張萍 劉東 丁永青 侯振寰 宋丹丹

1同濟大學機械與能源工程學院

2上海市能效中心

0 引言

建筑能源審計是指由專業(yè)的能源審計單位受政府主管部門或業(yè)主的委托，對建筑的部分或全部能源使用情況進行檢查、診斷和審核，對能源利用的合理性做出評價，并提出改進措施的活動[1～4]。

由于電信企業(yè)業(yè)務量對機房能耗影響不大，電信機房需常年滿負荷工作。機房設(shè)備散熱量大，同時電信機房對不間斷恒溫恒濕環(huán)境要求很高，一般交換機房溫度的要求為21℃～25℃，相對濕度的要求為40%～70%[5]，要求全年供冷，通常采用分層精密空調(diào)設(shè)備。數(shù)據(jù)顯示，上海電信2009年基站消耗的電力占電信企業(yè)全年耗電量的20%以上，其中有超過50%電能被冷卻設(shè)備所消耗。電信建筑的單位面積耗能指標高，因此有必要對其開展能源審計工作。

1 電信能源審計工作方法

對上海市13家電信企業(yè)進行了2011年度能源審計工作，這是首次對電信建筑開展能源審計工作。

以地面局為例，一個電信單位可能存在上百個營業(yè)場所，包括辦公區(qū)域和電信機房等。而這些建筑中有些也是采用租用形式，直接導致能源計量管理的不便以及能源消耗量的統(tǒng)計分散。因為用能方式不同于園區(qū)式的工業(yè)企業(yè)或者公共建筑，使得電信建筑的能源審計工作難度增加。

1.1 開展能源審計工作的依據(jù)

電信建筑能源審計的依據(jù)與公共建筑能源審計有所不同，除了增加電信用能的相關(guān)規(guī)范外，還要參考工業(yè)企業(yè)的相關(guān)標準。例如：《2011年上海市通信業(yè)節(jié)能工作要點》（GB/T3486-1993）、《企業(yè)能源審計技術(shù)通則》（GB/T2589-90）、《中國電信電源、空調(diào)維護規(guī)程》（試行稿）、《企業(yè)能源網(wǎng)絡圖繪制方法》（GB/T16616）、《企業(yè)能量平衡統(tǒng)計方法》（GB/T16614）。

1.2 典型建筑能耗和單位總能耗相結(jié)合

被審計單位除了提供單位總能耗各項數(shù)據(jù)，還要挑選一棟典型建筑，來詳細剖析該建筑的用能情況。所謂典型建筑就是兼具辦公和電信機房的建筑，最好是能合理反映出電信企業(yè)用能的建筑。

對于典型建筑，需要被審計單位填寫建筑基本信息、能耗設(shè)備情況以及全年能耗量等。審計單位在進行現(xiàn)場巡查時，需要對填寫的各項耗能設(shè)備進行核實。在報告編制時，根據(jù)采暖系統(tǒng)、空調(diào)通風系統(tǒng)，照明系統(tǒng)，綜合服務系統(tǒng)，電信設(shè)備系統(tǒng)的分類，對典型建筑進行各項能源消耗量概算，最后根據(jù)被審計單位提供的典型建筑能耗賬單，對概算數(shù)據(jù)進行平衡性檢驗，這些與公共建筑的能源審計要求相同。

但是，電信建筑的能耗普查著眼點在整個單位，由于電信行業(yè)建筑分散，用能設(shè)備數(shù)量大，可以通過剖析一棟典型建筑，來反映整個單位的用能情況。對于電信行業(yè)中某些綜合支撐部門建筑較少時，應統(tǒng)計全部用能設(shè)備，進行能耗概算。

1.3 企業(yè)能源流程圖和能源平衡表

根據(jù)《企業(yè)能源網(wǎng)絡圖繪制方法》，對電信企業(yè)用能情況繪制能源流程圖，將整個單位用能情況清晰呈現(xiàn)出來。以某電信局為例，能源流程圖如圖1所示。能源平衡表如表1、2所示。

圖1 某電信局能源流程圖

表1 2011年某電信局電力平衡表

表2 2011年某電信局能源消費平衡綜合表

1.4 能耗分類不同

公共建筑能源審計一般將能源分為三類[4]：

第一類是常規(guī)能耗和水耗，主要包括：照明能耗、供暖通風和空調(diào)能耗、插座（室內(nèi)辦公設(shè)備和家電）能耗、動力設(shè)備能耗和熱水供應能耗等。

第二類是特殊能耗。如全年連續(xù)運行空調(diào)系統(tǒng)的計算中心、網(wǎng)絡中心、大型通信機房、有大型實驗裝置的實驗室、工藝過程對室內(nèi)環(huán)境有特殊要求的房間等的能耗，并將其從總能耗中扣除。

