• 通信機(jī)樓的節(jié)能改造需求及方案

1. 通信機(jī)樓的節(jié)能改造需求
數(shù)據(jù)中心的發(fā)展建設(shè)與相關(guān)政策緊密相關(guān)。自2020年以來，國(guó)家政策對(duì)數(shù)據(jù)中心的要求愈來愈高，數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)隨之進(jìn)入高質(zhì)量轉(zhuǎn)型期，正往“集約化”、“綠色化”、“服務(wù)算力化”的方向發(fā)展。具體表現(xiàn)為：在“集約化”影響下布局向西部遷移加快；在“綠色化”影響下節(jié)能低碳要求更高、存量改造需求涌現(xiàn)；在“服務(wù)算力化”影響下算力服務(wù)興起。
在“雙碳”大背景下數(shù)據(jù)中心要求“綠色化”發(fā)展。自“十四五”以來，從國(guó)家到重點(diǎn)省市出臺(tái)了一系列的關(guān)于數(shù)據(jù)中心節(jié)能減排的相關(guān)政策法規(guī)。2021年《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目節(jié)能審查的若干規(guī)定》中對(duì)不同能源消耗量段的數(shù)據(jù)中心的PUE批復(fù)值直接提出了明確要求；2021年《廣東省能源局關(guān)于明確全省數(shù)據(jù)中心能耗保障相關(guān)要求的通知》提出“十四五”期間PUE值需降低至1.3以下；2022年《內(nèi)蒙古自治區(qū)“十四五”節(jié)能規(guī)劃》中提出新建數(shù)據(jù)中心的PUE值不超過1.3。可以得出，無論南北各地市對(duì)于數(shù)據(jù)中心的PUE限值都有明確且嚴(yán)苛的要求，數(shù)據(jù)中心節(jié)能減排勢(shì)在必行。
在新建數(shù)據(jù)中心低碳化發(fā)展的同時(shí)，存量數(shù)據(jù)中心的節(jié)能改造需求也逐漸興起。據(jù)CDCC、工信部數(shù)據(jù)測(cè)算結(jié)果顯示，2023-2025年我國(guó)數(shù)據(jù)中心節(jié)能改造市場(chǎng)空間規(guī)模超340億元，其需求主要來自運(yùn)營(yíng)商、第三方IDC服務(wù)商、金融等主體，其中又以運(yùn)營(yíng)商為主要對(duì)象。
經(jīng)運(yùn)營(yíng)商調(diào)研及中國(guó)通服數(shù)字基建產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù)分析顯示，在考慮存量數(shù)據(jù)中心規(guī)模、平均PUE現(xiàn)狀水平以及改造場(chǎng)景廣度的前提下，預(yù)估2023-2025年運(yùn)營(yíng)商節(jié)能改造市場(chǎng)規(guī)模約270億元，主要包括大中型數(shù)據(jù)中心、綜合樞紐樓、邊緣及接入局所等場(chǎng)景，上述場(chǎng)景市場(chǎng)規(guī)模分別約達(dá)56億元、70億元、17億元。其改造內(nèi)容包含空調(diào)、電源、機(jī)柜搬遷、機(jī)房整改等，其中空調(diào)為主要整改方向，規(guī)模占比超70%，總規(guī)模約達(dá)100億元。
2. 通信機(jī)樓的節(jié)能改造方案
在老舊通信機(jī)樓能耗占比中，空調(diào)系統(tǒng)能耗高達(dá)IT設(shè)備的60%以上（CLF>0.6）,電源損耗及其他耗電約占IT設(shè)備的20%（OLF+PLF≈0.2）。對(duì)于這類老舊通信機(jī)樓，電源改造難度較大且改造空間較小，其他耗電受土建及客觀因素影響也較難有實(shí)質(zhì)改變。所以通信機(jī)樓的節(jié)能改造也就聚焦于空調(diào)系統(tǒng)，這也與預(yù)估的整改規(guī)模占比相吻合。本文下面介紹的改造方案的改造方向也都是直接或間接地降低空調(diào)能耗。
2.1 氟泵化改造
氟泵技術(shù)自08年在我國(guó)應(yīng)用以來，從其利用自然冷源節(jié)能原理到長(zhǎng)期實(shí)踐的節(jié)能效果都獲得了行業(yè)內(nèi)的高度認(rèn)可。近年來，運(yùn)營(yíng)商對(duì)于氟泵類空調(diào)的選用頻率在逐年增加，主要用于新建機(jī)樓的配置和存量機(jī)樓老舊空調(diào)的替換。但對(duì)于存量機(jī)樓內(nèi)只使用了2~4年的風(fēng)冷空調(diào)，出于經(jīng)濟(jì)性等因素考慮直接做替換顯然不切實(shí)際，所以就需要用到投資小的改造方案—氟泵化改造。
