通信电源节能技术范文

导语：如何才能写好一篇通信电源节能技术，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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【关键词】数据中心 电源系统 节能

21世纪，互联网时代背景下，数据中心在政府、银行等领域得到了广泛推广和应用，在提高数据集成化处理等方面发挥着积极作用。数据中心运行建立在电源系统基础之上，设备用电负荷高达数千瓦。在环保节能理念下，降低数据中心能耗成为当前其发展亟待解决的问题之一。

1 数据中心电源系统能耗现状

互联网数据中心电源系统，是一个综合性、全面性供配电系统。该系统主要负责解决计算机设备供电、用电问题，且要兼顾其他设备供用电需求。通常来说，该系统是由电源系统、辅助及配套设备构成。

我国某运营商调研数据显示，数据中心能耗呈现增长趋势，尤其是一些IDC业务较好的大城市，数据中心能耗占比非常大，如上海数据中心能耗比例为25%，而北京超过50%。另外，很多规模较大的数据中心机房仍然采用的是传统能耗较高的UPS系统，单机负载量介于10%～30%之间，多数集中在20%，产生了极大的能源消耗。可见数据中心电源系统能耗较大，运营商在尽量更新节能减排产品时，要加大研究力度，将绿色、节能理念渗透至数据中心电源系统建设中，以此来实现节能降耗目标。

2 数据中心电源系统节能设计

数据中心电源系统节能设计是一项系统性、复杂性工程，在实践应用中，可以从如下几个方面入手：

2.1 评价指标

二十世纪初，能量使用概率概念首次提出，即PUE。随着数据中心建设日益深化，PUE概念受到了广泛关注，在数据中心中的应用能够帮助我们掌握当前能源消耗情况，并进行针对性调整。一般来说，数据中心节能的关键在于IT主设备负载效率、空调系统及供配电系统三个方面。因此在电源系统节能设计过程中要围绕着这三个方面进行。

2.2 数据中心电源系统结构

目前，常用数据中心多采用大规模服务器、小型机，网络运行安全性与电源系统稳定性存在密切联系，对于电源系统安全性提出了更高要求。而计算机中心服务器等设备用电特性等要进行设计，比对不同方案优劣势，选择最佳方案，从而为数据中心电源系统运行奠定坚实的基础，促进计算机中心能够稳定、有序运行。因此结合相关规范来看，本文将电子信息系统划分为三个等级，即A、B、C三级，并将数据中心电源系统划分为交流供电与高压直流供电两种。

2.3 高压直流系统

现代技术快速发展，新技术、新产品层出不穷，HVDC电源供电效率得到显著提升，为数据中心节能设计带来了更多发展机遇。HVDC供电具有无可比拟的优势，其电池能够直接与服务器输入端相连，不需要添加任何逆变设备的处理，实现不间断供电目标。同时，在扩容方面，较传统模式更具便利性，后续维护简便。该项技术的应用，在很大程度上提高了模块功率密度，且整机效率也得到了显著改善。通过在实践中应用的比较，引入HVDC供电模式能够有效降低PUE指标，促进数据中心供电朝着绿色化、现代化方向转变。当市电直供时，系统仅是线路系统与配电损耗，系统效率有了较大的提升。如2016年，上海、北京及天津等电力公司用电客户系统停电时间都在1小时以内，可考虑均在99.9%以上，同时我国江苏省等其他地区停电时间在2小时以内，系统运行效率为99%。

2.4 优化空调系统

除了对高压直流系统进行改造，还要加强对空调系统综合节能的调整和优化，以此来提高空调运行有效性。在实践中，可以采取如下措施实现节能目标。如针对大型数据中心，可以设置集中式冷冻水型恒温恒湿空调，架空地板精确下送风，充分利用自然风，提高对资源的优化配置和利用率，以此来减少能源过度消耗。同时，还要合理设定机房温湿度、分区精确供冷，以此来实现节能目标。在系统节能改造中，要充分考虑相关影响因素，如针对部分空调，可以去掉加湿功能，以此来消除空调在加湿过程中产生的过多能耗，提高系统使用针对性和科学性。尽可能考虑应用自适应控制系统，根据数据中心机房负荷变化趋势与特点，自动安排空调数量，以此来达到节能目标。随着技术不断发展，要及时更新和改造数据中心上送风口，提高节能有效性。

