- 通信機樓的節能改造需求及方案
1. 通信機樓的節能改造需求
數據中心的發展建設與相關政策緊密相關。自2020年以來，國家政策對數據中心的要求愈來愈高，數據中心產業隨之進入高質量轉型期，正往“集約化”、“綠色化”、“服務算力化”的方向發展。具體表現為：在“集約化”影響下布局向西部遷移加快；在“綠色化”影響下節能低碳要求更高、存量改造需求涌現；在“服務算力化”影響下算力服務興起。
在“雙碳”大背景下數據中心要求“綠色化”發展。自“十四五”以來，從國家到重點省市出臺了一系列的關于數據中心節能減排的相關政策法規。2021年《關于進一步加強數據中心項目節能審查的若干規定》中對不同能源消耗量段的數據中心的PUE批復值直接提出了明確要求；2021年《廣東省能源局關于明確全省數據中心能耗保障相關要求的通知》提出“十四五”期間PUE值需降低至1.3以下；2022年《內蒙古自治區“十四五”節能規劃》中提出新建數據中心的PUE值不超過1.3。可以得出，無論南北各地市對于數據中心的PUE限值都有明確且嚴苛的要求，數據中心節能減排勢在必行。
在新建數據中心低碳化發展的同時，存量數據中心的節能改造需求也逐漸興起。據CDCC、工信部數據測算結果顯示，2023-2025年我國數據中心節能改造市場空間規模超340億元，其需求主要來自運營商、第三方IDC服務商、金融等主體，其中又以運營商為主要對象。
經運營商調研及中國通服數字基建產業研究院數據分析顯示，在考慮存量數據中心規模、平均PUE現狀水平以及改造場景廣度的前提下，預估2023-2025年運營商節能改造市場規模約270億元，主要包括大中型數據中心、綜合樞紐樓、邊緣及接入局所等場景，上述場景市場規模分別約達56億元、70億元、17億元。其改造內容包含空調、電源、機柜搬遷、機房整改等，其中空調為主要整改方向，規模占比超70%，總規模約達100億元。
2. 通信機樓的節能改造方案
在老舊通信機樓能耗占比中，空調系統能耗高達IT設備的60%以上（CLF>0.6）,電源損耗及其他耗電約占IT設備的20%（OLF+PLF≈0.2）。對于這類老舊通信機樓，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質改變。所以通信機樓的節能改造也就聚焦于空調系統，這也與預估的整改規模占比相吻合。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能耗。
2.1 氟泵化改造
氟泵技術自08年在我國應用以來，從其利用自然冷源節能原理到長期實踐的節能效果都獲得了行業內的高度認可。近年來，運營商對于氟泵類空調的選用頻率在逐年增加，主要用于新建機樓的配置和存量機樓老舊空調的替換。但對于存量機樓內只使用了2~4年的風冷空調，出于經濟性等因素考慮直接做替換顯然不切實際，所以就需要用到投資小的改造方案—氟泵化改造。
改造原理：在普通風冷機房空調機組的基礎上，針對地設計并增加一套氟泵節能模塊（包括室外泵柜和室內電控盒），采用先進的智能控制系統，可使機組在同一套制冷系統中實現常規壓縮機制冷、壓縮機與氟泵同時工作的混合雙動力制冷、氟泵自然冷三種循環模式運行，將普通風冷機房空調機組改造為氟泵自然冷空調機組。室外低溫季節，機組根據室外環境溫度和室內負荷需求進行智能判斷，切換至氟泵自然冷節能模式，以低功率氟泵系統代替壓縮機運行，充分利用室外冷源，最大限度地減少壓縮機制冷模式的運行時間，從而有效地提升了機組的能效比。
氟泵技術的節能效果取決于自然冷源的利用時長，也就是在我國各地區的適用性不盡相同，具體表現為從南到北適用性逐漸提高。
2.2 變頻化改造
因歷史技術問題，早年間通信機樓內采用的風冷精密空調大多數都為定頻空調。而機房內IT設備的上架率往往偏低，造成空調制冷量與現場熱負荷不匹配，定頻空調卻無法根據實際熱負荷調整運行頻率，為了保持機房溫度，壓縮機只能頻繁啟停，這勢必會造成能源的浪費，也會縮短壓縮機的使用壽命。針對這類空調，同樣考慮到經濟因素無法直接進行替換，只能通過改造手段-變頻化改造來降低運行能耗。
