通信机楼能耗管控要点及优化实践

周 浩，王 振

（中国移动通信集团有限公司网络事业部，北京 100032）

0 引 言

工业和信息化部、国家机关事务管理局、国家能源局三部门联合发布《关于加强绿色数据中心建设的指导意见》中指出，2022年数据中心平均能耗基本达到国际先进水平[1]。2021年，中央经济工作会要求做好“碳达峰、碳中和”工作。中国移动在2021年发布了《中国移动碳达峰碳中和行动计划白皮书》，明确了严控自身能源消耗和碳排放增幅，持续降低能耗[2]。为了提高电能使用效率、降低用电成本，通过实施完整的标准、规范，采用节能技改、节能监测、数据核验、自我评价、能效对标以及节能考核等措施，持续改进能耗管控体系，实现管控目标。通过分析目前通信机楼能耗现状，明确了能耗管控工作的重要性，讨论了能耗管控工作的主要内容及评价标准，分析了能耗管控工作的要点[3]。

1 通信机楼能耗分析

通信机楼能耗的组成部分主要包括制冷系统、IT设备（服务器、网络设备等）、供配电系统（发电机、不间断电源等）、照明设备以及办公设备等，具体如图1所示。目前，我国通信机楼中IT设备能耗占比最高。

图1 通信机楼能耗组成

根据《全国数据中心应用发展指引（2020）》，我国数据中心机架总规模为314.5万架，超大型数据中心平均电源使用效率（Power Usage- Effectiveness，PUE）为1.46，大型数据中心平均PUE为1.55，最优水平达到1.15[4]。

某运营商所有通信机楼2020年用电量约121.4×108kW·h，实际运行的PUE为1.59，高于行业平均水平及各地方政府能耗限定要求。根据该运营商通信机楼能耗情况，发现其具有以下3个主要特点。一是不同气候区域机楼电源使用效率PUE实际运行值普遍高于设计值；二是同一气候区域机楼PUE运行值跟负载率强相关，负载率越高，则PUE值越低；三是同一气候区域且PUE设计值和负载率接近的机楼运维精细化水平越高，则PUE越低。

2 通信机楼能耗管控工作存在的问题及要点

2.1 能耗管控工作存在的问题

（1）设计环节运维需求考虑不足、制冷技术落后。一是较少考虑实际运行活动，例如工程或运维人员活动区域划分、PUE采集手段建设等；二是空调制冷方式落后，普遍采用风冷空调，在网时间较长、能耗较高；三是气流组织低效，大部分为房间级制冷，气流组织混乱且未隔离冷热通道，对高功率机柜不能精确送风。

（2）运维粗放、负载率低。一是冷量损失，机柜无盲板且机房门常开，冷量跑冒滴漏；二是过度制冷，空调末端出风温度过低，高压冷机的供回水温度过低；三是制冷策略不合理，未合理应用板式换热器和蓄冷罐，同时未设置冷机自动启停等；四是负载率低，资源浪费情况严重。此外，部分机楼能耗数据采集手段有限，不易剔除办公用电、生活用电等能耗，PUE计算上存在一定误差。

2.2 能耗管控工作要点

建立一套完整、标准、规范的能耗管理体系，通过技改、监测、评价、对标以及考核等措施实现能效管控目标。

2.2.1 节能运维方面

节能运维其实并不复杂，通常包括管理气流、提升温度、采用自然冷却以及减少电力转换损耗。即使采用同样的节能技术，总会出现部分机楼PUE非常高、部分机楼PUE特别低的情况。在讨论整机柜服务器方案时，需要考虑在两台服务器之间用外物堵塞缝隙，从而减少冷热气流混合等问题。基于大量的实践经验，长期精细化、智能化调优。精细化要求对PUE的调整优化不放过任何细小的地方，例如在PUE监测采样时至少每秒取样一次，而智能化则是应用深度学习算法来帮助节能[5]。PUE是真实运行状态的反映，与IT负载率有很大关系。例如，服务器在空载运行时，其功耗可能只有满载时的30%左右，而制冷系统、不间断电源系统在IT负载越低时损耗越大，由此导致PUE升高。通过开展更加广泛且深入的数据采集与分析，切实推进各类节能措施落地，提高工作效率。

2.2.2 精细化能耗管控方面

精细化能耗管控工作需要从规划入网、运维管理到设备退网的全生命周期出发，做到能耗优化个性化、规范化以及持续化。规划入网阶段参与技术规范、图纸方案以及设备选型等评审和验收工作，从运维角度为内容提供支撑，提高落地实施的可操作性。运维管理阶段实施能耗优化，依托能耗数据分析能耗问题和趋势，针对性制定节能措施和实施方案。设备退网阶段建立低效、无效资产处置原则，对相关设备进行下电处置，提高仪器仪表、备品备件等运维工具的利用率，实现部分老旧设备零配件的回收再利用。

除全生命周期阶段管控之外，还需要强化机房能耗监测手段，确保PUE数据客观真实。目前各通信机楼在PUE核算上存在算法口径不统一、计量不准确、采集点缺失等问题，需要对机楼内的设备用电进行分项、分级计量，并定期做好维护和电表校准，确保能耗数据准确、完整、可溯源。与此同时，制定分级分类节能策略，从各环节加大管控力度。结合气候特点及负载率情况，深入分析不同场景下机楼能耗较高的根本原因，从制冷技术改造、节能运维优化以及机房容量管理3个方面制定节能整改方案，实现能耗管控工作的规范化、标准化、体系化。此外，明确能耗管控目标，落实常态化管理流程。能耗管控工作是一项长期持续的工作，需要针对每栋机楼制定能耗管控目标，持续跟踪IT设备、制冷设备等的能耗变化趋势，确保能耗指标符合要求。