2.5 模块交流电系统

为了有效突破传统UPS系统存在的负载率低等弊端和问题，在节能改造过程中可以引入模块化概念，将其应用于UPS设计生产领域，对交流电系统整体性能予以优化。通常而言，模块化UPS系统有机架、UPS功率模块等构成，与直接供电系统存在相似之处，能够实现冗余，兼顾多台设备运行需求，且具有较强的灵活性，能够根据实际负载量，坚持针对性原则配置合理的电源容量，使得系统效率及可靠性等均能够得到一定程度的提升，减少对能源的过度消耗。

3 结论

根据上文所述，全球变暖趋势愈演愈烈，绿色节能理念逐渐深入人心，新型、高效绿色电源将成为未来社会各领域发展的主流趋势。数据中心作为智慧城市建设的重要基础和前提，且处于不间断运行状态当中，其能耗非常庞大，如果不加以处理，势必会对城市发展产生过多的负担。因此新时期，将绿色理念渗透至数据中心电源系统中势在必行。在实践中，我们不仅要优化空调系统，且可以采用模块化方式调整交流电系统，不断降低数据中心对能源的消耗，从而推动数据中心持续发展。

参考文献

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[5]陈波.数据中心工程中暖通系统节能措施的分析与研究[J].建筑节能，2013（05）：25-27.

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在本文中，笔者从通信网络能耗的特征及其所需的环境入手，就当前通信设备、基站及电源的能耗状况进行总结，从而综合分析能耗分布，进而指出有效的节能措施。依托于此，笔者提出构建通信机房节能改造方案与基站节能方案。这些方案对于我国通信企业的节能现状改良具有很强的现实意义。通信企业应加大能耗方面的管理与控制工作，综合运用多种信息化技术，结合自身的实际状况，逐步构建起节能型的通信网络，只有这样才能够实现其自身的可持续发展，有效降低运营成本。

关键词：

通信网络；网络能耗；节能技术

目前，我国各项信息化建设工作正稳步开展，通信产业已经成为我国最为重要的支柱性产业之一，对国民经济发展与人们的日常生活都有着重要的影响。随着通信网络的不断拓展，其所消耗的能源量也不断上升。尽管其对于单位GDP能耗来讲并不算高，然而总量却非常庞大。在我国，通信网络所消耗的重要能源为电力及燃油等，这之中电力为主要消耗能源，高达87%，年消耗量约为200亿KW•h。2007年，仅中国电信一家耗电量就超过60亿KW•h，这些电能主要被用于维持各种设备的运作，其中通信设备的耗电量达到50%，机房空调的耗电量则达到40%，其他电量被用于照明与环境监控等。中国移动的耗电状况也与之相似，其电能也是主要被用于通信设备与机房空调。随着我国信息化水平的提升，我国通信网络规模不断扩大，位居全球首位。对于通信运营企业来说，其在能源方面的支出成本也不断增多，达到总成本的3%。为了有效地降低运营成本，通信企业纷纷加大能耗方面的研究与投入，积极开展各项实践工作，如针对机房空调与通信设备能源消耗方面提出变频节能、新风节能、新型制冷剂等节能技术。与此同时，其不断提高信息化水平，实现现代化的节能管理。在新一轮电信重组方案下，通信企业间的竞争将陷入白热化阶段，通信企业要想在激烈的市场竞争下获得经济效益就必须有效地控制能耗成本。所以，通信企业必须要构建节能型的组织结构，树立起绿色建网的新型理念，做好节能减排工作，最大限度地降低能耗，从而实现自身的可持续发展。尽管通信行业的科技含量非常高，其能源消耗量却非常庞大。通信行业的快速发展能够满足社会的通信服务需求，对促进经济增长与提高人们生活水平具有重要意义。随着用户数量的不断增加，通信网络的规模不断拓展，其耗能量也逐步上升。对于通信企业来说，通信设备与机房空调的耗能量最大。整个通信网络要想稳定运作，就必须保证机房内的温度与湿度合适，这一点必须要靠机房空调来实现。而机房空调的数量与配置状况是由通信设备来决定的。因此，在降低能源的过程中应从通信设备能耗入手。

