本文对通信机房的节能减排工作进行了比较细致的描述，介绍了管理节能及技术节能这两个机房节能减排措施，并对几种空调节能技术及提高空调的制冷效率的有效办法进行了说明，相信对实施节能减排工作的同行们有一定的借鉴作用。
关键词
通信机房 节能减排 管理节能 技术节能 机房空调 变频技术 谐波治理 按需制冷
近年来，我国各行各业逐步吹响了节能减排的战斗号角，在宏观政策的引导下，电力、钢铁等高能耗行业纷纷加强技术革新，节能减排工作已经取得了初步成效，而集中新技术、新业务的电信运营业与传统行业有着巨大的差异。为了深入贯彻落实科学发展观，进一步降低企业运营成本，通信行业已将节能减排工作逐步纳入各自的重要议事日程。通信机房作为节能减排的重点，对温度、湿度等要求更高，在企业节能减排工作中应该引起高度重视。
一、通信机房用电量的初步分析
通信机房用电可以分为通信设备用电和机房环境用电这两个方面，其中机房环境用电又分为空调器用电和机房照明用电两部分。从近年来机房总用电量情况来看，其中通信设备用电量约占机房总用电量的30%左右，空调器用电量约占机房总用电量的60%左右，机房照明用电量约占机房总用电量的10%左右，可见空调器用电量占了很大一部分。
二、通信机房节能减排的措施
通信机房节能减排应该从管理节能和技术节能两方面双管齐下，以管理节能为基础，逐步开展技术节能，积极稳妥地实施节能减排。
1、管理节能
所谓管理节能就是：建立和完善节能工作网络和体系，进一步明确责任，合力推进相关工作；考量产品的能效标准，明确优劣势合作企业；优先选择本地化优质合作企业，减少运输、施工、维护等方面的能源消耗，结合机房选址、能源审计、项目设计、项目融资、设备采购、工程施工、设备安装调试、人员培训、节能量确认和保证等工作，对于新建、改扩建项目，严把能效准入关，制订评估标准和程序，加强监管，建立项目评估问责制。通信机房工程设计，应给出较详细的负荷计算说明和节能技术措施说明，目前的通信机房设计大多是用概算指标估算，且在估算过程中再加大负荷，使硬件设备长期在低负荷、低效率下运行，大马拉小车现象严重。所以必须加强工程设计的审核，立下规定，报审的通信机房工程设计必须附有负荷计算说明，严格把关;另外，必须把节能思想意识逐渐引入到各部门中，使通信机房在规划、布局、色彩、方位及材料等方面为节能创造条件。其次，必须加强制度建设，完善各种节能管理制度，做到赏罚分明，如：要求机房值班人员进出机房应随手关门，避免机房冷气外泄，造成空调能耗加大，影响制冷效果；采用下送风方式的专用空调机房，在维护或施工人员检修或布放线缆后，应及时盖上静电地板；定期检查机房孔洞封堵情况，避免冷气泄漏；将机房照明灯统一更换成节能灯照明；机房空调的温度设置不能过于低下，一般在摄氏24度至26度之间，采用舒适空调的一般性机房，在大气温度低于摄氏18度以下时，可以考虑停开空调；对于无人值守机房，在维护及施工人员进入机房，完成相关工作后，离开时应随手关闭机房照明灯，等等。
2、技术节能
所谓技术节能就是通过采用各种新材料、新工艺、新技术或技术改造等措施来达到节能减排的目的。机房的节能主要是通过控制机房的运营成本来实现,包括人力、电力、耗材、设备维保等成本。显然，电力成本是控制运营成本、实现机房节能的关键因素。
(1）、通信设备的用电：由于目前的通信网络在用设备新旧交错，所以耗电量也参差不齐。通过更换效率低下的在网设备，合理调整用电负荷能够有效的达到节能的效果。注意，除非采用投资设备更新改造的方法，用新型节能设备替换下耗电大的旧设备，否则这部分用电是必须保证的，且不能节省的。
