梅 龍

（中國民用航空中南地區(qū)空中交通管理局，廣東 廣州 510405）

0 引 言

近年來，隨著我國經(jīng)濟的高速增長，航班數(shù)量日益增加，空中交通管制服務(wù)的業(yè)務(wù)量越來越大，空管行業(yè)的信息化建設(shè)也在不斷加強，服務(wù)器、交換機、儲存設(shè)備以及空管設(shè)備均保持快速增長，數(shù)據(jù)機房和辦公場所的能源消耗日益增加，高能耗問題尤為突出。隨著國家電力市場化改革，未來單位電價將處于上升趨勢，空管行業(yè)的能源支出成本將持續(xù)增加，粗放式的能耗管理已經(jīng)不能滿足空管行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的要求，如何降低空管行業(yè)能耗成為亟需解決的問題。

以某地航管樓A為例來研究分析大型空管工作區(qū)的能耗情況，其中空管設(shè)備、服務(wù)器以及計算機等設(shè)備的能耗約占總能耗的30%，機房暖通制冷系統(tǒng)的能耗約占總能耗的45%，供配電系統(tǒng)和其他物業(yè)用電的能耗約占總能耗的25%。隨著后期擴建項目的投產(chǎn)，該航管樓區(qū)域的設(shè)計負(fù)荷功率裝機量達到8 450 kVA。在航管樓滿載用電的情況下，每年電費支出超過4 000萬元，運行成本大幅增加?；诖耍槍T設(shè)備、機房暖通制冷系統(tǒng)、供電系統(tǒng)以及其他物業(yè)用電的能耗情況進行分析，采取可行的節(jié)能減排措施，提高空管行業(yè)的綠色發(fā)展水平[1-3]。

1 大型空管工作區(qū)能耗分析

近年來，空管行業(yè)的耗電量快速增加，A航管樓2017—2022年的負(fù)載數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 A航管樓2017—2022年負(fù)載功率

2022年，A航管樓的總負(fù)載功率已從2017年的440 kW增長至726 kW，其中空管設(shè)備負(fù)載從136 kW增長至221 kW，其他負(fù)載從90 kW增長至181 kW。

大型空管工作區(qū)的能耗主要由空管設(shè)備能耗、空調(diào)制冷能耗、供配電系統(tǒng)能耗、其他用電能耗等組成，其中空管設(shè)備包括一次/二次雷達、甚高頻服務(wù)器、數(shù)據(jù)存儲器、防火墻設(shè)備以及IT設(shè)備等，空調(diào)制冷設(shè)備包括機房精密空調(diào)、中央空調(diào)、分體空調(diào)等，供配電系統(tǒng)包括高低壓配電柜、變壓器、不間斷電源（Uninterruptible Power Supply，UPS）以及柴發(fā)機組等，其他生活用電設(shè)備包括照明、電梯以及生活水泵等。

大型空管工作區(qū)能耗組成中，空管設(shè)備能耗占比30%，空調(diào)制冷設(shè)備能耗占比45%，供配電系統(tǒng)能耗占比12%，其他能耗占比13%。標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)中心能耗組成中，IT設(shè)備能耗占比50%，空調(diào)制冷設(shè)備能耗占比30%，供配電系統(tǒng)能耗占比10%，其他能耗占比10%。通過對比，空管工作區(qū)的空管設(shè)備能耗遠低于標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)中心的IT設(shè)備能耗，具有較大的節(jié)能降耗空間。

2 大型空管工作區(qū)能耗管理策略

2.1 提高空調(diào)利用效率

空調(diào)制冷設(shè)備能耗是空管工作區(qū)能耗最大的部分，對此可以提高空調(diào)的利用效率來減少空調(diào)能耗。目前，提高空調(diào)利用效率的方法有調(diào)整機房布局、提高制冷溫度等。

機房內(nèi)空調(diào)和設(shè)備布局不合理，對氣流和溫度場影響較大?？照{(diào)出風(fēng)口未均勻分布于機房，存在某些能耗高、發(fā)熱量高的設(shè)備處于熱氣流通道的現(xiàn)象，導(dǎo)致機房內(nèi)出現(xiàn)熱島效應(yīng)。為了解決部分設(shè)備附近溫度較高的問題，可以調(diào)整機房內(nèi)設(shè)備和空調(diào)出風(fēng)口的位置，將發(fā)熱量高的設(shè)備布置在靠近出風(fēng)口的位置或延長空調(diào)出風(fēng)管道至發(fā)熱量高的設(shè)備處，從而提高機房空調(diào)利用效率[4-6]。

為了保證設(shè)備的安全有效運行，需要嚴(yán)格控制機房的溫度。根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，機房溫度處于15～20 ℃時，服務(wù)器故障率為0.865%；機房溫度處于20～25 ℃時，服務(wù)器故障率為1.130%；機房溫度處于25～30 ℃時，服務(wù)器故障率為1.335%；機房溫度處于30～35 ℃時，服務(wù)器故障率為1.482%。查詢《數(shù)據(jù)中心設(shè)計規(guī)范》（GB 50174—2017），其中要求冷通道或機柜進風(fēng)區(qū)域的溫度為18～27 ℃。根據(jù)設(shè)備主備配置情況有效降低設(shè)備故障率，在不影響空管運行保障的前提下，適當(dāng)提高機房環(huán)境溫度，降低機房的總能耗。