改造原理：在普通風(fēng)冷機(jī)房空調(diào)機(jī)組的基礎(chǔ)上，針對(duì)地設(shè)計(jì)并增加一套氟泵節(jié)能模塊（包括室外泵柜和室內(nèi)電控盒），采用先進(jìn)的智能控制系統(tǒng)，可使機(jī)組在同一套制冷系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)常規(guī)壓縮機(jī)制冷、壓縮機(jī)與氟泵同時(shí)工作的混合雙動(dòng)力制冷、氟泵自然冷三種循環(huán)模式運(yùn)行，將普通風(fēng)冷機(jī)房空調(diào)機(jī)組改造為氟泵自然冷空調(diào)機(jī)組。室外低溫季節(jié)，機(jī)組根據(jù)室外環(huán)境溫度和室內(nèi)負(fù)荷需求進(jìn)行智能判斷，切換至氟泵自然冷節(jié)能模式，以低功率氟泵系統(tǒng)代替壓縮機(jī)運(yùn)行，充分利用室外冷源，最大限度地減少壓縮機(jī)制冷模式的運(yùn)行時(shí)間，從而有效地提升了機(jī)組的能效比。 氟泵技術(shù)的節(jié)能效果取決于自然冷源的利用時(shí)長(zhǎng)，也就是在我國(guó)各地區(qū)的適用性不盡相同，具體表現(xiàn)為從南到北適用性逐漸提高。
2.2 變頻化改造
因歷史技術(shù)問題，早年間通信機(jī)樓內(nèi)采用的風(fēng)冷精密空調(diào)大多數(shù)都為定頻空調(diào)。而機(jī)房?jī)?nèi)IT設(shè)備的上架率往往偏低，造成空調(diào)制冷量與現(xiàn)場(chǎng)熱負(fù)荷不匹配，定頻空調(diào)卻無法根據(jù)實(shí)際熱負(fù)荷調(diào)整運(yùn)行頻率，為了保持機(jī)房溫度，壓縮機(jī)只能頻繁啟停，這勢(shì)必會(huì)造成能源的浪費(fèi)，也會(huì)縮短壓縮機(jī)的使用壽命。針對(duì)這類空調(diào)，同樣考慮到經(jīng)濟(jì)因素?zé)o法直接進(jìn)行替換，只能通過改造手段-變頻化改造來降低運(yùn)行能耗。 改造原理：變頻化改造需在空調(diào)旁安裝節(jié)能控制柜，節(jié)能控制柜的接線安裝主要是將原壓縮機(jī)空開與空調(diào)主電源之間的連接電源斷開，空調(diào)主空開后端增加一組電源接線到節(jié)能控制柜的進(jìn)線端；節(jié)能控制柜電源輸出端至壓縮機(jī)空開上端，室內(nèi)風(fēng)機(jī)的接線亦是如此。節(jié)能控制柜的接線改造不更改空調(diào)原控制系統(tǒng)的接線，節(jié)能控制柜始終保持和遵循空調(diào)本身的運(yùn)行邏輯。
節(jié)能控制柜會(huì)根據(jù)冷量的實(shí)時(shí)需求，調(diào)節(jié)壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速。壓縮機(jī)可類同于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，其功率與轉(zhuǎn)速成正比關(guān)系，當(dāng)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速下降時(shí)，功率等比例下降。而對(duì)空調(diào)制冷系統(tǒng)而言，降低壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速，冷媒的質(zhì)量流量下降，換熱效率會(huì)得到提升，從而提高了空調(diào)的制冷效率。通過降低壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速的手段，可以用更小的功率滿足同等的制冷需求，大幅降低壓縮機(jī)的啟停次數(shù)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能控制柜對(duì)空調(diào)運(yùn)行的節(jié)能降耗。 變頻化改造實(shí)施后除節(jié)能效果外，還能帶來以下附加價(jià)值：
①減少壓縮機(jī)啟停，延長(zhǎng)空調(diào)壽命。
②提高送風(fēng)精度，設(shè)備運(yùn)行更安全。
③實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，節(jié)能效果真實(shí)可信。
2.3 水冷化改造