a、“电改光”实现节能减排：随着数字通信的高速发展，交换设备也随之大量增加，传统的用电缆连接交换设备的方式的弊端日益突出：一是机房内数字配线架数量急剧增加，电缆密布，走线槽道不堪重负，机房空间严重不足。二是材料、能源消耗多，污染严重，且有些材料没有再利用价值，成为污染性工业垃圾。三是工程建设难度大、周期长。传输工程施工中同轴电缆的布放、焊接、测试消耗工日最多，特别是走线槽道空间不足时布线非常困难。四是网络维护中连接件故障率高。2M电路的同轴电缆接头衰耗大，传输距离短，易出虚焊，易受静电干扰，经常发生连接件故障。为此，采用交换设备间光口直连技术，一是大量节约机房面积和原料。一对光纤可以替代原来的63个2M端口，由此节约了大量的扩展子架、数字配线架和机房面积。二是节能降耗。三是缩短工期。光口直连操作简便，较电路直连工期可节省三分之一。四是便于维护。光口连接点少，故障点相应减少，且有1＋1保护，运行更安全，减少了维护工作量。
b、服务器产品节能：以往大家比较不会重视的电源供应器，其实是耗电的元凶之一，因为电源供应器的输出转换效率不够好的话，就会消耗更多的电力。现在，有多家厂商都打算在新产品采用通过“80 Plus”认证的电源供应器，这代表了输出总转换效率达到80%。电源供应器的输出转换效率对于省电有多大帮助呢?根据厂商自己的测试，新款服务器采用了输出转换率80%的电源供应器之后，耗电量就比起旧款服务器少了27%。另外，电源供应器的瓦数不要过大，也可节省电力，现今有厂商推出的新服务器，1路服务器只需要220瓦的电源供应器，2路服务器则只需要440瓦的电源供应器，比起以往起码都是超过500瓦，甚至是700、800瓦来说，现今新型服务器的耗电可是降低许多。此外，服务器厂商也开始采用2.5寸硬盘，一方面是节省空间，另一方面则是对于省电有很大的帮助，因为2.5寸硬盘的耗电量只有3.5寸硬盘的一半而已。
c、机柜节能：透过水冷机柜降低空调费用 。水冷机柜是透过1片5吋长的冷却门，如同冰箱后方的冷却导管，由这些导管将机柜排放的热能直接与冷却水交换，让服务器排放的热量直接被带走，降低空调费用。环保型机柜采用了Speed-Step技术进行频率和供电的管理;从交流供电转化为直流供电（交流供电在传输电能过程中会有更高的电力损耗，高效的直流电源可以将电能的转换效率从原来的80%以下提高到85%以上）；另外把服务器的风扇和部件更多地模块化，在系统不使用相关部件的时候尽量将其处于不工作状态，这样也能有效地降低无用功率损耗。在采取了上述措施后，在一个包含30台服务器的机柜中，环保型机柜比传统标准机柜节省的能耗将超过18%。
d、整并让刀片服务器省电效益更显著 ：目前机架服务器风扇的省电效率仍不及于刀片服务器，主要的原因在于，刀片机箱内所有的刀片运算模块共享散热风扇、电源供应器与网络设备，相对来说，在节能省电方面，刀片服务器表现较为杰出。机柜的通孔率高达83%，高通孔率再配以先进的风扇系统所提供的强力散热气流，充分满足了刀片式服务器高热密度的散热需求，减少了机房内的能源消耗，为其营造了“绿色空间”。
e、“程控交换机减容” 实现节能减排：近年来，随着固话业务的不断萎缩，造成大量用户机架闲置，而这些闲置的用户机盘照样消耗着不少电量，适时有针对性地做好“程控交换机减容”工作 ，既可以节省通信机房用电量，又可以减少设备机架的热排放量，做到两全其美。注意，减容后的程控交换机用户机架及线缆要及时拆除，以免阻碍机房内气流畅通，影响空调制冷效果。
(2）机房环境用电：机房使用空调设备能有力保障通信设备的正常运行，而空调系统是机房耗电的主要设备，在能量消耗方面占了相当大的比例，从实际情况来看，机房环境节能是大有潜力的。机房节能的主要方向是机房环境节能，而机房环境的节能重点是空调节能。从技术的角度探讨，主要包括以下几个方面：