1通信网络设备的能耗状况及节能策略

1.1通信网络设备的耗能状况。对于传统的PSTN来说，其最为关键的设备为程控交换设备。因为在运作的过程中要实现实时通信，所以程控交换设备的电力供应必须稳定，不可以中断。为了提高机房内电源的稳定，可以分别设计独立的路径。主电源经过不同的独立路径最终达到各个机架，所有的机架都能够获得两路电源。在数据通信方面，最关键的设备为宽带交换设备。可以采用直流供电方式（-48v）来满足ATM/FR的运作需要。在整个IP网络中，服务器与路由器均为关键设备，可以增加UPS设备，从而确保其稳定运作。随着科技水平的不断提升，通信网络内的各种设备也不断更新。目前，这些设备大多处于新旧交替的阶段。传统PSTN与NGN设备为交换机房的主要设备类型。这之中，传统的PSNT程控交换设备集成度不高，其往往数量庞大，对空间的需求量非常大，且对环境也有着非常高的要求，能耗量非常大。DNN设备、IP网服务器、宽带交换机等为数据机房内的主要设备。多数数据机房的服务器都是交流供电的，交流、直流变换次数比较多，每次变换都会损失一定的能量。

1.2通信网络设备的节能策略。在实现通信网络设备节能的过程中可以从两大方面入手，首先是在选择网元设备的过程中应尽量选择那些能耗低的、环境要求低的节能设备；其次针对用电负荷应加以适度调整。具体措施包括如下几点：一是积极开展设备普查工作，及时对那些能耗量大的设备进行更新，大力推广小型节能设备，从而逐步实现通信网络设备的高效节能。二是加大软交换设备的应用率，减少设备占地空间，减少能耗；三是设置设备运作的合理参数，确保其工作状态最佳。

2通信电源系统的能耗状况及节能策略

2.1通信电源系统的能耗状况。以往的通信供电都是采用集中供电的方式，目前其已经逐步实现了分散化的供电方式，提高了网络运作的稳定性，并有效地降低了能耗。分散式的供电方式使得每个设备都能够获得两个或两个以上的独立供电。即便是某一供电系统出现问题，也可以从另一供电系统获得电力，通信系统能够正常运作。供电方式缺乏科学性、蓄电池老化严重、集中监控不到位是通信电源系统中存在的主要问题。所以系统中的开关电源与UPS设备会出现很多谐波，使得电能质量变差，损耗增多，并引发保护装置失效、无法启动后备发动机等严重后果。

2.2通信电源系统的节能策略。在供电方面开展节能降耗能够促使直流供电所与现实通信负荷接近，降低损耗，实现节能，降低成本。分散式的供电方式对用电环境的要求有所降低，在谐波治理技术的应用下，其能够降低UPS导致的交流谐波失真情况。低谐波输入可以有效地改善电源给电网带来的负载状况，避免其他设备产生的谐波干扰。与此同时，其还能够有效地降低设备额定容量，使得电源能够被有效利用。在对通信工程进行设计的时候就应该充分考虑电源系统的节能状况，选择多种经济而节能的设备。

3通信基站的能耗状况及节能策略

3.1通信基站的能耗状况。随着用户数量的不断增加，通信基站的数量也相应增多，基站耗电量也逐步加大。以中国移动公司为例，其通信基站的耗电量达到总量的73%。通信基站所涉及到的用电设备非常多，涵盖主设备、电源设备、空调与传输设备等。

3.2通信基站的节能策略。通信企业在建设基站的时候应采用最少的基站来实现通信面积的覆盖，同时控制单个基站的耗电量。具体操作可以从如下几点进行：一是对无线网络进行优化设计。在满足通信需求的同时，尽可能减少基站的数量；二是根据实际状况选择合适的节能技术，使得基站内空调的工作时间能够降低，借助自然冷空气来实现机房内的温度调节；三是加大太阳能、风能等供电系统的应用；四是加大发射功率控制系统的应用力度。

4通信机房空调的能耗状况及节能策略

4.1通信机房空调的能耗状况。通信机房内的各种设备决定了通信机房的环境要求。通信机房内的很多设备都是有集成电路与电容等多种电子元器件所构成的，在运作的时候，一部分电能被消耗，一部分电能被转化成为热量。这些电子元器件要想稳定运作并拥有较长使用寿命必须要及时消除其产生的热量。每当其所处的温度增加10℃的时候，其寿命会减低50%，计算机的可靠性也会大幅度下降。由于机房内设备众多，产生的热量非常大，因此必须借助空调调节温度。所以，基本上所有的通信机房空调都是24小时全年运作的，消耗的电能非常多。

4.2通信机房空调的节能策略。一是选择变频、新型制冷剂与技术；二是构建其冷热分离的通道，这样能够促进气流的有效流动，加快散热。在当前的机电节能领域中，变频技术被应用地十分广泛，在其作用下，我们不需要多次开启设备来调节温度，其不仅能降低损耗，还能够提高效能。新风节能技术是借助自然条件来应用的，当室外温度低于室内温度时，可以借助室外的自然新风来降低室内的温度，从而达到调节温度的目的。

参考文献：

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[2]喻鹏.无线通信网的节能管理机制[D].北京邮电大学,2013.