3 通信机楼能耗管控优化实践

针对不同机楼能耗较高的问题，应考虑业务重要性，有侧重地采取不同的管控措施，确保风险可控。实践措施可分为3类，即节能运维优化、制冷技术改造、供配电技术创新。每一类措施根据风险等级分为3级，分别是应做（必做）、宜做（风险可控情况下必做）、选做。

3.1 机房配套设施方面

3.1.1 节能运维优化

（1）减少冷量损失（应做）。机柜盲板封堵，机房门关闭。

（2）避免过度制冷（应做）。优化冷通道温湿度探头位置，合理设置空调送风温度，适当提高冷通道温度。

（3）水处理及管路清洗（应做）。做好水质监测、水处理、管路清洗工作，提高空调系统制冷效率。

（4）优化空调系统运行策略（宜做）。充分利用蓄冷罐充放冷时间进行电网削峰填谷，智能管控空调、水冷机组运行模式，优化楼宇自动化（Building Automation，BA）控制策略，根据系统运行参数动态计算冷负荷并对设备运行策略适时调整。延长板式换热器制冷时间，缩短冷机运行时间。

（5）低温季节、低负荷时段关闭空调，充分利用自然冷源（选做）。

（6）在IT负载允许的范围内，提高机房温度（选做）。

3.1.2 制冷技术改造

随着绿色节能、超大规模、高密度机房的发展，房间级制冷性能和制冷效率受到限制，传统风冷型制冷已经无法满足散热需求。为了提升制冷效率，可以采取以下措施。

（1）气流组织优化（应做）。冷热通道隔离，优化气流阻隔优化。空调精准送风，改造风道、架空地板以及机架摆放。

（2）制冷方式优化（选做）。机楼整体改造，将房间级制冷改为行列级制冷、机柜级制冷。风冷空调改为冷冻水或冷却水型空调，采用间接蒸发冷却系统、氟泵/变频空调、室外机蒸发冷却喷雾、新风制冷系统以及湿膜恒湿机等节能手段。

3.1.3 供配电技术创新

高压直流供电系统可以减少供配电回路变换级数、设备数量及损耗，在供电可靠性、运行控制效率等方面具有明显优势。通过人工智能技术与供配电系统的结合，可以实现持续高质量供电的要求。

3.2 能耗监测及评估方面

3.2.1 能耗数据监测和采集

目前能耗数据采集和PUE计算的标准不统一，各机楼能耗管控水平也有差异，存在数据监测和采集困难，需要针对性采用能耗数据简易模型，如图2所示。

图2 通信机楼能耗采集点设置简易模型

3.2.2 数据稽核

为了发现能耗数据偏差，确保数据准确可靠，需要对数据进行稽核。

（1）自稽核。根据数据逻辑，对当天数据与前10天的平均值进行比对，分析跳变的异常数据。对于跳变数据，可以自动修正后由各机楼确认。

（2）参照稽核。通过比对IT主设备用电量和系统不间断电源容量使用情况，判断IT主设备用电量数据是否正常。对于异常数据，可以派单给各机楼进行数据修正。

（3）结果稽核。根据能耗数据计算得到的PUE值，判断其是否在合理区间（1.1，3]内。对于PUE数据不合理的，由各机楼进行月度数据修正。

3.2.3 能耗管控平台建设

建设能耗管控平台需要明确分级建设原则，避免一刀切。能耗管理功能主要在两个层面实现，一是省级系统层面，二是总部级系统层面。

省级系统层面实现对空调、服务器等用电设备的直接控制和精细化、个性化运维管理。总部系统层面实现对各机楼能耗数据采集分析，对各机楼节能作业、节能改造、节能自动化的进度流程和完成质量进行指导、监督及赋能。总部能耗管控平台如图3所示。

图3 总部能耗管控平台

3.2.4 能耗管控工作评估和指导

能耗管控工作的评估以能耗数据为基础，通过日常抽检和年度汇总定期进行能耗数据抽查，督办整改能耗较高的机楼。对于能耗管理的优秀成果进行分享和推广，组织节能降耗交流。培养现网节能专家，组织节能专题培训、交流和现场分享，推广优秀节能技术。此外，积极参与节能技术和能耗管控方案的研究，编写编制节能运维教材，对节能设备和节能技术的选用给出指导意见，并推动具备条件的地区先行先试。

3.3 能耗管控工作成效

通过一系列节能技术的应用和节能运维优化，通信机楼能耗管控取得了明显成效。2021年全部机楼平均PUE约1.54（较2020年下降3.3%），其中数据中心PUE为1.44（下降4.8%），核心机楼PUE为1.59（下降2.5%）。2021年全网机楼总用电量117×108kW·h，实际节约电量约3×108kW·h，折合电费约1.5亿元。

4 结 论

能耗管控是一项长期且艰巨的任务，通过从网管手段、运维管理以及技术创新3个层面实施分级、分类节能运维，依托总部能耗管控平台对全网通信机楼建立能耗在线监测和分析机制，开展群控人工智能调优等新技术节能，形成常态化管理流程。目前在机楼改造进展、机楼容量管理、能耗管控范围等方面仍存在不足，后续需要有序推进老旧机楼改造，加大机房容量管控力度，逐步将汇聚机房和基站能耗纳入管控范围，切实提升机楼能耗管控效果。