樊春鋒，伍建萍（中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司陜西分公司，西安 710077）

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通信樞紐樓能耗運(yùn)行分析研究

樊春鋒，伍建萍
（中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司陜西分公司，西安 710077）

摘 要如何在業(yè)務(wù)量不斷增加，電源容量無(wú)法擴(kuò)容的情況下，更好地解決供電能力緊張、機(jī)房裝機(jī)位不足、機(jī)房散熱等問(wèn)題，是本論文的研究意義所在。本文通過(guò)對(duì)S省通信樞紐樓能耗運(yùn)行分析，給出以上難點(diǎn)的合理化建議和建設(shè)指導(dǎo)原則。

關(guān)鍵詞樞紐樓；變壓器；能耗；紅色預(yù)警；搬遷

隨著網(wǎng)絡(luò)及設(shè)備技術(shù)的發(fā)展，單機(jī)架功耗逐年攀升，機(jī)房的能耗越來(lái)越大，特別是對(duì)現(xiàn)網(wǎng)已經(jīng)運(yùn)行了10年以上的通信樞紐樓來(lái)說(shuō)，電源容量和空調(diào)制冷量都是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)。如何在業(yè)務(wù)量不斷增加、電源容量無(wú)法擴(kuò)容的情況下，更好地解決供電能力緊張、機(jī)房散熱等問(wèn)題，是本論文研究意義所在。

1　待解決問(wèn)題

10年以上的省級(jí)通信樞紐樓亟待解決骨干、省干設(shè)備擴(kuò)容電源容量受限的問(wèn)題。作為省級(jí)通信樞紐樓歷來(lái)設(shè)置了大量骨干、省干的設(shè)備，如一干、省干、城域核心的OTN或PTN設(shè)備以及IP承載網(wǎng)、CMNet的骨干節(jié)點(diǎn)、省網(wǎng)核心節(jié)點(diǎn)等設(shè)備，這些設(shè)備的搬遷風(fēng)險(xiǎn)極大，舉步維艱，并且任何其他系統(tǒng)的建設(shè)都可能涉及這些設(shè)備的擴(kuò)容。為此如何解決它們的供電方案是需要長(zhǎng)遠(yuǎn)布局的問(wèn)題。

與此同時(shí)，凈利潤(rùn)處于下行通道，電信運(yùn)營(yíng)商低成本高效運(yùn)營(yíng)益發(fā)重要，其中如何降低動(dòng)力水電費(fèi)是其中一個(gè)重要科目。根據(jù)某省移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商財(cái)報(bào)，動(dòng)力水電費(fèi)占企業(yè)總運(yùn)營(yíng)成本約5.5%，其中電費(fèi)約占90%。通信樞紐樓內(nèi)網(wǎng)元系統(tǒng)多年建設(shè)和運(yùn)維也積壓了不少能效比低的問(wèn)題，有成本壓縮的空間。

本文以某省樞紐樓為例，通過(guò)大量實(shí)測(cè)的能耗數(shù)據(jù)分析，提出面向長(zhǎng)遠(yuǎn)的供電能力保證方案，充分保障骨干、省干設(shè)備擴(kuò)容，同時(shí)進(jìn)一步提升供電效能，降低企業(yè)運(yùn)行成本。

2　某省通信樞紐樓能耗運(yùn)行分析

2.1樞紐樓機(jī)房、供電系統(tǒng)及負(fù)荷情況現(xiàn)狀

樞紐樓總裝機(jī)面積為8 849 m2，機(jī)房總裝機(jī)位數(shù)為3087個(gè)，已裝機(jī)位數(shù)為2 727，裝機(jī)率為88%。該機(jī)樓按照網(wǎng)元設(shè)備分類包括：核心網(wǎng)機(jī)房、無(wú)線機(jī)房、傳輸機(jī)房、數(shù)據(jù)機(jī)房、網(wǎng)管機(jī)房。另，高低壓配電室、電力電池室均沒(méi)有足夠的擴(kuò)容位置。

樞紐樓高壓采用兩路專線引入，容量均為8 000 kVA，當(dāng)前市電擴(kuò)容困難。

主用變壓器容量為6 400 kVA ，共安裝5臺(tái)1 600 kVA的變壓器，運(yùn)行方式為4+1運(yùn)行，發(fā)電機(jī)總裝機(jī)容量為8 325 kVA。

依據(jù)某省通信機(jī)房供電管理辦法，目前樞紐樓的總負(fù)載為4 315 kVA，主用變壓器平均負(fù)載率為67.4%，發(fā)電機(jī)平均負(fù)載率58.6%，其中變壓器已經(jīng)超過(guò)紅色預(yù)警線、發(fā)電機(jī)接近黃色預(yù)警線，變壓器和發(fā)電機(jī)負(fù)荷統(tǒng)計(jì)見圖1所示。