[3]肖潇,陶晓明,陆建华.基于高能效无线接入网的绿色无线通信关键技术研究[J].电信科学,2011,11:75-83.

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【关键词】通信电源;节能降耗;移动通信

1.开关电源和UPS节能技术

高频开关电源技术经过多年的经验积累，高能源效率的产品不断创新，新一代通信用高效整流模块具有高效率、高可靠性及绿色节能等显著特性。高效开关电源系统的功率因数校正采用无整流桥技术，交流输入电流谐波失真小于5%；DC/DC转换电路采用先进的拓扑电路，宽负载范围内实现软开关技术，转换效率高；直流输出整流采用同步整流技术，降低损耗的同时提高了效率；负载率在20%-80%时模块效率高达%%。

IGBT整流型UPS融入了“节能环保”的绿色设计理念，其主要特点有:实现整流技术与滤波技术的无缝结合，系统效率达到95%；可采用节能模式运行，应用于并机系统，效率提升到99%；在UPS并联系统或双总线系统中，当UPS负载率较低时，UPS系统可以采用休眠技术提高负载率，使UPS运行在高效率区间。UPS技术无需额外滤波装置便能使输入电流谐波失真在5%以下，完全消除UPS对电网的回馈谐波污染，在提高电网效率的同时，减少电缆发热，降低系统的运行成本。

开关电源整流模块休眠技术是指根据负载电流大小，与系统的实配模块数量和容量相比较，通过智能软开关技术，自动调整工作整流模块的数量，使部分模块处于休眠状态，把整流模块调整到最佳负载率下工作，从而降低系统的带载损耗和空载损耗，实现节能目的。现网运行的大部分开关电源设备可通过软件升级、更换控制芯片或更换监控模块的方式完成节能改造。

2.电源系统谐波治理技术

谐波治理技术降低了电源系统的电流与电压畸变，提升了系统功率因素，降低了系统功率损耗达2.4%；提升了变压器、电缆及主要开关的可用容量，杜绝了柴油发电机组可能出现的震荡现象，降低了电源系统设备投资，消除了电源系统的隐患。

分析谐波对配电系统内各设备的影响，建议对谐波危害严重的局房进行谐波治理。通过定量计算分析，对局房系统内部分较大谐波源进行谐波治理后，变压器出线处及油机出线处电压总谐波畸变率小于3%，电流总谐波畸变率小于5%。由于滤波器本身为耗能设备，考虑节省投资及电能损耗，当系统谐波含量达到上述目标后，剩下的部分谐波源则无需进行治理。建议采用并联有源滤波器的方法分散治理各个较大谐波源(如UPS谐波源、开关电源谐波源)，从而有效减小谐波对通信电源系统的污染。对于部分局房也可采用并联无源滤波器或集中治理的方法。

3.端子蓄电池节能技术

前置端子蓄电池的基本原理和结构与2V蓄电池相似，不同之处是前置端子蓄电池把6个相同容量的2V蓄电池单体串接后安放在具有6个电池槽的电池外壳内。由12V/200A·h组成的48V系统，不管是生产用料，还是包装、安装用料等方面都比由2 V/200A·h组成的48V系统大大降低，同时电池的回收成本也会相应降低。

蓄电池分区温控系统是将蓄电池安装在独立的空间内，并进行单独的温度控制，可提高机房主设备和电源设备的工作温度，从而降低站点能耗。系统建成后可为蓄电池提供15℃-25℃的工作环境，基站设备的工作温度从25℃提高至40℃。目前，蓄电池局部温度调节的措施主要有地埋保温箱、压缩机恒温箱和半导体恒温箱。

防止负极不可逆硫酸盐化最简单的方法是及时充电和不要过放电。蓄电池一旦发生了不可逆硫酸盐化，如能及时处理尚能挽救。一般的处理方法是将电解液的浓度调低，用比正常充电电流小一半或更低的电流进行充电，然后放电再充电，如此反复数次达到应有的容量以后，重新调整电解液浓度及液面高度。

