通信机房综合节能保障方案初探
桑永礼阜阳分公司网络部
内容提要：
针对当前通信机房网络设备环境能耗居高不下问题，探索改变通信机房空调存在的“保障区域孤立，送冷距离不足，冷量传输损耗过大，设备列架散热空间不足，制冷循环不畅，外引冷源不足”的问题，推导提出解决的总体技术方案是“专用空调、最佳运行、智能群控、隔热送冷、按需配冷、外循环引冷”。
“专用空调、最佳运行、智能群控、隔热送冷、按需配冷、外循环引冷”可以在根本消除通信机房“热岛”，确保通信网络设备良好工作温度同时，使通信机房空调制冷量最大限度用于通信网络设备功耗散热交换，从而实现最大限度的通信机房节能。
关键词：
节能保障
一、通信机房能耗分析
（一）降低通信机房的意义
随着现代社会进入电子信息化、网络化，从短信、纯文本、简单多媒体网页浏览、电子商务、视频、高清视频，用户综合网络信息应用需求呈现“井喷”发展趋势，通信运行企业向单用户提供服务带宽从十几年前的K级,到几十K级，到百K级，到目前的M级、百M级，相应的，传输、交换、数据、无线等通信网络系统设备的单架功耗也从十几年前几十瓦，到目前的几千瓦，十几千瓦。与此同时，通信运营企业的能耗支出占通信运营成本比例也相应成递增趋势，根据相关统计，现已达到35%上；更有相关统计，IDC后期运维成本中能耗支出占通信运营成本占比高达到70%。
图1通信企业营运成本支出构成
通信运营企业的能耗支出的增加，带来了很多显而易见的严重后果。
首先，增加了通信运营企业总的成本支出，降低了通信运营企业的利润率，直接影响到中央对通信央业关键经营考核指标的达成，这个影响不用说，应该很严重，直接关系到通信运营企业领导团队的收入及晋升。
其次，通信运营企业的能耗支出是一个刚性支出，为了确保企业利润率不至于出现大的“滑坡”，不对通信运营企业关键经营考核指标考核形成较大的负面影响，被迫消减人工成本、营销成本支出及其他成本，这就对通信运营企业企业的运行效率、市场拓展等综合提升产生很多负面影响，企业的可持续健康发展也相应变得渺茫起来。
其三，通信运营企业的能耗的持续增长，直接影响到国家可能节能减排目标的实现，国家可能会出台相应限制政策，根本影响通信行业的后续发展。
综上所述，通信运营企业的能耗支出，已成为影响通信运营企业根本利益与可持续发展的关键因素之一；根本降低通信运营企业的能耗支出，已成为通信运营企业必然抉择。
（二）通信企业能耗现状
通信运行企业的耗电，主要包括网络设备耗电、经营办公耗电两大部分。根据近几年统计，典型通信企业的能耗中，网络设备耗电，主要是通信核心机楼、数据中心、汇聚点基站等通信机房能耗构成，这一部分站到总用电的97%以上；经营办公用电，主要有中心营业厅、办公楼，这一块占比较少两者加一块也就2%多一点。
从我们动环维护掌控角度及耗能占比来说，降低网络耗能使我们关注的关键。典型网络能耗的构成如下图:
图2通信机房能耗构成示意图
我们对网络能耗进一步分析，供配电设备能耗，一般占比为15%左右，通信网络设备能耗，有45%左右的占比；通信机房空调能耗占比，则超过40%以上。节能，必须建立在确保通信网络正常、安全运行的基础上，通信网络设备能耗，是保障通信网络正常运行的关键，是我们动环专业确保的重点，在通信网络系统设备上搞节能，事故风险与技术协调难度都相当大；再者，在现在集采制度约束下，我们要在网络设备节能上动脑子，恐怕很难有所收获。
而在供配电设备上节能降耗，难度也不是一般的大。供配电设备，一般都是早期通信机房配套一次性投入，现在想节能降耗，需要大量替换、新上供配电系统设备，有的甚至是推到重建；原有动力机房也要相应满足新建电源系统的需要，加以改建、扩建。最直接的问题，是牵涉到大规模投资，需要复杂而艰巨的报备审批，而投资产生的收益很难精确量化，即使有一些，也很难保证，投资效益很难体现，实施难度可谓“亚历山大”；还有，供配电设备系统以安全保障为主要目标，在供配电设备系统上大动干戈，技术保障风险这一条，就足以让企业决策层们顾虑重重、如临大敌了。
