王 振，楊 清，韓冠軍，員東照，劉海潮，王思遠(yuǎn)，趙宇衡，陸忠永

（1.中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)有限公司，北京 100033；2.中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100080；3.中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)江蘇有限公司，江蘇 南京 210000）

0 引 言

通信機(jī)樓是中國(guó)移動(dòng)重要的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)，數(shù)量較多?，F(xiàn)有通信機(jī)樓機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)大多采用傳統(tǒng)風(fēng)冷機(jī)房專(zhuān)用空調(diào)[1]。相比大型數(shù)據(jù)中心采用冷凍水型空調(diào)系統(tǒng)，傳統(tǒng)風(fēng)冷機(jī)房專(zhuān)用空調(diào)能效較低，冬季無(wú)法利用自然冷源，全年空調(diào)運(yùn)行能耗較高。隨著5G建設(shè)的加速和邊緣業(yè)務(wù)的發(fā)展，大量高功耗設(shè)備將部署在通信機(jī)樓內(nèi)，面臨空調(diào)功耗激增問(wèn)題，帶來(lái)巨大的制冷壓力。在“碳達(dá)峰”和“碳中和”的背景下，節(jié)能降耗和綠色低碳運(yùn)行需求迫切。

通信機(jī)樓分期部署不同業(yè)務(wù)機(jī)架，各廠商設(shè)備尺寸、布局不一，加上設(shè)備安裝缺乏合理氣流規(guī)劃、冷熱通道未有效隔離以及未根據(jù)設(shè)備功耗及時(shí)優(yōu)化氣流組織，同時(shí)可能存在多種出風(fēng)形式，氣流組織較混亂，機(jī)房存在局部過(guò)熱現(xiàn)象。為了滿(mǎn)足機(jī)房需要的溫濕度環(huán)境，往往通過(guò)降低整體機(jī)房環(huán)境溫度來(lái)實(shí)現(xiàn)，此時(shí)會(huì)出現(xiàn)空調(diào)供冷量超過(guò)機(jī)房冷量需求的問(wèn)題，從而使機(jī)房能耗大大增加。目前，大部分通信機(jī)樓在空調(diào)運(yùn)維方面僅僅停留在動(dòng)力環(huán)境監(jiān)控方面，且動(dòng)環(huán)系統(tǒng)不具備統(tǒng)計(jì)、分析、存儲(chǔ)功能，缺少能耗分析和分項(xiàng)計(jì)量，能耗管理系統(tǒng)有待優(yōu)化完善。研究和構(gòu)建基于動(dòng)環(huán)系統(tǒng)的智慧運(yùn)維和能效優(yōu)化平臺(tái)，將會(huì)成為今后提升運(yùn)維效率和節(jié)能降耗的重要工具。

1 空調(diào)智慧運(yùn)維和自動(dòng)駕駛平臺(tái)

開(kāi)發(fā)一個(gè)空調(diào)智慧運(yùn)維和自動(dòng)駕駛平臺(tái)，主要包括數(shù)據(jù)采集、仿真系統(tǒng)、診斷系統(tǒng)及智能巡檢系統(tǒng)。平臺(tái)采用大數(shù)據(jù)采集、大數(shù)據(jù)分析、大數(shù)據(jù)診斷以及功能呈現(xiàn)的方式，通過(guò)通信機(jī)樓動(dòng)環(huán)系統(tǒng)聚合空調(diào)設(shè)備及IT設(shè)備，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控和分析診斷功能[2]。空調(diào)智慧運(yùn)維和自動(dòng)駕駛平臺(tái)總體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 空調(diào)智慧運(yùn)維和自動(dòng)駕駛平臺(tái)總體架構(gòu)

通過(guò)對(duì)通信機(jī)樓空調(diào)運(yùn)行數(shù)據(jù)和能耗數(shù)據(jù)的采集、處理、分析，采用專(zhuān)用節(jié)能算法找出空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能運(yùn)行空間[3]。此外，采用專(zhuān)用健康診斷算法得出對(duì)空調(diào)系統(tǒng)及機(jī)房系統(tǒng)的評(píng)估，有效判斷故障告警信息。建立3D模型進(jìn)行動(dòng)態(tài)數(shù)值仿真，將仿真數(shù)據(jù)與實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行孿生映射與交互，解決機(jī)房環(huán)境局部熱點(diǎn)問(wèn)題[4]。