脉冲修复也可恢复电磁容量，主要有在线式修复和离线式修复两种方式。在线式修复所需要的能源很少，修复周期较长(产生修复效果一般要一两个月以上)，但是由于除硫器常年并联在电池极柱两端，可以渐进地达到除硫的效果。对于没有硫化的电池，除硫器可以抑制电池的硫化。离线式修复可以产生快速的脉冲，脉冲电流相对比较大，产生脉冲的频率比较高，脉冲占空比比较大。这种修复仪主要是用来修复硫化比较严重的蓄电池。

4.高压直流供电技术

经过多次交直流转化，UPS的电源转换效率很低。如果考虑到UPS可靠性较低，需要采用冗余并机系统备份，系统本身的复杂性致使能源效率不断降低。UPS供电系统工作在低负载状态(低于40%)下时，其转换效率在UPS单系统效率的80%以下。如果改为高压直流系统供电，开关电源系统侧减少一次DC/AC变换，IT设备侧减少一次AC/DC变换，可以大大提高系统的可靠性。

单系统高压直流供电的电源转换效率可提高到76%，而且由于高压直流供电系统的可靠性大大提高，不需要采用冗余并机系统，因此，比起冗余并机的UPS系统，高压直流供电系统的实际转换效率要提高18%以上。

5.风扇智能调速技术

智能调速主要是系统监控模块利用温度传感，收集工作中的环境、板卡和主要电路的实时温度，并根据既定的策略，调扇模块的供电电压，使之运行在合理的转速。

统计表明，现网设备80%以上的时间工作在风扇低速运行的状态，通过风扇智能调速能够节省50%-70%散热功耗。现网不支持风扇智能调速的设备可通过升级软件并同时更换新风扇盒来实现此功能。

6.冷热电三联供技术

燃气冷热电三联供系统是指以天然气为主要燃料带动燃气发电设备(燃气轮机、燃气内燃机等)运行，产生的电力满足用户的电力需求，同时系统排出的废热通过余热回收利用设备(余热锅炉、吸收式制冷机组等)向用户供热、供冷。

通常大型发电厂的发电效率为35%-55%，如果扣除厂用电和线损率，终端的利用效率最高能达到47%。作为一种分布式能源形式，燃气冷热电三联供系统可以避免上述损失，其终端用户的能源利用效率最高可达到90%。发展该系统以及其他分布式能源系统可以大幅度提高社会能源利用效率，大量节省了一次能源(市电)。通过发电机配套余热嗅化锉吸收式制冷机产生7℃的冷水供机房专用空调，减少机房空调电耗，这也是三联供给系统与其他发电机组最大的不同。

移动机房楼全年具有比较稳定的发热量和耗电量，且用电负荷相对稳定，适宜采用冷热电三联供系统。

7.基站太阳能利用技术

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【关键词】节能减排；精确送风；按需送风；智能化；网格化

1、概述

节能减排是国务院“十二五”规划中的重要发展战略，也是对各个行业、尤其是高科技行业的期望和要求。在电信业，2011年底工业和信息化部的通信标准化协会牵头起草的《通信电源及机房环境节能技术指南》应运而生，规定了接下来一段时间内，通信电源和机房环境节能的总体要求。

有专家测算，在数据机房的电力消耗中，IT设备、机房制冷和电源设备分别为5：4：1的关系，即服务器、存储、交换机的电力消耗占总能源消耗的50%，而机房制冷电力消耗占40%，UPS等电源设备耗电占10%。还有更为精确的测算指出：在通信机房能耗组成中，通信设备能耗占53%，空调能耗占37% 。

针对机房制冷电力这40%左右的电力消耗，业内诸多运营商与厂商通过精确送风系统的建制实践，取得了诸多节能经验、经济效益，以及丰厚的研究成果：从初期的中央空调集中送风，到管道式精确送风，再到独立腔体精确送风，直至今天采取温度采集器、风量调节阀、热交换、湿幕新风等诸多技术手段，力图在保障IT设备、电源设备稳定运行的前提下，进一步降低制冷能耗，实现节能减排。

此时，精确送风系统的发展走到了一个十字路口：机房在实现了管道式、乃至独立腔体的上送风或下送风之后，精确送风系统的下一步发展向何处去？在已充分贯彻了“先冷设备、再冷环境”、“避免冷热气流短路”、“无局部热岛”的设计原则之后，进一步提升能耗利用率、进一步提升节能效果的设计原则是什么？