a．变频技术节能
变频技术是一种应用广泛的电机节能技术。应用了变频技术的空调系统一方面降低了开关损耗，另一方面提高了低频运转时的能效。在空调多种节能技术的应用中，变频技术是比较有效和成熟的技术。目前在市场上有很多国内外品牌的变频器，这为变频调速节能提供了充分的技术和物质基础。变频器已在国民经济各部门广泛使用。在通信机房空调系统中，目前变频节能技术主要有两种方式：
1）中央空调水系统变频调速节能方式
空调水泵的耗电量可占空调系统耗电量的15%～30%，所以水泵节能非常重要，节能潜力也比较大。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经之一。室外空气温度、湿度参数在整个供冷季节是在不断变化的，所以空调系统的冷负荷在一年中也在不断变化中，并不是一成不变的。空调的冷负荷一年中变化很大，全年大部分时间的负荷只有最大负荷的50%左右。由此可见，用变频调速的方法来减少水泵流量的经济效益是十分显著的。当所需流量减少，水泵转速降低时，其电动机的所需功率按转速的三次方下降，如水泵转速下降到额定转速的60%，即f=30Hz时，其电动机的功率下降了78.4%，即节电率为78.4%
2) 机房专用空调压缩机变频方式
传统的机房专用空调和普通的民用空调一样，由于供电频率不能改变，传统的定频空调的压缩机转速基本不变，是依靠压缩机不断 “开—停”来调整室内温度，其一开一停之间容易造成室温忽冷忽热，并消耗较多电能。机房专用空调压缩机变频技术通过变频器来改变压缩机供电频率，调节压缩机转速，依靠压缩机转速的快慢达到控制室温的目的。空调在每次开始启动时，先以最大功率、最大风量进行制热或制冷，在迅速接近所设定的温度后，压缩机便在低转速、低能耗状态下运转，仅以所需的功率维持设定的温度，这样不但温度稳定，还避免了压缩机频繁的开停对设备造成的损伤，而且耗电量大大下降，实现了高效节能。 应用了变频技术的空调机一方面降低了开关损耗，另一方面提高了低频运转时的能效。不过由于变频技术的核心原理为高频脉宽调制技术，使用变频器就相当增加了一个谐波源，而且空调设备的功率一般都比较大，因此对通信电源低压配电系统的谐波干扰，以及通信设备的电磁干扰不容忽视。在采用中央空调水系统变频调速节能方式时，应尽量将空调系统的低压配电与通信设备的低压配电分隔开。机房专用空调压缩机采用变频技术，应注意与通信设备保持距离并做好电磁防护措施。
b．机房专用空调的自适应控制节能技术
机房专用空调的自适应控制节能技术通过自动计算机房不同的工况条件、空调冷量分布、风量扩张循环等综合数据，动态跟踪计算空调在外部不同季节的环境温度与室内目标温度的关系，以及空调当前的富余容量，精确控制“N+1”、“N+0”、“N-1”台等空调数量的优先开关机顺序，使空调组群始终处于最合理的工作状态，提高优化冷量的利用效果，达到空调效率最大化的目的。机房专用空调的自适应恒温恒湿控制节能监控系统的安装和施工简单方便，对机房结构没有任何变动，不影响原有空调系统结构，具有较好的安全性可靠性，而且日常维护工作也相对简单方便。
c．冷水机组空调水处理
在冷水机组中，空调水系统水管的水垢、腐蚀及青苔对制冷系统影响极大，也是空调能耗高的重要原因之一。定期对空调水系统进行水处理是降低消耗、提高空调系统工作效率的一种方法。空调水处理的方法可以采用对水系统加缓蚀剂等药水处理的方法，这是一种常用的对空调水系统进行清洁保养的方法。此外，采用高频多段磁场对冷却水系统及冷冻水系统的水质进行处理，也是一种可行的方法。