第三類是按建筑面積定額收費的城市熱網(wǎng)供熱消耗量。

由于電信企業(yè)存在租用借出樓層基站等現(xiàn)象，使得安裝二級計量器具，即空調(diào)設(shè)備耗電、照明耗電、室內(nèi)設(shè)備耗電、動力設(shè)備耗電分項計量存在一定的困難。電信企業(yè)用電分為生產(chǎn)用電和非生產(chǎn)用電，生產(chǎn)用電又分為基站、小靈通、核心機房、通信機房、IDC、接入局所、室外機柜，非生產(chǎn)用電又分為管理用電、渠道用電和其他用電，因此，對電信建筑進行耗電量分析時，采取上述分類法對能源審計工作更直觀和便捷。

2 電信建筑能耗分析

上海電信由總部和24個直屬二級單位組成。其中，24個直屬單位包括14個地面局、4個產(chǎn)品部和6個綜合支撐單位。地面局指的是保障上海市通信網(wǎng)絡的主要基站、機房等，產(chǎn)品部是指利用電信網(wǎng)絡進行生產(chǎn)的部門，包括長途無線部、號百分公司等，綜合支撐部門是一些輔助性部門，比如應急通信局、電信技術(shù)研究院等，有些綜合支撐部門沒有通信機房。

2011年各單位年總電耗如圖2所示。其中，地面局電耗最大，占總電耗的59%；其次為產(chǎn)品部電耗，占總電耗的34%。地面局機房數(shù)量最多，綜合支撐部門最少，可見電信機房是電信建筑電耗量最大的部分。

圖2 上海電信2011年總電耗比例圖

上海電信在2011年內(nèi)共購買各種能源按等價值折標準煤219079噸。其中電力占總能耗97.98%，對于電信行業(yè)來說，采取措施減少電耗是節(jié)能的主要方向。圖3為2011年公司能耗構(gòu)成情況。

圖3 2011年上海電信能耗構(gòu)成情況

2011年上海電信總用電量為71553萬kWh，其中生產(chǎn)用電為65643萬kWh，非生產(chǎn)用電為5910萬kWh。圖4、5分別為公司生產(chǎn)用電和非生產(chǎn)用電的詳細組成情況。生產(chǎn)用電中通信機房耗電量最大，為52.88%，IDC其次為30.10%，非生產(chǎn)用電中管理用電占74.98%。

圖4 生產(chǎn)用電各項所占比例

圖5 非生產(chǎn)用電各項所占比例

以上能耗分析顯示，電能是電信企業(yè)耗電的主要途徑，其中，通信機房和IDC機房的耗電量最大，這跟機房通信設(shè)備和空調(diào)設(shè)備全年開啟有直接關(guān)系，做好這兩方面的節(jié)能工作也是電信企業(yè)的能源審計節(jié)能潛力所在。

3 電信建筑節(jié)能潛力分析

3.1 電信機房電源

3.1.1 數(shù)據(jù)中心選用適宜溫度

一般標準中建議服務器及網(wǎng)絡通信設(shè)備應運行在21～25℃，15℃到32℃是IT設(shè)備正常運行的極限。隨著多數(shù)主要制造商己接受了ASHRAE提出的提高機房溫度上限的建議：從原來的25℃提高到27℃，現(xiàn)在生產(chǎn)的設(shè)備也較之以前具有更寬的工作溫度范圍，己能滿足在27℃下長期穩(wěn)定的運行，且溫度限定在27℃是能夠?qū)崿F(xiàn)溫度和功耗的一個最佳平衡。

在其他的運行工況條件保持不變的情況下，盛夏時空調(diào)的設(shè)置溫度每提高l℃，即可降低耗能5%。因此，在購買服務器設(shè)備及網(wǎng)絡通信設(shè)備時，應優(yōu)先選擇具有較寬工作溫度的設(shè)備。

3.1.2 優(yōu)化供電系統(tǒng)

供電系統(tǒng)在提供電源的同時，會有電能損耗。雖然這些損耗在IDC機房總能耗中所占比例不大，但也是機房節(jié)能中不可忽視的部分。

1）模塊化供電。UPS的效率和負載功率是成正比的，越接近其滿負載容量，它的效率就越高?，F(xiàn)在很多UPS生產(chǎn)廠商正在實行對UPS模塊化生產(chǎn)，用戶可按照負載的增加而增加模塊，始終保持UPS較高負載率，以達到降低能耗的目的。實測數(shù)據(jù)顯示每套系統(tǒng)節(jié)能20%以上。

2）服務器直流供電。IDC機房中常用的雙轉(zhuǎn)換在線式UPS工作時會先將交流電濾波整流后變成直流電，再由逆變器將此直流電轉(zhuǎn)換成設(shè)備需要的正弦波交流電源。兩次的交、直流變化會帶來一定的損耗。如果服務器采用直流供電，可以減少一次交、直流變化，達到節(jié)能的效果。

3）采用無變壓器的UPS設(shè)備。傳統(tǒng)UPS的整機效率只有75%～85%，但采用無變壓器的機型，可以提升至 90%以上[6～7]。

3.2 電信機房空調(diào)