本文力图通过对精确送风发展脉络的梳理，结合运营商精确送风系统的建制实践经验，对机房精确送风的下一步发展方向——智能网格化发展，进行探索和论证。

2、精确送风系统的发展沿革

回顾机房空调系统的发展历程，可以分为以下三个主要阶段：

1)中央空调集中送风

在数据机房的建设初期，尚没有明确的精确送风概念。机房制冷同普通办公空间制冷一样，均是采用最基本的中央空调集中送风，送风通道与回风通道与普通办公空间的设置也基本相同，只是在温度设定、送风风量等方面，根据机房功耗大小和温度要求，与普通办公空间执行了不同的设定策略。

因此，这一阶段的机房制冷尚不能称之为精确送风，仍属于粗犷式的集中送风：送回风通道不独立，冷热气流直接短路，常易出现局部热岛，因而制冷效果欠佳，用电量较大。

2)管道式精确送风

面对粗犷式集中送风的种种局限，业界提出了“先冷设备、再冷环境”、“避免冷热气流短路”、“无局部热岛”的设计原则。在这些设计原则的指导下，出现了第一代的精确送风：管道式精确送风。

无论是上送风管道式精确送风，还是下送风管道式精确送风，它都第一次将送风口延伸到机柜前面板，将回风口延伸至机柜后面板，从而实现了“先冷设备、再冷环境”。为实现送回风通道的独立，在管道式精确送风阶段，就提出了机柜面对面、背对背的排布方式，在一定程度上减少了冷热气流的短路。

革新的机柜排布方式，配合管道式精确送风，提升了设备的制冷效果，也在一定程度上降低了制冷设备的能耗。

3)独立腔体精确送风

在管道式精确送风的长期实践过程中，逐渐发现：冷热气流仍不时出现短路，机柜内部仍有部分区域容易出现局部热岛。经过研究发现：这是由于送回风通道仍未完全独立造成的，换句话说，管道式精确送风并未将“先冷设备、再冷环境”、“避免冷热气流短路”的设计原则贯彻到极致。

在这个背景下，越来越多的数据机房将已经延伸至机柜前面板的送风通道，与机柜进行了更紧密的密和：构建送风腔，使送风通道与环境完全隔绝，从而完全实现了送回风通道的独立、避免了冷热气流的短路和局部热岛，真正做到了“先冷设备、再冷环境”。

发展至此，“先冷设备、再冷环境”、“避免冷热气流短路”、“无局部热岛”的设计原则已基本应用到极致，精确送风系统的下一步发展应何去何从？

3、精确送风系统的智能网格化发展

3.1设计原则

就在此时，节能减排被国务院提为“十二五”规划中的重要发展战略，在政府工作报告中反复提及，这为精确送风系统的下一步发展引领了方向，提供了思路。

在当前机房精确送风的实践中，我们时常遇到这样的困惑：

1)在一个投入使用不久的新建机房，因考虑到未来扩容需要，共建制了十排机柜，并为十排机柜都安装了精确送风系统。目前只有五排机柜内有设备，但精确送风系统一旦开启，十排机柜都进行了送风制冷，能耗浪费甚是可惜。是否有办法根据设备的排布，灵活控制送风的区域呢？

2)在另一排布满设备的机柜组内，第一个机柜与第二个机柜相比，因功能不同、硬件配置不同，发热量相差很大。为保障设备安全稳定运行，精确送风系统只能以发热量最大机柜的需求设定温度和风量，其他机柜过多的送风量只能按部就班地回到了回风通道，浪费极大。是否有办法根据机柜不同的发热量，给不同机柜送出不同的风量呢？

3)在同一个机柜内，因前台业务在不同时段繁忙程度不同，机柜内的后台设备在不同时段的能耗也相差很大。同样，为保障设备安全稳定运行，精确送风系统只能以最繁忙时段的需求设定温度和风量，其他时段过多的送风量造成了一定的浪费。是否有办法根据机柜不同的发热量，在不同时段给同一机柜送出不同的风量呢？