2.2能耗運(yùn)行分析

2.2.1空調(diào)功耗和設(shè)備功耗相比較

樞紐樓采用分散式空調(diào)系統(tǒng)。通信設(shè)備負(fù)載占比60%，空調(diào)負(fù)載占比40%，各樓層空調(diào)和通信設(shè)備功耗比值見圖2，合計(jì)0.64，但局部超出1.0，反映部分樓層的空調(diào)配比或者氣流組織差，有待優(yōu)化。

2.2.2各網(wǎng)元功耗分布

樞紐樓所裝網(wǎng)元有核心網(wǎng)系統(tǒng)、無(wú)線接入系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)、網(wǎng)管系統(tǒng)、業(yè)務(wù)網(wǎng)系統(tǒng)、企業(yè)信息化系統(tǒng)等。根據(jù)實(shí)際測(cè)量，各專業(yè)能耗分布如圖3所示。

從圖3可知，處于生命周期成熟期和衰退期的核心網(wǎng)電路域、BSC/RNC是能耗“大戶”。進(jìn)一步分析傳輸機(jī)房可知，后建的傳輸OTN/PTN為主的機(jī)房能耗遠(yuǎn)大于原SDH為主的機(jī)房能耗，實(shí)測(cè)平均單機(jī)柜功耗分別為1kW/機(jī)柜、0.59 kW/機(jī)柜。

2.2.3單機(jī)柜能耗

按照裝機(jī)時(shí)間點(diǎn)看， 老舊機(jī)房（早期安裝設(shè)備的樓層）單機(jī)柜能耗不足1.5 kW/機(jī)柜，新機(jī)房（近年安裝IT設(shè)備、大功率設(shè)備的樓層）單機(jī)柜能耗達(dá)到2.2 kW/機(jī)柜（安裝IT設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)機(jī)柜未裝滿的情況）。這些統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)將為設(shè)備退服設(shè)備掉電功耗以及新增設(shè)備功耗的預(yù)測(cè)提供很好的參考。

圖1　變壓器、發(fā)電機(jī)負(fù)載率

2.3某省樞紐樓能耗運(yùn)行分析小結(jié)

（1）在整體供電容量擴(kuò)容困難的情況下，供電能力已經(jīng)成為網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的瓶頸。該樞紐樓剩余裝機(jī)位360個(gè)，按照平均單機(jī)架功耗2 kW測(cè)算，樞紐樓裝滿的情況下，至少還要再增加720 kW的用電負(fù)荷。如果按照某省當(dāng)前的供電系統(tǒng)紅色預(yù)警值，該機(jī)樓不允許增加任何設(shè)備。

（2）局部空調(diào)運(yùn)行有待優(yōu)化。如機(jī)房局部熱島現(xiàn)象，氣流組織不合理；個(gè)別機(jī)房冷量過(guò)剩，空調(diào)功耗與設(shè)備功耗甚至超過(guò)1（合理值為0.4～0.6）；機(jī)房還有剩余裝機(jī)位置，但無(wú)空調(diào)室內(nèi)外機(jī)的安裝位置等問(wèn)題。

（3）能耗較大的是核心網(wǎng)、支撐系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)。針對(duì)業(yè)務(wù)發(fā)展需求，未來(lái)需要重點(diǎn)滿足的是傳送網(wǎng)、IP承載網(wǎng)、CMNet的擴(kuò)容負(fù)荷；核心網(wǎng)電路域、BSC/ RNC基本不再增加負(fù)荷，并且存在逐步退網(wǎng)的可能。

（4）新增設(shè)備的單機(jī)柜功耗可能進(jìn)一步提升。

圖2　分散空調(diào)系統(tǒng)空調(diào)和設(shè)備功耗比

圖3　各專業(yè)網(wǎng)元功耗分布

3　樞紐樓供電系統(tǒng)解決思路

通信樞紐樓的各網(wǎng)元，特別是骨干、省干的傳送網(wǎng)、IP承載網(wǎng)、CMNet還將持續(xù)有用電負(fù)荷增加需求。我們需要立足長(zhǎng)遠(yuǎn)，系統(tǒng)性地解決樞紐樓長(zhǎng)期供電能力不足的問(wèn)題。解決思路包括“挖掘”和降低新增負(fù)荷兩個(gè)層面，具體包括以下方案。