d．利用自然冷源的节能技术——新风系统
这种节能技术的工作原理是利用机房室外的自然环境为冷源，当室外空气温度比室内低一定程度时，依靠通风将机房内的热量带走，实现室内散热，从而达到降低机房内部温度的目的，通过减少空调的使用时间达到节约电能的目的。新风系统主要有两种类型：
- 自然通风新风系统
直接利用室外新风送入机房内。当室外空气温度较低时，可以直接将室外低温空气送至室内，为室内降温。当室外温度高，不足以带走室内热量时，则仍然开启空调工作。
- 热交换新风系统
在室外新风冷源的利用上采用了隔绝换热的方式，只利用室外新风作为冷源带走热量，室外空气并不直接进入室内，而室内空气通过换热冷却后再被送回室内。新风系统本身工作原理简单，节能效果比较直接，但要注意以下两点：
第一，自然通风新风系统直接引入室外的空气，机房环境将直接受外界的影响，如何保证机房的温度、湿度、洁净度是一个需要探讨的问题。
第二，新风系统的效率主要受室内外温差的影响。由于我国幅员辽阔，地形复杂，各地由于纬度、地势和地理条件不同，气候差异悬殊。因此新风系统的节能效果因地而异，需要通过实践来验证。
e．新型制冷剂节能技术
在市场上出现了一些号称可以节能环保的R4**制冷剂，用于替代现在常用的R12、R22等制冷物质，这种环保节能型制冷剂在某些地方进行了试验性应用，取得了一定的效果，但也存在一些问题。R4**制冷剂是由多种氟利昂（HFC类或HCFC）按一定比例形成的多元非共沸混合物质，是一种多元非共沸制冷剂，一般用于现有设备的环保制冷剂工程改造，无须改变原设备结构，无须更换任何部件，无须更换润滑油，注入即可使用（DROP-IN）。根据目前掌握的资料和数据表明，使用R4**制冷剂的实际节能效果受各种因素影响，与理论计算有一定误差，需要进一步在不同环境和条件下进行实验测试，并在实际使用环境中跟踪，长时间测量有关数据，观察设备的运行情况。使用不同的制冷剂会改变空调设备的情况，在没有得到空调设备厂商认可的情况下，应该谨慎的考虑使用R4**制冷剂去替换现有物质。
(3)、谐波治理
谐波对电网的危害众所周知。对谐波的治理，除了改善供电质量外，通过减少无功功率的消耗，也可以起到节能的效果。
三、提高空调制冷效率的有效办法
提高空调的制冷效率的一个有效办法是实现“按需制冷”，将冷媒送到最贴近热源的地方，也就是将制冷方式从房间级制冷转变为机柜级别制冷，最后到芯片级制冷，这也正是机房制冷的发展趋势。
传统的机房空调很少考虑机柜内部的温度，它仅仅能保证机房内温度符合要求，而实际上，由于刀片服务器的使用，机柜内很容易出现局部热点。对此传统的空调只能是靠进一步降低机房温度来解决，由此造成浪费也在所难免。针对这种状况，市场上出现了一种机柜级制冷的空调，APC的InRow制冷系统就是机柜级制冷的典型代表。InRow安装在机柜之间，它把冷风送到各个机柜的正面，然后从机柜的后部抽取热风。由于冷风直接送到热源附近，而不像传统的机房采用底部送风或者天花板送风，因而可以保证机柜内不出现热点。而且,由于InRow可以根据机柜中具体温度情况决定是否送风，因此其效率更高。据统计，与传统的制冷系统相比，InRow制冷系统的电力消耗会节省50%以上。
如果说从传统空调转变为“按需制冷”，还需投入一定资金对机房进行改造因而不具有普遍性的话，也有一些不需要很大投入的节能方法，同样能达到很好的节能效果。比如，将机柜两两相对，也就是在送风的冷风道上两排机柜面对面摆放，而回风的热风道上两排机柜背靠背摆放。冷热风道的形式减少了冷热风会合的可能性，从而提高了冷风的利用率。另外，在系统的设计上尽可能采用哪个下送风、上回风的送风方式，对机柜内部的气流组织更细化，加装阻风盲板和气流分配单元等，对空调统一控制、及时维护，防止有的空调在加湿，而有的空调在除湿的现象，这些都是非常有效的节能技巧。