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关键词：数据中心（IDC）；制冷；发电；可行性分析

中图分类号：TU831.6 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）08-0052-02

1 数据中心（IDC）节能技术的应用背景

1.1 数据中心（IDC）能耗现状

IDC作为互联网行业的支撑平台，其技术的创新能力的强弱直接关系到互联网行业未来的发展。当前我们国家对IDC提出了绿色节能环保的概念，如何打造绿色IDC，节能是关键。IDC在能耗使用方面制冷设备是占到了45%，IT设备占到了30%的耗能，供配电系统是24%，照明和其他的设备占到了1%的份额。可以看出制冷设备的能耗占用比是最大的，减少制冷的能耗我们就离绿色IDC就近了一步。

目前，数据中心都拥有大量服务器，网络设备，通讯设备，耗能巨大，一个数据中心一年的耗电量有时可以达到上百万千瓦，数据中心设备工作时发出大量热量，需要大功率制冷系统维持环境适宜温度。长期以来多采用空调制冷系统和自然冷却配合实施，所有的热量均属于搬出数据中心“扔到大气层”，自然环境中了，不同的地方往往只是尽可能采用更低成本的手段实现“扔”热量的办法，数据中心本身是高耗电系统，用大功率制冷系统制冷，综合耗电量更高。

设备对耗电和散热的要求也在不断增加。2000～2010年设备每年热密度的增长率将是7%（如磁带库）到28%（如通信设备）之间。现代电子设备由大规模集成电路构成，其中的半导体PN结的导通特性和温度息息相关的。温度会影响其扩散电流、传导电流、结间势垒等参数，进而影响导通、截止角、温飘系数，使性能参数改变。一般电子器件温度适应范围：民用级-15～85℃，军工级-55～165℃。数据设备长期运行在高温之下，会造成设备过早老化、设备运行失常、停止工作等危害。

1.2 数据中心（IDC）节能技术发展现状

现在IDC机房将空调房间考虑成一个完整的均匀空间，按现场最大需求量来考虑，采取集中制冷模式。在运营中，人们逐渐认识到按需制冷的必要和集中制冷的弊端，这一技术将成为制冷系统未来发展方向。何谓“按需制冷”，按需制冷可以理解为按房间各部分热源的即时需要供冷，将冷媒送到最贴近热源的地方，也就是将制冷方式从房间级制冷转变为机柜级制冷，这正是机房制冷的发展趋势。

数据中心机房是以对信息化服务提供技术支撑和数据支撑为目的，确保电子信息系统设备安全、稳定运行，以及提供气象、军事、通信、科研等信息服务的基础环境，实现数据设备的集中存放和运行的场所。目前，国内外均将数据设备集中放置于数据中心机房中，此房间的经济价值、意义、能耗的密度均很高。摩尔定律揭示，集成电路上可容纳的晶体管数目，每隔18～24个月便会增加一倍。而数据设备的发展正是符合这条定律一直向高容量、高性能化发展。

现有用热泵，将机房空调冷却水中热能回收利用，产生热水，供采暖，生活生产。数据中心每一万千瓦的耗能，回收得到的热水可以供10万平米的住宅采暖，现实中很多情况下回收的大量热水无法得到利用，已有的低温热源发电技术多是在利用热泵回收热量，产生80℃以上的高温热水后，采用低温发电机组转化为电能，发电效率很低，热能转换为电能的效率只有1～5%，没有使用价值，因此，研究一种节能的数据中心热泵液态空气制冷发电装置非常必要。

2 应用于数据中心（IDC）的热泵制冷发电装置

2.1 工作原理及方法

本作品设计了一种数据中心液态工质制冷发电装置及工作方法，其中的一种数据中心液态空气工质制冷发电装置，包括：超低温储液罐，高压超低温液体泵，高压超低温管路，射流引流器，低温换热器，低温高压气管路，气体混合引流器，由液体扩张段，中温换热器，气体收缩段组成的升温增压补熵换热器，常温工作气体管路，汽轮机输入阀，工作气路，汽轮机，发电机，乏汽气路，汽轮机输出阀，检修短路气阀及引流回气管路。本创新产品可以降低制冷机组采购成本，降低备用发电机采购成本，通过减免数据中心制冷机组耗电，低温发电机组发电自用等方式可以使得数据中心的耗电量大幅降低。