2.2 智能化改造

在綠色、節(jié)能的背景下，應(yīng)降低空管工作區(qū)的其他用電量，可以利用建筑物智能化改造的方式提高自然通風(fēng)、暖通制冷、照明系統(tǒng)的能源利用率，降低大型空管工作區(qū)的能耗[7]。

2.2.1 照明系統(tǒng)智能化改造

隨著科技的發(fā)展，照明用電能耗已呈逐年降低趨勢，可以充分利用建筑智能設(shè)計理念對照明系統(tǒng)進行智能化控制，以降低能耗。例如，在辦公場所安裝聲控?zé)?、感?yīng)燈等，在沒有人員走動的情況下實現(xiàn)照明系統(tǒng)的自動關(guān)閉[8]。除此之外，還可以安裝有效的控制元件，對照明的等級進行智能化調(diào)節(jié)，實現(xiàn)高效節(jié)能。

2.2.2 使用自然冷卻技術(shù)

自然冷卻技術(shù)使用自然界的冷源為設(shè)備機房提供冷量，以達到節(jié)約能源的目的。對工作區(qū)的機房進行新風(fēng)系統(tǒng)自動化改造，當(dāng)冬天室外溫度低時，新風(fēng)系統(tǒng)自動控制開啟，機房空調(diào)自動關(guān)閉。新風(fēng)系統(tǒng)從室外引進經(jīng)過過濾的低溫冷空氣供應(yīng)到設(shè)備機房進行冷卻，而排風(fēng)口將熱通道的空氣排除，通過冷空氣的不斷進入和熱空氣的不斷排出使機房溫度控制在合適的范圍，從而達到降低機房空調(diào)使用頻率、減少空調(diào)能耗的目的[9]。

2.2.3 空調(diào)系統(tǒng)改造

對辦公區(qū)域的空調(diào)進行自動化改造，安裝紅外感應(yīng)裝置來控制辦公場所空調(diào)的關(guān)閉。當(dāng)紅外探頭長時間未檢測到活動跡象時，自動關(guān)閉空調(diào)。在辦公場所人員長時間離開的情況下，可有效防止未關(guān)閉空調(diào)而造成能源浪費的情況。

2.2.4 采用變頻設(shè)備

由于部分空管業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)量存在短時突變的特點，服務(wù)器、交換機等設(shè)備的散熱量會隨著數(shù)據(jù)處理量而變化，因此機房的溫度也是動態(tài)的。將制冷系統(tǒng)能耗最大的冷水機組替換為變頻設(shè)備，采用變頻原理的冷水機組可以根據(jù)機房溫度的變化自動調(diào)節(jié)運行頻率，提升冷水機組能效，從而有效降低能耗[10]。

2.3 降低供配電系統(tǒng)的損耗

2.3.1 采用高能效等級的變壓器

電力變壓器的能效標(biāo)準(zhǔn)分為3級，其中1級變壓器的能效最高、節(jié)能效果最好。查詢相關(guān)數(shù)據(jù)，以額定容量1 000 kVA的10 kV干式變壓器為例，1級能效標(biāo)準(zhǔn)的電力變壓器能源損耗約為7 kW，2級能效標(biāo)準(zhǔn)的電力變壓器能源損耗約為8 kW，3級能效標(biāo)準(zhǔn)的電力變壓器能源損耗約為10 kW?；诖?，采用高能效等級的電力變壓器可以有效降低能源損耗。

2.3.2 工藝供電系統(tǒng)的優(yōu)化

為了保障空管業(yè)務(wù)的連續(xù)性、安全性，大型工作區(qū)的空管設(shè)備供電均采用UPS雙總線整流-逆變供電方案。雙總線UPS系統(tǒng)包含4臺UPS，每臺UPS均能獨立帶載所有負(fù)荷。主備冗余的雙總線UPS供電系統(tǒng)的實際效率為80%～90%，配電系統(tǒng)能量利用率較低。新型數(shù)據(jù)中心開始嘗試采用1路市電+1路UPS或1路市電+1路直流高壓的雙總線供電模式，1路市電+1路UPS的供電系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 1路市電+1路UPS供電系統(tǒng)

在市電正常的情況下，負(fù)載優(yōu)先使用市電供電。在市電異常時，負(fù)載通過靜態(tài)切換開關(guān)（Static Transfer Switch，STS）不間斷切換至UPS或直流高壓供電。在市電穩(wěn)定的情況下，該供電方案的安全性、可靠性與雙總線UPS模式不相上下，但能源利用效率優(yōu)于雙總線UPS供電模式，將成為未來綠色發(fā)展的重要應(yīng)用形式。

3 結(jié) 論

隨著我國空管行業(yè)的快速發(fā)展，通過提高制冷空調(diào)利用率、智能化改造以及降低供電系統(tǒng)能耗等方式，能夠高效實現(xiàn)節(jié)能減排，符合國家綠色、環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略要求，對推進空管行業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展具有重要意義和價值。