实际上，在制冷方面，国内和国外都有很多成功的案例，不少通信机房独创了很多高效率的制冷方法，颇值得借鉴。比如，从事互联网基础设施服务的世纪互联就有很多自己的节能秘笈：以水冷代替风冷，根据分析，仅仅冷媒介质的不同一项，最多可以达到30%的节能效果;采用湿膜加湿器代替精密空调加湿，尽管精密空调也可以加湿，但是利用湿膜加湿器的功率消耗仅是精密空调的5%左右;使用板式换热器，在冬天它能利用室外的冷空气来为机房降温，在冬季长达三个月的北方这是一种非常有效的节能方法。在国外，借助自然界天然冷空气来为机房降温已经受到重视，据报道，位于美国罗德岛的布莱恩特大学也在借助冰雪天气来节约机房的电能消耗。布莱恩特大学的数据中心配有一套封闭的以乙二醇为冷却剂的循环制冷系统，当天气很冷的时候，系统就会利用室外的冷空气给冷却剂降温，仅此一项就降低了20%-30%的电能消耗。
惠普在其新一代数据中心的体验中心展示一种动态智能冷却技术。该技术的核心是能不断调整数据中心的散热设置，根据散热需求针对性地动态供应冷却气流。比如，它在每台机柜前方的地板下都埋设了排风口，其风量大小可以根据需要随时调节。数据中心的系统通过监控每一个机柜的温度，然后对排风量进行相应的调节。据介绍，该技术可能将数据中心的降热成本降低40%。
四、通信机房节能注意要点
1．节能必须保证通信安全。节能不能影响机房环境质量，降低和导致设备寿命缩短，更不能影响通信生产安全。提倡通过合理调整设备工况实现节能目标，这种节能方式能起到延长设备寿命的作用。
2．节能的效果不是无限的。就机房环境节能而言，所谓节能，只是节约环境控制系统的富裕能量。节能只能把一些原来富余的冷量、电量、水量、风量节约下来，而不应把正常生产该消耗的能量也节省掉。不能笼统地说某种节能措施的节能效率是多少，只能根据当时当地的富裕能量考虑能够节约的效果。如果一个机房所配置的空调不足，全部设备开起来也不能满足要求，就根本谈不上空调的节能问题。
3．节能要付出一定的代价，需要有一定的成本和投入。节能技术的应用要增加或改造一定数量设备，也要增加设备维护工作量。应该对节能项目是否能做到既节约能源又降低运营成本进行跟踪测试，并作出综合评估之后再决定是否需要上节能项目。
4．节能工作是一项长期的工作任务，必须持之以恒。我们国家地大物博，区域辽阔，各地的地理环境差异很大，应结合当地的实际情况选择合适的节能技术。节能措施必须因地制宜，不能生搬硬套。例如，新风节能系统在北方和低温季节使用效果很好，但在南方和高温天气就会受到限制。应该先进行试点并详细测试，重点是节能的效果以及可能产生的负面影响，等取得经验后再逐步推广。
五、结语
目前，通信机房的节能减排工作大有潜力可挖，只要我们树立“从我做起，从现在做起”行动准则，上下各级部门高度重视，切切实实地行动起来，一定会取得满意的成效。
作者简介：朱少华，男，北邮本科毕业，工学学士，高级工程师，武汉工业学院硕士生校外导师，现工作在湖北省石首市电信分公司，经理；
朱硕，男，武汉工程大学本科毕业，工学学士，现工作在湖北省电信工程有限公司，工程项目主管。
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姓名：朱硕
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