该装置分为四大部分：压缩机热泵回收装置、气体混合引流放大器、射流凝气泵和高压空气汽轮机发电组。将气体气化混合放大与汽轮机组合进行发电增效降温效果。

图1中1、超低温储液罐；2、高压超低温液体泵；3、高压超低温管路；4、射流引流器；5、低温换热器；6、低温高压气管路；7、气体混合引流器；8、气体扩张段；9、中温换热器；10、气体收缩段；11、常温工作气体管路；12、气轮机输入阀；13、工作气路；14、气轮机；15、发电机；16、乏气气路；17、气轮机输出阀；18、回气管路；19、制冷回水输入管路；20、中低温换热器连接管路；21、制冷回水输出管路；22、余气排放口；23、液态空气加注口；24、检修短路管路；25、检修短路气阀；26、引流回气管路。

2.2 工作流程

（1）高压超低温液体泵把超低温储液罐中的液态空气抽出，以30MPa以上的压力输送。

（2）高压超低温的液体通过高压超低温管路到达射流引流器，吸入从引流回气管路输送来的气态空气，混合后形成较低温度的液气混合物。

（3）30MPa以上的高压的较低温汽液管路进入到低温换热器，和中低温换热器连接管路输入到低温换热器的回水进行换热，液态空气的高压气液混合物吸热气化，形成高压低温气体，然后再通过低温高压气管路进入到气w混合引流器。

（4）在气体混合引流器，少量高压气流带动10～100倍大量低压乏汽气流一起流动，热量，压力混合交流，成为较低压力较大气流量的气流，这个气流气压在1MPa到5MPa之间。

（5）较低压力的，较大气流量的气流进入到气体扩张段、中温换热器、气体收缩段组成的升温增压补熵换热器，在气体扩张段，由于容器横截面积增加，气流压力减小，流速减小，温度降低，更有利于吸收热量：进入下一个循环的初步增压的工作气体在中温换热器部分，和由制冷回水输入管路输入的温度在18-25摄氏度的制冷回水继续升温、升压、补熵：然后制冷回水通过中低温换热器连接管路输入到低温换热器和从射流引流器输入的高压超低温的气体进行换热，再通过制冷回水输出管路输出4-18摄氏度的制冷水。

（6）气体到气体收缩段后，容器横截面积减小，压力、温度上升，形成更高温度的气体：该气体一小部分通过引流回气管路被射流引流器吸入，与超低温高压液态空气混合后得到利用，另外大部分将通过常温工作气体管路、气轮机输入阀及工作气路进入到气轮机做功输出，并通过共轴输出，带动发电机发电。

（7）气轮机排出的低温低压气体经过乏气气路、气轮机输出阀及回气管路输入到气体混合引流器，然后再重复进入到气流扩张段、中温换热器、气体收缩段组成的升温增压补熵换热器。

3 数据中心制冷方式对比

3.1 具有自然冷却的冷水机组

数据中心通常都需要常年不间断供冷，常规的制冷系统，室外温度即使是低于或远低于其循环冷冻水温的情况下冷水机组也需要照常运行。自然冷却（Freecooling）机组与常规冷水机组最大的区别在于它带有独特的风冷自然冷却换热器，其运行优先利用天然环境的低温空气冷却循环冷冻水，可以实现无压缩机运行制冷，显著节省压缩机的电耗。

3.2 热回收技术利用

在常规设计中，供暖需要锅炉或热泵解决，需要消耗大量的能源。新的热回收技术，免费利用制冷机组在制冷时候向环境中排放的冷凝热来加热供暖系统，从而不需要锅炉或热泵系统。在冬季需要供暖时，系统回收冷凝热来实现，多余的冷凝热仍旧排放到环境中去。由于实现制冷机组的冷热联供，综合能效比达到9～10，这是其他任何冷机效率所无法比拟的。采用这种热回收技术，一个数据中心的上万平方米的办公、运维和宿舍都可以实现免费供暖。

3.3 高效磁悬浮变频离心冷水机组

磁悬浮离心压缩机代表了当今最先进的压缩机技术趋势。变频驱动的高效磁悬浮无油离心式压缩机采用磁悬浮轴承技术，高性能脉宽调制（PWM）永磁同步电动机，其转速随负荷变化而自动调节，确保机组在各工况下始终处于最佳运行状态，使机组在满负荷及部分负荷时均能高效运行。内置变频器，使压缩机在部分负荷下实现变速运行，电动机转速和进口导叶优化控制，从而实现部分负荷时高效运行，全新的软起动功能，降低机组起动电流至2A，减少对电网冲击。

参考文献

[1]侯福平.通信机房空调系统节能技术探讨[J].通信电源与机房空调的安全节能，2006（6）：20-21.