通信機(jī)樓因前期土建規(guī)劃及后期機(jī)房擴(kuò)容等問題，其風(fēng)冷精密空調(diào)的室外機(jī)往往擺放較為緊湊，且周圍有陽臺(tái)格柵等遮擋物，易造成空調(diào)高溫報(bào)警，且冷凝溫度上升后空調(diào)能耗也會(huì)隨之增加。另外若通信機(jī)樓臨近居民樓，風(fēng)冷室外機(jī)的風(fēng)扇噪音也會(huì)影響到居民日常生活，經(jīng)常會(huì)遭到投訴。針對(duì)以上痛點(diǎn)，推薦采用水冷化改造方案。 改造原理：水冷化通俗理解就是將熱介質(zhì)（冷媒）流動(dòng)的管道浸沒在冷介質(zhì)（涼水）中，或者流動(dòng)的熱介質(zhì)與流動(dòng)的冷介質(zhì)之間間隔高效傳熱的熱導(dǎo)體，熱介質(zhì)與冷介質(zhì)之間不直接相容混合，通過導(dǎo)熱間壁將熱介質(zhì)的熱量傳遞給冷介質(zhì)，以降低熱介質(zhì)的溫度和壓力。具體實(shí)施是在空調(diào)室外機(jī)冷凝器出口側(cè)串聯(lián)水氟換熱器，冷媒通過換熱器將熱量傳遞給水，水側(cè)依靠水泵驅(qū)動(dòng)循環(huán)將熱量帶到冷卻塔進(jìn)行散熱。
與氟泵化改造相反，水冷化改造的節(jié)能效果是從北到南逐漸提高。這是由于北部地區(qū)的低溫天氣較多，風(fēng)冷室外機(jī)的開啟頻率相對(duì)較低，冷凝溫度處于正常范圍，水冷化改造的節(jié)能效果就會(huì)降低。 2.4 AI群控改造
降低機(jī)房空調(diào)的運(yùn)行能耗除提升空調(diào)自身性能外，運(yùn)行管理也至關(guān)重要，目前機(jī)房?jī)?nèi)基本都是由運(yùn)維人員人為管理。人為管理由于人力、經(jīng)驗(yàn)、精力等條件限制，會(huì)存在以下問題：
①空調(diào)常年打開-在室溫沒達(dá)到預(yù)警值時(shí)，空調(diào)一直空載運(yùn)行，產(chǎn)生不必要的耗電；
②空調(diào)采用固定溫度/風(fēng)量設(shè)置-不能根據(jù)空調(diào)狀態(tài)、室溫動(dòng)態(tài)調(diào)整，產(chǎn)生多余耗電；
③空調(diào)(在施工時(shí))被人為調(diào)整至低溫-無恢復(fù)機(jī)制，產(chǎn)生額外人為耗電；
④空調(diào)老化-老化后的空調(diào)為達(dá)到預(yù)設(shè)冷量會(huì)額外耗費(fèi)更多電能。為解決上述痛點(diǎn)，推薦采用AI群控改造對(duì)機(jī)房?jī)?nèi)空調(diào)進(jìn)行智能化管理。 改造原理：為機(jī)房所有空調(diào)加裝分析控制單元，并在機(jī)柜內(nèi)及回風(fēng)通道上加裝溫度傳感器，嵌入式智能軟件及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)機(jī)房?jī)?nèi)空調(diào)智能群控，達(dá)到能耗最優(yōu)、空調(diào)壽命最優(yōu)、溫控最優(yōu)：
①空調(diào)EER分析：使用分析控制單元對(duì)每臺(tái)設(shè)備EER（制冷效率）進(jìn)行分析，識(shí)別出每臺(tái)空調(diào)效能情況；
②冷量需求統(tǒng)計(jì)：監(jiān)測(cè)根據(jù)分布式溫度傳感器集群數(shù)據(jù)分析，計(jì)算出機(jī)房實(shí)時(shí)冷量需求；
③空調(diào)集群控制：分析控制單元集群及傳感器集群通過AirLink無線物聯(lián)網(wǎng)將數(shù)據(jù)上報(bào)智能網(wǎng)關(guān)，由智能網(wǎng)關(guān)根據(jù)制冷需求量及空調(diào)性能等數(shù)據(jù)，并以負(fù)載均衡算法智能控制各空調(diào)啟停。
2.5 氣流組織改造
機(jī)房?jī)?nèi)的氣流組織情況直接決定了空調(diào)的設(shè)定回風(fēng)溫度。在遠(yuǎn)端機(jī)柜進(jìn)風(fēng)量不足導(dǎo)致熱點(diǎn)、空調(diào)送回風(fēng)冷熱摻混等不利條件下，只能通過降低空調(diào)設(shè)定回風(fēng)溫度來維持機(jī)房環(huán)溫。而回風(fēng)溫度越低，空調(diào)能耗也會(huì)越高。為解決此類問題，需要根據(jù)機(jī)房實(shí)際情況進(jìn)行氣流組織改造，下面也推薦幾種高效可行的改造方案。 2.6 總結(jié)
節(jié)能改造方案的選用與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況密不可分，需做到具體項(xiàng)目具體分析。土建基礎(chǔ)、氣候條件、機(jī)房規(guī)劃、經(jīng)濟(jì)條件等客觀因素都會(huì)影響到方案的選用。且方案之間也可組合搭配，旨在提供使得客戶滿意、可行性強(qiáng)、投資回收周期短的綜合型方案。