3.1保證安全可靠性，合理提高供電系統(tǒng)利用率

近年來(lái)，通信行業(yè)持續(xù)推進(jìn)節(jié)能減排工作，深挖節(jié)能減排潛能，不斷完善節(jié)能減排管理體系，成效顯著。各基礎(chǔ)電信企業(yè)積極發(fā)揮行業(yè)核心作用，帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)鏈共同節(jié)能減排，積極發(fā)揮信息產(chǎn)業(yè)的優(yōu)勢(shì)，構(gòu)建綠色通信網(wǎng)絡(luò)，促進(jìn)行業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展。因此無(wú)論是從節(jié)能減排行動(dòng)上，還是業(yè)務(wù)發(fā)展需解決供電問(wèn)題的內(nèi)驅(qū)上，該省《通信機(jī)房供電管理辦法》（簡(jiǎn)稱）中諸多指標(biāo)有待商榷和提升。

比如：在保證網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行安全可靠的基礎(chǔ)上，將變壓器紅色預(yù)警值調(diào)整為85%，橙色預(yù)警值調(diào)整為75%，黃色預(yù)警值調(diào)整為65%。調(diào)整后該樞紐樓供電能力可以由原來(lái)的主用4 160 kVA提升到5 440 kVA，主用變壓器的長(zhǎng)期運(yùn)行負(fù)載可以提升1 280 kVA，供電能力提升了31%。

3.2新型制冷方案，優(yōu)化氣流組織，降低空調(diào)能耗

3.2.1水冷系統(tǒng)取代風(fēng)冷系統(tǒng)

10年以上的通信機(jī)房在沒(méi)有進(jìn)行改造的情況下，空調(diào)大多數(shù)采用風(fēng)冷型專用空調(diào)機(jī)組，風(fēng)冷型機(jī)組具有安裝靈活、可靠安全的優(yōu)點(diǎn)，但也存在性能系數(shù)較低、運(yùn)行性能不穩(wěn)定、受室外環(huán)境溫度變化波動(dòng)較大、室內(nèi)外機(jī)組安裝管線較短、特別是室外機(jī)組占用大量建筑面積的缺點(diǎn)。

水冷系統(tǒng)不需要室內(nèi)、室外機(jī)的連接銅管，只需要一組冷卻水管道可以將所有的機(jī)組連接在一起，不存在室內(nèi)、室外機(jī)距離限制。占地面積相對(duì)較小，同時(shí)水循環(huán)管道不需要太厚的保溫處理，節(jié)省通道空間；擴(kuò)容方便，這些方面都可以大大減少空調(diào)設(shè)備的投資及后期維護(hù)費(fèi)用。水冷節(jié)能效率、性能系數(shù)高于風(fēng)冷機(jī)組，在通信機(jī)房中推廣水冷型專用空調(diào)機(jī)組具有一定程度的節(jié)電降耗價(jià)值，特別是在通信樞紐樓或者數(shù)據(jù)中心節(jié)能效益顯著。

3.2.2機(jī)房空調(diào)氣流組織

采用“全封閉冷通道精確送風(fēng)”時(shí)，減少了送風(fēng)回路中的冷量損失，盡量靠近機(jī)架服務(wù)器區(qū)域，提高空調(diào)的工作效率，減少能耗，同時(shí)有效改善了機(jī)房出現(xiàn)的局部高溫情況。

在機(jī)房設(shè)計(jì)過(guò)程中，最好按照“冷熱分區(qū)”進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)，由以往的同方向變?yōu)椤氨硨?duì)背、面對(duì)面”安放，使冷熱風(fēng)路分離，引導(dǎo)冷熱氣流，提高了空調(diào)的制冷效率。

除以上提出的主要技術(shù)變革外，還有新風(fēng)交換技術(shù)、列間空調(diào)技術(shù)、更換空調(diào)的制冷劑、應(yīng)用熱管技術(shù)等方式都得到了重視與選擇，在很大程度上提高空調(diào)的制冷效率，減少耗電量，節(jié)約系統(tǒng)的建設(shè)和維護(hù)投資。

3.3促進(jìn)老舊設(shè)備、衰退期設(shè)備的退服、掉電

通信行業(yè)堅(jiān)持政策引導(dǎo)與市場(chǎng)推動(dòng)相結(jié)合，節(jié)能減排在政策、管理、技術(shù)等各方面均取得明顯成效。其中一項(xiàng)就是加強(qiáng)政策引導(dǎo)，積極推動(dòng)老舊高耗能設(shè)備退網(wǎng)?？梢酝七M(jìn)下面幾種類型設(shè)備的退服掉電：