改造原理：變頻化改造需在空調旁安裝節能控制柜，節能控制柜的接線安裝主要是將原壓縮機空開與空調主電源之間的連接電源斷開，空調主空開后端增加一組電源接線到節能控制柜的進線端；節能控制柜電源輸出端至壓縮機空開上端，室內風機的接線亦是如此。節能控制柜的接線改造不更改空調原控制系統的接線，節能控制柜始終保持和遵循空調本身的運行邏輯。
節能控制柜會根據冷量的實時需求，調節壓縮機的轉速。壓縮機可類同于恒轉矩負載，其功率與轉速成正比關系，當壓縮機轉速下降時，功率等比例下降。而對空調制冷系統而言，降低壓縮機轉速，冷媒的質量流量下降，換熱效率會得到提升，從而提高了空調的制冷效率。通過降低壓縮機轉速的手段，可以用更小的功率滿足同等的制冷需求，大幅降低壓縮機的啟停次數，實現節能控制柜對空調運行的節能降耗。
變頻化改造實施后除節能效果外，還能帶來以下附加價值：
①減少壓縮機啟停，延長空調壽命。
②提高送風精度，設備運行更安全。
③實時監測數據，節能效果真實可信。
2.3 水冷化改造
通信機樓因前期土建規劃及后期機房擴容等問題，其風冷精密空調的室外機往往擺放較為緊湊，且周圍有陽臺格柵等遮擋物，易造成空調高溫報警，且冷凝溫度上升后空調能耗也會隨之增加。另外若通信機樓臨近居民樓，風冷室外機的風扇噪音也會影響到居民日常生活，經常會遭到投訴。針對以上痛點，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（冷媒）流動的管道浸沒在冷介質（涼水）中，或者流動的熱介質與流動的冷介質之間間隔高效傳熱的熱導體，熱介質與冷介質之間不直接相容混合，通過導熱間壁將熱介質的熱量傳遞給冷介質，以降低熱介質的溫度和壓力。具體實施是在空調室外機冷凝器出口側串聯水氟換熱器，冷媒通過換熱器將熱量傳遞給水，水側依靠水泵驅動循環將熱量帶到冷卻塔進行散熱。
與氟泵化改造相反，水冷化改造的節能效果是從北到南逐漸提高。這是由于北部地區的低溫天氣較多，風冷室外機的開啟頻率相對較低，冷凝溫度處于正常范圍，水冷化改造的節能效果就會降低。
2.4 AI群控改造
降低機房空調的運行能耗除提升空調自身性能外，運行管理也至關重要，目前機房內基本都是由運維人員人為管理。人為管理由于人力、經驗、精力等條件限制，會存在以下問題：
①空調常年打開-在室溫沒達到預警值時，空調一直空載運行，產生不必要的耗電；
②空調采用固定溫度/風量設置-不能根據空調狀態、室溫動態調整，產生多余耗電；
③空調(在施工時)被人為調整至低溫-無恢復機制，產生額外人為耗電；
④空調老化-老化后的空調為達到預設冷量會額外耗費更多電能。為解決上述痛點，推薦采用AI群控改造對機房內空調進行智能化管理。
改造原理：為機房所有空調加裝分析控制單元，并在機柜內及回風通道上加裝溫度傳感器，嵌入式智能軟件及物聯網技術實現機房內空調智能群控，達到能耗最優、空調壽命最優、溫控最優：
①空調EER分析：使用分析控制單元對每臺設備EER（制冷效率）進行分析，識別出每臺空調效能情況；
②冷量需求統計：監測根據分布式溫度傳感器集群數據分析，計算出機房實時冷量需求；
③空調集群控制：分析控制單元集群及傳感器集群通過AirLink無線物聯網將數據上報智能網關，由智能網關根據制冷需求量及空調性能等數據，并以負載均衡算法智能控制各空調啟停。
2.5 氣流組織改造
機房內的氣流組織情況直接決定了空調的設定回風溫度。在遠端機柜進風量不足導致熱點、空調送回風冷熱摻混等不利條件下，只能通過降低空調設定回風溫度來維持機房環溫。而回風溫度越低，空調能耗也會越高。為解決此類問題，需要根據機房實際情況進行氣流組織改造，下面也推薦幾種高效可行的改造方案。
2.6 總結
節能改造方案的選用與現場實際情況密不可分，需做到具體項目具體分析。土建基礎、氣候條件、機房規劃、經濟條件等客觀因素都會影響到方案的選用。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、投資回收周期短的綜合型方案。