因此，从安全保障、风险分析、投资效益等诸多方面考虑，通信系统设备、通信供配电系统设备节能降耗，都不可能我们的选择的重点；通信机房空调节能降耗，将是通信机房节能比较可行的关键首选。
（三）通信机房空调能耗存在的问题
通信机房空调，首先存在问题是通信机房空调老化问题。现有通信机房，一般都是在十几年前，或者将近10年前通信大爆发时代建设投产的，通信机房空调，有相当一部分，基本都超过维护规范的报废更新周期。但由于近年来，3G、4G网络大规模投资建设，加上通信行业整体上效益下滑，通信运营企业普遍面临着配套基础建设投资受限、甚至缩减的困境，配套基础建设一压再压、一拖再拖，出现“无米下锅，等米下锅”的尴尬局面，出现通信机房基础配套建设严重滞后现象。
在这方面，通信机房空调的问题，尤为突出，其体现就是，一，在超期服役的通信机房基础配套中，通信机房空调占比是最高的。老旧通信机房空调，在设计出厂的时候，能效比就不高，也就是2.0到2.3那个样子，再加上多年运行冷凝器、蒸发器热交换翅片明显氧化增厚、堵塞，热交换效率很低，实际测下来，整机能效比恐怕勉强达到1.7、1.8,也就很不可思议了，根子上就是一些制冷能耗的无底洞。二、高功耗，高散热通信网络设备大量集中出现，而我们通信机房设备布局与环境保障建设，并没有很好的适应这种新的发展趋势，传输、数据机房有很多还在使用“老掉牙”的普通舒适型家用、商用空调。而这些“老掉牙”的普通舒适型家用、商用空调，整机制冷能效比低就不需要说了，关键是送冷距离严重不足，大家稍微想想啊，家庭房间、办公司才有多大空间，多长跨度，5米也就顶了天了，现在通信机房，跨度至少有十几米吧，二十米以上也不少见，也就靠近空调几米远的地方能直接受冷，远一点地方的通信设备也就只有靠多次交换传过来的环境冷量苟延馋喘了，不出毛病才出鬼了。机房高温告警、设备板件高温告警频出不穷，还有时闹点“小罢工”，天天回不完的故障告警工单不说，相关专业的同事开始向领导告状了，领导开始找动环专业的人员开批斗会了，再不解决，这个月的绩效还想不想要了！为了让，远一点地方的通信设备少出点故障，我们怎么办呢，绞尽脑汁想办法了，把机房空调温度设低吧，也就只有这一招了，机房整体温度要求26oC,我们把机房空调温度降低到23oC，行吗，还不行，那就22oC…21oC…20oC…19oC,机房整体温度要求的26oC差不多了,不高温告警了吧,通信设备板件也不再天天出故障了吧.我们是安心了,可月底电费缴费结算单拿过来一看,傻眼了吧,通信生产楼电费一下子涨了将近一半,不说了,领导让写电费异常增长说明呢,编吧…….幸亏年初绩效制定，电费还没纳入KPI考核，还没有到扣奖金的程度，呵呵。
其次，单纯追求网络规模扩张，忽视通信机房基础配套建设,由于传输、数据、交换、无线等专业的通信工程，都是采用分专业进行的，都是传输、数据、交换、无线专业工程设计人员独立完成的，由于传输、数据、交换、无线专业工程设计人员环境保障观念严重滞后，有的专业工程设计人员根本不理解机房环境保障对通信网络设备正常运行的重要性，或者说根本没有经过这方面知识的培训与学习，只要设备能装进去，能加上电，通信设备能运行起来就万事大吉了，过去十几年这样设计没有出现严重问题，现在也不会有什么问题吧，机房环境温度高不高，是动环专业的事情，跟他们半毛钱的关系都没有；还有规划审核部门，对高温影响没有直接的认识，只想提高通信机房的空间利用率，通信设备故障，通信事故，能考核到他们规划部门吗，你敢说设备故障、电费支出上升是规划部门造成的吗?谁敢啊，除非你以后不想顺顺利利过日子了，他们能坑你的方法很多很多．．．．．．
图3通信机房“热岛”形成机制示意图
以上种种原因，就形成“通信机房空调保障区域孤立，送冷距离不足，冷量传输损耗过大，设备列架散热空间不足，制冷循环不畅”等一系列通信机房环境保障“顽症”，通信机房环境“热岛”层出不穷，在时刻威胁通信网络运行安全的同时，也造成通信机房空调能耗居高不下的现状。
二、通信机房节能降耗
（一）通信机房节能降耗的关键思路
