温低于15℃在3000h以上的地区，可使用在通信枢纽楼、大型交换局等适用于各类空调
　　变频改造节能效果显著，尤其适合通信机房内成期连续运行的空调系统变频改造所需投较大，需考虑投资效益适用于各类空调
　　空调自适应控制改造系统自动设定更合理的运行参数，群组话工作投资规模较大工程较复杂适用于通信枢纽楼、大型交换局等机房安装多台机组场合，不适用于小型机房
　　空调节能添加剂使用方便，快速有效适用于3-5的空调系统
　　
　　3小结
　　空调系统能耗在通信机房能耗中占有很大的比例，因此通过对机房空调系统进行节能改造是降低通信机房能耗的关键．机房节能还有一些其他的方法，如设备合理布局[18]、改变空调的安装位置[19]、通风风道改造[20]、空调改造(主要是冷凝器)[21]等，本文只是介绍分析了几种较常用的节能措施，得出以下结论：
　　1)新风节能系统和热交换节能系统利用的是室外大气冷源，冷量来源廉价易得，且取之不尽，用之不竭．但节能效果受室外条件的影响，在北方和南方温度较低的地区节能效果更显著．
　　2)变频改造必须治理好谐波效应，避免其干扰机房设备的正常工作，且由于其投资较大，因此在实际节能改造中需慎重考虑．
　　3)空调自适应控制系统要满足响应时间短、控制速度快、控制精度高等特点，因此只有高质量的控制系统才能利于空调系统的自动、安全、节能运行．
　　4)改变机房空调送风方式(上送风改为下送风)因其冷却效率高而被较为普遍地应用，且发展前景可观．但下送风引起的一些问题在节能改造期间也应妥善处理．
　　
　　参考文献：
　　（1）韩有文，彭涛，陈创新．机房空调利用风道实现节能降耗[J].电信技术，2007(2)：79.80.
　　（2）张捷.程控用户交换机的机房环境要求[J].现代通信，1998(9)：32—33．