第02号-通信机房用电分析及节能方案建议

中国电信节能技术与应用蓝皮书第02号中国电信通信机房用电分析及节能方案建议版本：V1.0中国电信股份有限公司中国电信电源维护技术支撑中心2008年11月中国电信节能技术与应用蓝皮书第02号第2页共26页中国电信节能技术与应用蓝皮书第02号第3页共26页1．概述电力资源作为通信行业的支柱能源，在建设和发展中占有不可替代的作用。这几年随着国民经济的迅猛发展，电力短缺的形势日趋严峻，创建节能型企业已经成为整个社会的共识。电信行业虽然不是耗能大户，但是近几年中国通信事业的飞速发展，通信机楼的不断兴建，大量接入网机房和模块局机楼的投入使用，使电信行业用电成本不断上涨，实际消耗的能源也还是相当可观的。节约能源，降低成本已经成为电信行业的增收节支的一个重要环节。2．节能的方向:节能工作可以从以下几个方面开展。从通信设备方向可以进行的节能工作：从芯片级入手考虑通信设备的选型；采用节能型通信设备，同时将交换、传输、数据等通信设备的耗电量指标纳入设备选型及采购入围的重要参考因素；关、停、并闲置的通信设备。从通信电源设备方向可以进行的节能工作有：淘汰效率低的变压器；中小型局站尽量不采用变压器；效率低下的电源设备更换；电源设备供电负荷率合理调整；通信电源谐波合理治理；功率因数合理补偿；电源维护管理制度的强化；减少配电线损耗；通信电源休眠节能技术；高压直流供电技术；提高通信电源设备的转换效率等因素。从机房空调与环境方向可以进行的节能工作有：机房门窗隔热封堵；机房设备布局调整；IDC机房下送风的应用；IDC机房机柜内冷却；上送风机房气流组织的改善；机房空调温度设定合理调整；旧空调主机更换；室外机冷水雾化冷却节能；空调电费精确化管理；空调维护管理制度的强化；空调风机变频调速节能；送风管路合理调整；空调水泵变频调速节能；小型机房一体化空调机节能等。从办公营业场所方向可以进行的节能工作有：办公空调精确管理；办公空调维护检查；办公用电子设备使用精确管理；照明精确管理；推广使用相同亮度的节能灯；改善自然采光；照明的分段控制；采用高效照明灯具；节能项目考核检查制度的强化等。从应用的节能新技术方向可以进行的节能工作有：新风节能技术（包括直接新风入机房的节能方式、室内外热交换板节能方式）；变频节能技术；空调变设定节能技术；新型制冷剂技术；通信电源休眠节能技术；高压直流供电技术；乙二醇节能技术；空调室外机雾化中国电信节能技术与应用蓝皮书第02号喷淋技术；机房一体化空调节能技术等；空调冷水机组水化学处理节能技术；上送风IDC机房采用全封闭冷气通道送风节能技术；机房新风水帘过滤节能技术等。从新能源利用方向可以进行的节能工作有：太阳能的利用；风能的利用；地热能的利用等。3．通信机房用电分析：从电信部门的数据统计中我们可以得知：通信设备能耗占总能耗的45％，空调系统占40％，电源系统占10%，照明系统及其他占5%。由于单台通信设备、单台电源设备及单台照明设备的用电一般在投入运行后基本不变,因此只有在设备采购选型时考虑选择节能性设备，从源头上昀大限度的节约用电。空调系统能耗与设备选型、环境温度、气流组织、送风方式等有很大的关系，成为电信行业节能的首要对象。以下对各类设备的用电进行分析。3.1通信设备分析：某知名电源厂商公布的数据，当在芯片级每降低1W的功耗，由此而带来的电源转换、配电系统、UPS、制冷系统和变压器等一系列的功耗降低，将会达到2.68~2.84W。这种芯片级的节能降耗，将是电信实现绿色节能的昀首要措施。如图3-1所示。图3-1通信局站供电系统损耗图如图3-2是国外某研究机构对数据中心的能耗分析，由图示可以看出，数据中心每100W的能量消耗，昀终只有1.4W用于运算过程，所以芯片级的节能是我们节能降耗的重点。第4页共26页中国电信节能技术与应用蓝皮书第02号图3-2IT负载的效率由于通信设备全年8760小时不停运转，所以交换、传输、数据等通信设备的耗电量指标、通信电源设备的转换效率指标应纳入设备选型入围的重要参考因素，只有从通信设备采购源头上把好节能关，就能可以节约大量宝贵的电能。