通信网络设备系统的功耗散热,是摆在那儿的,是抹不掉的,想降低的话,牵涉到通信网络设备系统制造研发，牵涉到整体网络规划，牵涉到集团采购，牵涉到网络安全、牵涉到网络KPI考核指标，等等等等方面的利益纠葛，难度不是一般的高，风险不是一般的大。我们动环专业存在的意义，就是为网络安全、网络指标保驾护航，在主设备上动脑子，就要冒承受风险的心理准备，最大的可能就是节能降耗还没有影子，网络KPI指标劣化、网络安全、制度、规定、流程等就纷纷向你的软肋“捅刀子”了，“出师未捷身先死”这个“火坑”等着你傻乎乎朝里面跳呢。
既要让通信网络设备系统安全运行得到提升，又要节能降耗，我们只有在机房环境保障能耗这一块动动脑子了；再说，机房环境保障能耗，占了通信机房能耗的将近一半，是一块“大肥肉”了，哪怕只能降低个10%，就足以让你赚个“盆满钵满”的了；还有一个好处是，通信机房环境保障，使我们动环专业的“一亩三分地”，打交道多少年了，熟啊，怎么折腾都不至于出大问题吧。
我们再来看看，通信机房环境保障能耗，要想降低通信机房环境保障的能耗，主要方向主要有两个，一是“能尽其效”，也就是让通信机房环境保障的能耗发挥最大效益，让通信机房空调产生的冷量，全部，或者是最大限度用于交换抵消通信网络系统设备的功耗散热，保持通信网络系统设备元件的工作温度，从而避免无谓的能耗浪费；二是，最大限度的引入“外援”，将通信机房外界环境冷源引入通信机房，降低通信机房网络设备系统功耗散热负荷，降低通信机房空调环境保障制冷负荷，缩短通信机房空调制冷运行时长，从根本上降低通信机房制冷能耗。
我们先谈谈“能尽其效”，“能尽其效”首先要淘汰、剔除老旧、普通舒适性空调，采用高能效比的机房专用空调。我们简单算一下，现在的机房专用空调，能效比一般能达到3.0以上，相对于老旧空调、老旧普通舒适性空调不到2.0的能效比，同样的通信机房网络设备功耗散热总量，怎么说，都至少也能节省下来30%以上的制冷能耗，就算打个九折，也能节约四分之一的制冷能耗，这已经非常可观了。全国通信运行商，一年机房空调能耗一年近两百个亿，一年节省四分之一，那就有50亿左右了，可谓效果惊天了。其二，加强通信机房设备维护、维修，这一条就不多说了，再好的通信机房空调，也要有一定的条件，那就是通信机房空调系统本身要出于不说最佳，最起码是良好的状态，才能保持设计的能效比吧；通信机房空调“带病”运行，室内外冷凝器脏堵、结垢，冷量管路“跑冒滴漏”，就是外星人制造的，也会变成一个吃电的大老虎了。其三，现在机房空调，为了保证通信机房环境保障，都是针对通信机房热负荷峰值，再加上“N+1”冗余设计配置，平时根本用不到这么多空调一起开启；这么多空调一起运转，即使压缩机不是全功率运行，那风机总是要24小时全年运行的吧，一年要多耗多少电费，所以，将多个空调冷量集中起来，并用智能群控的方法，在满足机房环境保障冷量供应的前提下，循环关闭多余空调，不仅能节省下来机房风机能耗的浪费，还能缩短通信机房空调运行时间，延长通信机房空调在网寿命，延长通信机房报废更新周期，又节省下来一笔运营成本支出，这可以说是一举两得了吧。其四要采取措施，确保通信机房空调产生的冷量最大限度输送到通信机房网络通信设备，建立元器件功耗散热交换的微环境，形成单纯的通信机房空调到通信网络设备的热量交换循环，而不是先冷却通信机房内的大环境。要知道，通信机房内的大环境，通过通信机房围体结构，基本上是一个滞后性开放环境，在外界环境超过30oC时，通过机房围体结构进入通信机房的热量就要大于通信机房网络设备能耗散热，对通信机房空调来说几乎增加了一倍以上的制冷负荷，也就是多了一倍以上的制冷能耗；再者说，夏季外界环境超过30oC，这个情况很常见，时段累加应该将近夏季的一半还要更多，更不要说极端天气下的超过40oC的了。最后，还要想办法，实现对通信网络设备机架，实现按需供冷，避免有的吃的多，没必要，无谓浪费；有的没吃饱，该高温告警的还是有高温告警，该故障退服的还是故障退服。