3.2.1 使用室外冷源

上海地區(qū)一年中大約有一半的時間室外溫度低于20℃，而通信機房溫度一般控制在21～25℃，考慮使用室外新風，帶走機房內(nèi)的部分熱量。當通風量固定、室內(nèi)外溫差大于一定數(shù)值后，可以全部依靠新風將機房內(nèi)的熱量帶走，從而達到降低機房內(nèi)部溫度的目的。

3.2.2 精確送風

由于通信機房通信設(shè)備布局緊密，通信設(shè)備散熱量大，如按一般空調(diào)送風方式，極有可能造成機房冷熱不均。若采用精確送風，利用空調(diào)系統(tǒng)主風管把來自冷源的冷風經(jīng)靜壓箱輸送至各分支風管，然后由各門式送風器直接送至機柜內(nèi)設(shè)備的進風口，對設(shè)備進行冷卻，如圖6所示，則機房散熱相對均勻，減少空調(diào)設(shè)備負荷，節(jié)約電能。各分支管可以安裝調(diào)節(jié)閥，通過調(diào)節(jié)閥控制送給每個機柜的冷風量。圖7是一般通信機房空調(diào)設(shè)備布置圖。

精確送風不僅能解決傳統(tǒng)上送風氣流短路的問題，還能解決傳統(tǒng)送風方式設(shè)備間互相傳熱影響，數(shù)據(jù)顯示精確送風的每小時節(jié)電率可達到20%左右[8]。

圖6 精確送風示意圖

圖7 未使用精確送風機房設(shè)備布置

3.2.3 噴霧降溫

空調(diào)機組內(nèi)冷凝器的冷凝壓力與冷凝溫度成正比，冷凝壓力偏高的現(xiàn)象主要出現(xiàn)在夏季，由于環(huán)境溫度較高，冷凝器的散熱能力不變或變差時冷凝壓力升高，制冷壓縮機的排氣壓力升高，壓縮比增大，從而造成壓縮機的輸氣系數(shù)降低，功耗增大，能效比下降。因此在環(huán)境溫度較高時應提高冷凝器的散熱能力，使空調(diào)機組能正常運行。

噴霧冷卻技術(shù)是將軟化和凈化后的水或冷凝水霧化后噴到空調(diào)器冷凝器的散熱片上，利用液態(tài)水在轉(zhuǎn)變成水蒸氣時吸收大量熱量的特性，大幅度提高冷凝器的散熱能力。因此能在環(huán)境溫度較高時仍然保證冷凝器的散熱能，使得空調(diào)機組處于額定冷凝壓力的工作狀態(tài)，避免因各種故障引起的額外能耗，從而實現(xiàn)節(jié)電。

3.3 移動基站節(jié)能

對于機動通信局的移動基站，需要采用蓄電池給通訊設(shè)備供電。針對蓄電池不耐溫的特點，將電池裝入恒溫箱，可使箱內(nèi)電池溫度恒定在25℃，消耗的電能大幅降低。和一般的通信機房一樣，移動基站也可以利用室外新風，在室外溫度較低時將室外冷空氣過濾后送入基站內(nèi)，減少壓縮機、冷凝風機的工作時間，大大節(jié)省電能，全年最大節(jié)能率可達40%[9～10]。

4 結(jié)論

1）通信機房需全年不間斷運行，導致通訊設(shè)備和空調(diào)設(shè)備耗電量大，對電信建筑進行能源審計是非常必要的。

2）電信建筑能源審計工作方法有別于一般公共建筑，主要體現(xiàn)在這幾個方面：能源審計工作標準依據(jù)有所不同；典型建筑能耗與單位總能耗相結(jié)合；增加能流圖和能源平衡表；能耗分類不同。

3）對上海電信建筑的能源審計工作結(jié)果顯示，電能占了企業(yè)總能耗的98%，生產(chǎn)用電占總用電量的91.7%，生產(chǎn)用電中通信機房耗電量最大，為52.88%，IDC其次，為30.10%。

4）電信企業(yè)存在一定的節(jié)能潛力，主要有電源和空調(diào)兩方面。電源改造主要是使用模塊化的UPS，交流變直流，使用無變壓器的UPS，空調(diào)改造主要是精確送風，充分利用室外新風，對冷凝器使用噴霧降溫等。同時，適當提高機房環(huán)境溫度也可節(jié)電。移動基站宜采用恒溫箱安放蓄電池，并充分利用室外新風。

[1]上海市建筑科學研究院（集團）有限公司,上海市建筑建材業(yè)市場管理總站.公共建筑能源審計標準(DG/TJ08-2114-2012)[S].2012

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[5]許劍峰,黃珂.綠色工業(yè)?綠色思想?綠色技術(shù)——論可持續(xù)發(fā)展的電信建筑設(shè)計[J].工業(yè)建筑,2002,32(8):15-17

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