以下是某省对通信设备的能耗检测情况；我们可以看出同类型的设备，耗电情况昀大的差好几倍，所以说从通信设备的采购时选用功耗小的通信设备，是节能降耗的昀好方式。通信设备能耗检测设备名称功率/容量（w/线）S12401.451F1501.357爱立信1.340西门子0.326华为08机0.498华为08机0.497NEC0.581郎讯5ESS0.667交换设备UT20000.405阿尔卡特7300－HD1.409阿尔卡特7300－UD1.507阿尔卡特73021.869宽带接入华为5600（大设备）2.423功率/片（w/片）HP-BL209G3245.936刀片服务器华为BH22刀片服务器133.726第5页共26页中国电信节能技术与应用蓝皮书第02号第6页共26页表3-1：通信设备能耗检测表3.2供电系统转换效率分析：以下是某省对通信用供电设备的能耗检测情况；我们可以看出同类型的通信用供电设备，供电效率及功率因数情况有很大的不同。因此选用供电转换效率高的通信电源也是一种有效的能源解决方案：3.2.1主流厂家开关电源供电转换效率比较1.大系统（100A模块）负载率艾默生中兴珠江易达天东洲际中达20%87.8%84%91.5%88.9%86.3%90.5%89.2%50%91.8%88.6%94.3%92.2%88.8%92.2%91.0%100%90.6%88.9%93.5%89.0%87.6%89.6%89.3%表3-2开关电源大系统供电转换效率2.中系统（50A模块）负载率艾默生中兴珠江易达天东洲际中达20%81.4%87.1%82.0%87.3%86.3%85.1%87.6%50%88.0%89.0%90.6%90.0%88.8%88.8%91.6%100%88.8%88.2%89.8%90.0%87.6%87.9%92.0%表3-3开关电源中系统供电转换效率3.小系统（30A模块）负载率艾默生中兴珠江易达天东洲际中达20%86.7%86.7%80.4%86.4%85.4%87.3%89.5%50%90.4%89.5%86.5%89.6%88.6%89.8%90.1%100%89.8%91.9%87.8%88.9%87.9%90.1%89.5%表3-4开关电源小系统供电转换效率3.2.2主流UPS供电效率品牌力博特300KVA(1+1)梅兰日兰300KVA(2+1)力博特400kVA（1＋1）索克曼60kVA（1＋1）瑞士NEWAVE模块UPS武汉普天模块UPSGESitePro系列300KVAGELanPro系列80KVA满载整机效率－91％91%91%90.7％－89.8%93.7%输入功率因数0.880.990.840.970.940.990.960.99表3-5：UPS供电效率以我们测试过的广州某局的UPS为例，GALAXY6000-300KVA，，我们在空载及满载分别测试三台UPS的输入与输出参数，每台UPS的空载损耗是6KW,带线性负载测试满载损耗是24KW,单机满载时转换效率约为90%。没有加上电池自身的损耗。假如是1+1热备份的UPS系统,100%带载损耗为24*2=48KW，其中单台加载损耗是中国电信节能技术与应用蓝皮书第02号第7页共26页24-6=18KW。假如1+1热备份的UPS系统满载，也就是每台带载50%，即60KW,总损耗按线性计算为6*2+9*2=30KW，可算得效率=(240-30)/240=87.5%,(实际不是线性的,是曲线)；假如1+1热备份的UPS系统半载，也就是每台带载25%，即30KW,总损耗按线性计算为6*2+4.5*2=21KW,效率=(120-21)/120=82.5%；假如1+1热备份的UPS系统带1/4负载呢,也就是每台带载12.5%,负载损耗为6*2+2.25*2=16.5KW,效率=(60-16.5)/60=72.5%。