我们再来说说，通信机房空调节能的另一方面，也就是引入“外援”问题。其实，机房外环境中的冷源，只要你动脑筋，不说到处都有，什么时候都有，也相差不是太多。我们通信机房环境保障要求是25oC,只要低于20oC的东西，对于我们通信机房来说，就可以算得上冷源了。从全国范围来说，全年平均温度低于20oC以下的地区，占全国面积的90%以上，也就是说，全国面积80%以上的区域，全年都有至少一半时间，外界环境温度是低于20oC的，都是可利用冷源；再者说，还有地下水，遮阳湖波水等等的温度，环境也都要比20oC低的多；北方冬季寒冷地区的湖泊，有的整体结冰，如果能做一个隔热储冰箱，冬季利用环境冻结成冰，天气温度高的时候溶解供冷，少说也能对付个一月两月的，这个技术难度、投资也不是很大吧。
图4中国年平均气温分布图
（二）通信机房节能降耗方案设计
上面说这么多，说的这么明白，大家应该得出怎么实现通信机房节能了吧，不错，就是一下几个字“专用空调、最佳运行、智能群控、隔热送冷、按需配冷、外循环引冷”。下面我们推荐一种通信机房环境保障综合节能方案：
图5通信机房综合节能保障方案示意图
一是采用机房专用空调，确保通信机房空调高冷效比，尽量减少同样的通信机房网络设备功耗散热总量条件下的制冷能耗；
二是将多个空调冷量集中起来，形成汇冷箱并采用列架出风温度传感采集，并结合通信机房空调智能群控技术，并用智能群控的方法，在满足机房环境保障冷量供应的前提下，循环关闭多余空调，不仅能节省下来机房风机能耗的浪费，还能缩短通信机房空调运行时间，延长通信机房空调在网寿命；
图6智能汇冷方案示意图
三是通过隔热送冷槽道，尽量减少通信机房冷量传输损耗，确保通信机房空调产生的冷量最大限度输送到通信机房网络通信设备，建立元器件功耗散热交换的微环境，形成单纯的通信机房空调到通信网络设备的热量交换循环，实现“先冷设备，后冷环境”节能要求；
图7隔热槽道结构示意图
四是，采用采用不同结构的槽道地板格，满足不同通信网络设备机架功耗供冷需求，实现按需供冷。
图8配冷地板格结构示意图
五是，采用机房外换热循环，保证环境温度高于通信机房环境保障设置温度时，有效通信机房外界热量进入；来降通信机房温度，空调制冷能耗
图9通信机房环境综合外循环节能保障方案示意图
根据方案模拟测算，整体通信机房综合节能保障方案实施后，可实现综合机房环境保障节能30%-40%。
三、总结
针对当前通信机房网络设备环境能耗居高不下问题，探索改变通信机房空调存在的“保障区域孤立，送冷距离不足，冷量传输损耗过大，设备列架散热空间不足，制冷循环不畅，外引冷源不足”的问题，推导提出解决的总体技术方案是“专用空调、最佳运行、智能群控、隔热送冷、按需配冷、外循环引冷”。
“专用空调、最佳运行、智能群控、隔热送冷、按需配冷、外循环引冷”可以在根本消除通信机房“热岛”，确保通信网络设备良好工作温度同时，使通信机房空调制冷量最大限度用于通信网络设备功耗散热交换，从而实现最大限度的通信机房节能。
因本人技术、理论水平所限，本文难免有不足之处，欢迎各位专家、领导斧正。
参考文献：
[1]YD-T5003-2005电信专用房屋设计规范
[2]《中国移动通信电源系统工程设计规范》（QB-J-017-2013）V1_0_0
[3]通信枢纽楼电源系统总体技术要求V1.0.0
作者简介：
桑永礼，安徽移动阜阳分公司网络部动力室经理，南京邮电大学2010通信工程专业毕业，学历本科，省公司电源技术支援专家，集团公司初级电源技术支援专家，地址通信：安徽省阜阳市南京路999号阜阳移动公司网络部。
邮编：236000
联系电话：13505584916
电子邮箱：13505584916@139.com
Sheet1
Chart1
若要调整图表数据区域的大小，请拖拽区域的右下角。
通信机房耗电
高低压配电
通信设备
通信空调
开关电源
ups
照明、动环监控
.00
.00
.00
0.00
0.00
.00
通信机房耗电
高低压配电
开关电源
ups
通信设备
通信空调
照明、动环监控
.00
.00
.00
0.00
0.00
.00
|
|