2 節(jié)能實(shí)踐案例

在中國(guó)移動(dòng)江蘇省某通信機(jī)樓進(jìn)行軟件部署和功能性測(cè)試，驗(yàn)證其節(jié)能效果。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)查勘，完成圖紙標(biāo)定。采用房間級(jí)風(fēng)冷機(jī)房專(zhuān)用空調(diào)，地板下送風(fēng)。封閉冷通道、熱通道頂部敞開(kāi)，地板上高度為4.08 m，地板下高度為0.60 m。。機(jī)樓某機(jī)房平面部署如圖2所示。

圖2 機(jī)樓某機(jī)房平面部署

采用艾默生空調(diào)設(shè)備，雙壓縮機(jī)工作，額定制冷量為81.4 kW。此外，使用3臺(tái)風(fēng)機(jī)，尺寸為2 553 mm×874 mm×1 970 mm，風(fēng)量為 20 160 m3/h。對(duì)接動(dòng)環(huán)平臺(tái)C接口數(shù)據(jù)，獲取當(dāng)前空調(diào)送回風(fēng)溫度設(shè)定值、空調(diào)配電屏總有功功率、列頭柜有功功率以及各支路有功功率等。根據(jù)機(jī)房情況進(jìn)行計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（Computational Fluid Dynamics，CFD）仿真參數(shù)配置，生成氣流組織模擬云圖，包括空調(diào)負(fù)荷情況、機(jī)柜負(fù)荷情況、機(jī)柜底部/中部/頂部溫度場(chǎng)以及空調(diào)流線場(chǎng)等，為分析各項(xiàng)氣流指標(biāo)及優(yōu)化配置提供支撐[5]。機(jī)房環(huán)境CFD仿真如圖3所示。

圖3 機(jī)房環(huán)境分析

當(dāng)監(jiān)測(cè)機(jī)房?jī)?nèi)局部溫度異常時(shí)，通過(guò)加強(qiáng)冷熱通道封閉、送回風(fēng)口位置優(yōu)化以及安裝主動(dòng)送風(fēng)元件等措施優(yōu)化氣流分布。在承載部分負(fù)荷時(shí)，檢查空調(diào)開(kāi)啟數(shù)量是否合適，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行冷量管理，匹配當(dāng)前機(jī)房冷量需求。分析機(jī)房空調(diào)機(jī)柜數(shù)量及負(fù)荷（包括建筑負(fù)荷），根據(jù)機(jī)房負(fù)荷及氣流組織尋優(yōu)結(jié)果提高空調(diào)回風(fēng)溫度。節(jié)能平臺(tái)空調(diào)節(jié)能診斷頁(yè)面如圖4所示。

圖4 節(jié)能平臺(tái)空調(diào)節(jié)能診斷頁(yè)面展示

某機(jī)房節(jié)能調(diào)測(cè)結(jié)果如表1所示。

表1 節(jié)能調(diào)測(cè)結(jié)果

節(jié)能調(diào)測(cè)調(diào)優(yōu)后平臺(tái)頁(yè)面如圖5所示。

圖5 節(jié)能調(diào)測(cè)調(diào)優(yōu)后平臺(tái)頁(yè)面

3 結(jié) 論

通過(guò)在通信機(jī)樓部署節(jié)能軟件，空調(diào)節(jié)能率在20%以上，節(jié)能效果顯著。該平臺(tái)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的調(diào)測(cè)調(diào)優(yōu)和迭代優(yōu)化，采用人工智能技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、數(shù)字孿生技術(shù)以及自控技術(shù)，通過(guò)IT系統(tǒng)、動(dòng)環(huán)系統(tǒng)、冷源系統(tǒng)協(xié)同聯(lián)動(dòng)實(shí)現(xiàn)機(jī)房智能自適應(yīng)制冷和按需精確供冷，從而達(dá)到通信機(jī)樓節(jié)能減碳的目的。