由此可见，当UPS负载很轻时，损耗是很大的。而且由于加载损耗的变化不是一条直线，所以实际运行时轻载的损耗会比上面计算的更大。3.3空调能耗分析空调用电在通信部门中占有很大的份额，其自身的消耗功率与节能减排有直接关系，所以选用的空调设备应明确产品与节能减排相关的主要技术参数。如制冷主机应给出在额定制冷工况下和规定条件下的制冷系数（COP值）和使用的制冷剂种类。空调水泵的效率。冷却塔的漂水损失。风冷空调机的制冷系数（COP值）等。下面是一些符合节能要求的空调设备的制冷系数、水泵效率、漂水率、能效比，我们选用空调设备时应至少大于下面所列数值。1.中央空调制冷主机性能（制冷）系数：制冷量与耗电量的比值（W/W），见下表3-6。类型额定制冷量（kW）性能系数（W/W）528≥4.70528~1163≥5.10螺杆式1163≥5.60528≥5.00528~1163≥5.50水冷离心式1163≥6.10活塞式/涡旋式≤5050≥2.60≥2.80风冷或蒸发冷却螺杆式≤5050≥2.80≥3.00表3-6中央空调制冷主机性能（制冷）系数2.水泵，空调冷冻、冷却水泵效率≥82％3.冷却塔，冷却塔的漂水率≤0.005％。4.分体空调，普通分体机制冷系数（COP值）≥2.8。5.单元式空调机组、恒温恒湿空调，其能效比（EER）不应低于下表3-7规定的数值。类型能效比（W/W）不接风管3.00风冷式接风管2.70中国电信节能技术与应用蓝皮书第02号不接风管3.40水冷式接风管3.10表3-7单元式空调机组、恒温恒湿空调，其能效比3.4IDC用电情况分析：IDC业务属于中国电信重要转型业务之一，发展迅速，规模越来越大，消耗的电能、空调冷量也越来越多。近年来，数据中心机房的建设水平有了很大的提高，但是与国外先进的数据中心机房相比，国内普遍存在着“一流设备、二流设计、三流管理”的现状；同时，数据中心机房能源需求和能源成本急剧增大，也引起政府与业界的普遍关注。为此，在规划设计数据中心（IDC）不断加大功能的同时，如何提高设备或系统的效率、节约能耗，提高电能利用率、消除机房过热的问题，是许多数据中心面临的严峻挑战，成为规划设计者、建设维护者和终端用户共同考虑的问题。如何打造既具有高可用性又节能的绿色数据中心。由于IDC耗能巨大，节能的潜力很大，IDC的用电主要是以下部分，一个是服务器等通信设备的用电，二是空调设备的用电，三是通信电源转换过程中的能耗。图3-3IDC供电模式刀片服务器及存储服务器等数据设备的大量使用和发展，早期IDC供电容量1kVA/柜以下，而近期IDC已经发展到4kVA/柜左右，及未来IDC供电容量有可能达到12kVA/柜左右，单柜供电容量日益增加，对现有的制冷方式提出严峻考验。随着数据中心内部IT运营与维护的成本不断的增加，迫切需要提高单位空间的运行效率，构建绿色IDC运行网络。从国内外研究机构对电信部门IDC的用电数据统计中得知：通第8页共26页中国电信节能技术与应用蓝皮书第02号信设备能耗占总能耗的38~63％，空调系统能耗占23~54％，电源系统占6~13%，照明系统及其他占1~2%。由于单台通信设备、单台电源设备及单台照明设备的用电一般在投入运行后基本不变,因此只有在设备采购选型时考虑选择节能性设备，从源头上昀大限度的节约用电。空调系统能耗与设备选型、环境温度、气流组织、送风方式等有很大的关系，成为电信行业节能的首要对象。图3-4是IDC各类设备的用电比例图。图3-4：IDC用电比例图通信设备的用电我们前面分析过，与服务器本身的功耗有关，同样类型、同样处理能力的服务器益选用功耗小的服务器。通信电源转换过程中的能耗也是要同样高度关注的问题，从我们实测的情况看，传统的供电模式-交流UPS系统，单机效率低，满载时只有80%多，轻载时只有60~70%，并机冗余系统有的效率在40-50%。同时交流UPS可靠性低，如果逆变模块损坏，即使蓄电池有充足的电量，也是不能供电给负载的。空调设备的制冷系数（COP）我