● 通信机楼的节能改造需求及方案

1. 通信机楼的节能改造需求

数据中心的发展建设与相关政策紧密相关。自2020年以来，国家政策对数据中心的要求愈来愈高，数据中心产业随之进入高质量转型期，正往“集约化”、“绿色化”、“服务算力化”的方向发展。具体表现为：在“集约化”影响下布局向西部迁移加快；在“绿色化”影响下节能低碳要求更高、存量改造需求涌现；在“服务算力化”影响下算力服务兴起。

在“双碳”大背景下数据中心要求“绿色化”发展。自“十四五”以来，从国家到重点省市出台了一系列的关于数据中心节能减排的相关政策法规。2021年《关于进一步加强数据中心项目节能审查的若干规定》中对不同能源消耗量段的数据中心的PUE批复值直接提出了明确要求；2021年《广东省能源局关于明确全省数据中心能耗保障相关要求的通知》提出“十四五”期间PUE值需降低至1.3以下；2022年《内蒙古自治区“十四五”节能规划》中提出新建数据中心的PUE值不超过1.3。可以得出，无论南北各地市对于数据中心的PUE限值都有明确且严苛的要求，数据中心节能减排势在必行。

在新建数据中心低碳化发展的同时，存量数据中心的节能改造需求也逐渐兴起。据CDCC、工信部数据测算结果显示，2023-2025年我国数据中心节能改造市场空间规模超340亿元，其需求主要来自运营商、第三方IDC服务商、金融等主体，其中又以运营商为主要对象。

经运营商调研及中国通服数字基建产业研究院数据分析显示，在考虑存量数据中心规模、平均PUE现状水平以及改造场景广度的前提下，预估2023-2025年运营商节能改造市场规模约270亿元，主要包括大中型数据中心、综合枢纽楼、边缘及接入局所等场景，上述场景市场规模分别约达56亿元、70亿元、17亿元。其改造内容包含空调、电源、机柜搬迁、机房整改等，其中空调为主要整改方向，规模占比超70%，总规模约达100亿元。

2. 通信机楼的节能改造方案

在老旧通信机楼能耗占比中，空调系统能耗高达IT设备的60%以上（CLF>0.6）,电源损耗及其他耗电约占IT设备的20%（OLF+PLF≈0.2）。对于这类老旧通信机楼，电源改造难度较大且改造空间较小，其他耗电受土建及客观因素影响也较难有实质改变。所以通信机楼的节能改造也就聚焦于空调系统，这也与预估的整改规模占比相吻合。本文下面介绍的改造方案的改造方向也都是直接或间接地降低空调能耗。

2.1 氟泵化改造

氟泵技术自08年在我国应用以来，从其利用自然冷源节能原理到长期实践的节能效果都获得了行业内的高度认可。近年来，运营商对于氟泵类空调的选用频率在逐年增加，主要用于新建机楼的配置和存量机楼老旧空调的替换。但对于存量机楼内只使用了2~4年的风冷空调，出于经济性等因素考虑直接做替换显然不切实际，所以就需要用到投资小的改造方案—氟泵化改造。

改造原理：在普通风冷机房空调机组的基础上，针对地设计并增加一套氟泵节能模块（包括室外泵柜和室内电控盒），采用先进的智能控制系统，可使机组在同一套制冷系统中实现常规压缩机制冷、压缩机与氟泵同时工作的混合双动力制冷、氟泵自然冷三种循环模式运行，将普通风冷机房空调机组改造为氟泵自然冷空调机组。室外低温季节，机组根据室外环境温度和室内负荷需求进行智能判断，切换至氟泵自然冷节能模式，以低功率氟泵系统代替压缩机运行，充分利用室外冷源，最大限度地减少压缩机制冷模式的运行时间，从而有效地提升了机组的能效比。

氟泵技术的节能效果取决于自然冷源的利用时长，也就是在我国各地区的适用性不尽相同，具体表现为从南到北适用性逐渐提高。

2.2 变频化改造

因历史技术问题，早年间通信机楼内采用的风冷精密空调大多数都为定频空调。而机房内IT设备的上架率往往偏低，造成空调制冷量与现场热负荷不匹配，定频空调却无法根据实际热负荷调整运行频率，为了保持机房温度，压缩机只能频繁启停，这势必会造成能源的浪费，也会缩短压缩机的使用寿命。针对这类空调，同样考虑到经济因素无法直接进行替换，只能通过改造手段-变频化改造来降低运行能耗。