普查現(xiàn)網(wǎng)由于技術(shù)改造等原因已經(jīng)退服未掉電的設(shè)備，實(shí)施退服掉電；促進(jìn)老舊設(shè)備的替換、退服和掉電。促進(jìn)生命周期衰退期設(shè)備，如BSC/RNC的整合、退服掉電。

按照這一解決思路，某省該樞紐樓摸排、退服掉電設(shè)備204 kW（理論）。

3.4降低樞紐樓新增動(dòng)力負(fù)荷

“新技術(shù)”是以虛擬化、云計(jì)算為代表的新技術(shù)，這些技術(shù)實(shí)現(xiàn)服務(wù)器、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等資源的彈性分配和共享，提升整體利用率，從而降低了設(shè)備需求，降低了現(xiàn)在動(dòng)力負(fù)荷。

“新配置”除了傳統(tǒng)上選擇能效比高的設(shè)備以外，主要是指去“電信化”的思路，和“定制”思路，如有研究和測(cè)試表明，對(duì)比現(xiàn)網(wǎng)通用設(shè)備，定制化的Web服務(wù)器單位性能功耗可降低約25%，計(jì)算服務(wù)器單位性能功耗可降低約30%，存儲(chǔ)服務(wù)器單位性能功耗可降低約7%。當(dāng)然這是戰(zhàn)略性的舉措，需要舉整個(gè)集團(tuán)之力共同推進(jìn)。

“新結(jié)構(gòu)”，各專業(yè)都有本領(lǐng)域結(jié)構(gòu)優(yōu)化的舉措。如CMNet考慮第二平面的建設(shè)，如分布式多活數(shù)據(jù)中心，實(shí)現(xiàn)負(fù)荷的動(dòng)態(tài)遷移和智能分發(fā)，這些舉措都可以有利于緩解甚至解決通信樞紐樓的動(dòng)力負(fù)荷瓶頸。

從近期看某省公司已經(jīng)異址建設(shè)了省級(jí)私有云資源池?？梢詫屑~樓的部分系統(tǒng)，如網(wǎng)管、企信和一些互聯(lián)網(wǎng)類的業(yè)務(wù)平臺(tái)遷移到資源池，遷移后約退出440kW的負(fù)荷。

3.5設(shè)備搬遷，降低樞紐樓總負(fù)荷需求

純粹的搬遷產(chǎn)生不了效益，這一方案為次選。所以設(shè)備的搬遷常常伴隨的是老舊設(shè)備的替換或者新技術(shù)淘汰老舊技術(shù)，新結(jié)構(gòu)淘汰老舊結(jié)構(gòu)。當(dāng)然，如果以上措施無(wú)法完全滿足樞紐樓必須保障的設(shè)備加電時(shí)，可以綜合考慮選擇業(yè)務(wù)影響小、搬遷投資小、操作實(shí)施難度小、功耗較大的一些系統(tǒng)進(jìn)行搬遷。

4　研究結(jié)論

針對(duì)運(yùn)行10年之久的通信樞紐樓來(lái)說(shuō)，供電能力、機(jī)房裝機(jī)位置以及機(jī)房散熱等問(wèn)題已經(jīng)成為網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的巨大瓶頸。本文從某通信樞紐樓的能耗運(yùn)行數(shù)據(jù)分析出發(fā)，立足長(zhǎng)遠(yuǎn)，結(jié)構(gòu)性提出通信樞紐樓供電能力不足的多層面的解決方案。即：在有限資源下，通過(guò)合理控制通信設(shè)備與空調(diào)設(shè)備的配置，安全提高電源預(yù)警容量門限，有序推動(dòng)退服或老舊設(shè)備掉電，并綜合“新技術(shù)”、“新配置”、“新結(jié)構(gòu)”降低樞紐樓新增負(fù)荷，綜合保障了樞紐樓長(zhǎng)足的用電需求。

參考文獻(xiàn)

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Analysis and research of energy consumption operation for the communication Hub building

FAN CHUN-feng， WU Jian-ping
（China Mobile Group Design Institute Co.， Ltd. Shanxi Branch， Xi'an 710077， China）

AbstractThis paper aims to fi nd out the ways of better solving such problems as the shortage of the power supply，the defi ciency of computer room and the lack of heat dissipation in the computer room in the situation of the continuous addition of the network traffi c and the inability to expand the electrical power capacity. Based on the analysis of the energy consumption operation for the communication hub building in Province S， this thesis will put forward some reasonable suggestions and the guiding principles of construction for the above-mentioned diffi culties.

Keywordshub building； transformer； energy consumption； red pre-warning state； relocation

中圖分類號(hào)TN915

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

文章編號(hào)1008-5599（2016）05-0089-04

收稿日期：2016-01-18