改造原理：变频化改造需在空调旁安装节能控制柜，节能控制柜的接线安装主要是将原压缩机空开与空调主电源之间的连接电源断开，空调主空开后端增加一组电源接线到节能控制柜的进线端；节能控制柜电源输出端至压缩机空开上端，室内风机的接线亦是如此。节能控制柜的接线改造不更改空调原控制系统的接线，节能控制柜始终保持和遵循空调本身的运行逻辑。

节能控制柜会根据冷量的实时需求，调节压缩机的转速。压缩机可类同于恒转矩负载，其功率与转速成正比关系，当压缩机转速下降时，功率等比例下降。而对空调制冷系统而言，降低压缩机转速，冷媒的质量流量下降，换热效率会得到提升，从而提高了空调的制冷效率。通过降低压缩机转速的手段，可以用更小的功率满足同等的制冷需求，大幅降低压缩机的启停次数，实现节能控制柜对空调运行的节能降耗。

变频化改造实施后除节能效果外，还能带来以下附加价值：①减少压缩机启停，延长空调寿命。②提高送风精度，设备运行更安全。③实时监测数据，节能效果真实可信。

2.3 水冷化改造

通信机楼因前期土建规划及后期机房扩容等问题，其风冷精密空调的室外机往往摆放较为紧凑，且周围有阳台格栅等遮挡物，易造成空调高温报警，且冷凝温度上升后空调能耗也会随之增加。另外若通信机楼临近居民楼，风冷室外机的风扇噪音也会影响到居民日常生活，经常会遭到投诉。针对以上痛点，推荐采用水冷化改造方案。

改造原理：水冷化通俗理解就是将热介质（冷媒）流动的管道浸没在冷介质（凉水）中，或者流动的热介质与流动的冷介质之间间隔高效传热的热导体，热介质与冷介质之间不直接相容混合，通过导热间壁将热介质的热量传递给冷介质，以降低热介质的温度和压力。具体实施是在空调室外机冷凝器出口侧串联水氟换热器，冷媒通过换热器将热量传递给水，水侧依靠水泵驱动循环将热量带到冷却塔进行散热。

与氟泵化改造相反，水冷化改造的节能效果是从北到南逐渐提高。这是由于北部地区的低温天气较多，风冷室外机的开启频率相对较低，冷凝温度处于正常范围，水冷化改造的节能效果就会降低。

2.4 AI群控改造

降低机房空调的运行能耗除提升空调自身性能外，运行管理也至关重要，目前机房内基本都是由运维人员人为管理。人为管理由于人力、经验、精力等条件限制，会存在以下问题：①空调常年打开-在室温没达到预警值时，空调一直空载运行，产生不必要的耗电；②空调采用固定温度/风量设置-不能根据空调状态、室温动态调整，产生多余耗电；③空调(在施工时)被人为调整至低温-无恢复机制，产生额外人为耗电；④空调老化-老化后的空调为达到预设冷量会额外耗费更多电能。为解决上述痛点，推荐采用AI群控改造对机房内空调进行智能化管理。

改造原理：为机房所有空调加装分析控制单元，并在机柜内及回风通道上加装温度传感器，嵌入式智能软件及物联网技术实现机房内空调智能群控，达到能耗最优、空调寿命最优、温控最优：①空调EER分析：使用分析控制单元对每台设备EER（制冷效率）进行分析，识别出每台空调效能情况；②冷量需求统计：监测根据分布式温度传感器集群数据分析，计算出机房实时冷量需求；③空调集群控制：分析控制单元集群及传感器集群通过AirLink无线物联网将数据上报智能网关，由智能网关根据制冷需求量及空调性能等数据，并以负载均衡算法智能控制各空调启停。

2.5 气流组织改造

机房内的气流组织情况直接决定了空调的设定回风温度。在远端机柜进风量不足导致热点、空调送回风冷热掺混等不利条件下，只能通过降低空调设定回风温度来维持机房环温。而回风温度越低，空调能耗也会越高。为解决此类问题，需要根据机房实际情况进行气流组织改造，下面也推荐几种高效可行的改造方案。

2.6 总结

节能改造方案的选用与现场实际情况密不可分，需做到具体项目具体分析。土建基础、气候条件、机房规划、经济条件等客观因素都会影响到方案的选用。且方案之间也可组合搭配，旨在提供使得客户满意、可行性强、投资回收周期短的综合型方案。