樊春锋，伍建萍（中国移动通信集团设计院有限公司陕西分公司，西安 710077）



通信枢纽楼能耗运行分析研究

樊春锋，伍建萍
（中国移动通信集团设计院有限公司陕西分公司，西安 710077）

摘 要如何在业务量不断增加，电源容量无法扩容的情况下，更好地解决供电能力紧张、机房装机位不足、机房散热等问题，是本论文的研究意义所在。本文通过对S省通信枢纽楼能耗运行分析，给出以上难点的合理化建议和建设指导原则。

关键词枢纽楼；变压器；能耗；红色预警；搬迁

随着网络及设备技术的发展，单机架功耗逐年攀升，机房的能耗越来越大，特别是对现网已经运行了10年以上的通信枢纽楼来说，电源容量和空调制冷量都是一个很大的挑战。如何在业务量不断增加、电源容量无法扩容的情况下，更好地解决供电能力紧张、机房散热等问题，是本论文研究意义所在。

1　待解决问题

10年以上的省级通信枢纽楼亟待解决骨干、省干设备扩容电源容量受限的问题。作为省级通信枢纽楼历来设置了大量骨干、省干的设备，如一干、省干、城域核心的OTN或PTN设备以及IP承载网、CMNet的骨干节点、省网核心节点等设备，这些设备的搬迁风险极大，举步维艰，并且任何其他系统的建设都可能涉及这些设备的扩容。为此如何解决它们的供电方案是需要长远布局的问题。

与此同时，净利润处于下行通道，电信运营商低成本高效运营益发重要，其中如何降低动力水电费是其中一个重要科目。根据某省移动运营商财报，动力水电费占企业总运营成本约5.5%，其中电费约占90%。通信枢纽楼内网元系统多年建设和运维也积压了不少能效比低的问题，有成本压缩的空间。

本文以某省枢纽楼为例，通过大量实测的能耗数据分析，提出面向长远的供电能力保证方案，充分保障骨干、省干设备扩容，同时进一步提升供电效能，降低企业运行成本。

2　某省通信枢纽楼能耗运行分析

2.1枢纽楼机房、供电系统及负荷情况现状

枢纽楼总装机面积为8 849 m2，机房总装机位数为3087个，已装机位数为2 727，装机率为88%。该机楼按照网元设备分类包括：核心网机房、无线机房、传输机房、数据机房、网管机房。另，高低压配电室、电力电池室均没有足够的扩容位置。

枢纽楼高压采用两路专线引入，容量均为8 000 kVA，当前市电扩容困难。

主用变压器容量为6 400 kVA ，共安装5台1 600 kVA的变压器，运行方式为4+1运行，发电机总装机容量为8 325 kVA。

依据某省通信机房供电管理办法，目前枢纽楼的总负载为4 315 kVA，主用变压器平均负载率为67.4%，发电机平均负载率58.6%，其中变压器已经超过红色预警线、发电机接近黄色预警线，变压器和发电机负荷统计见图1所示。

2.2能耗运行分析

2.2.1空调功耗和设备功耗相比较

枢纽楼采用分散式空调系统。通信设备负载占比60%，空调负载占比40%，各楼层空调和通信设备功耗比值见图2，合计0.64，但局部超出1.0，反映部分楼层的空调配比或者气流组织差，有待优化。

2.2.2各网元功耗分布

枢纽楼所装网元有核心网系统、无线接入系统、传输系统、网管系统、业务网系统、企业信息化系统等。根据实际测量，各专业能耗分布如图3所示。

从图3可知，处于生命周期成熟期和衰退期的核心网电路域、BSC/RNC是能耗“大户”。进一步分析传输机房可知，后建的传输OTN/PTN为主的机房能耗远大于原SDH为主的机房能耗，实测平均单机柜功耗分别为1kW/机柜、0.59 kW/机柜。

2.2.3单机柜能耗

按照装机时间点看， 老旧机房（早期安装设备的楼层）单机柜能耗不足1.5 kW/机柜，新机房（近年安装IT设备、大功率设备的楼层）单机柜能耗达到2.2 kW/机柜（安装IT设备的网络机柜未装满的情况）。这些统计分析数据将为设备退服设备掉电功耗以及新增设备功耗的预测提供很好的参考。

图1　变压器、发电机负载率

2.3某省枢纽楼能耗运行分析小结

（1）在整体供电容量扩容困难的情况下，供电能力已经成为网络发展的瓶颈。该枢纽楼剩余装机位360个，按照平均单机架功耗2 kW测算，枢纽楼装满的情况下，至少还要再增加720 kW的用电负荷。如果按照某省当前的供电系统红色预警值，该机楼不允许增加任何设备。

（2）局部空调运行有待优化。如机房局部热岛现象，气流组织不合理；个别机房冷量过剩，空调功耗与设备功耗甚至超过1（合理值为0.4～0.6）；机房还有剩余装机位置，但无空调室内外机的安装位置等问题。

（3）能耗较大的是核心网、支撑系统、传输系统。针对业务发展需求，未来需要重点满足的是传送网、IP承载网、CMNet的扩容负荷；核心网电路域、BSC/ RNC基本不再增加负荷，并且存在逐步退网的可能。

（4）新增设备的单机柜功耗可能进一步提升。

图2　分散空调系统空调和设备功耗比

图3　各专业网元功耗分布

3　枢纽楼供电系统解决思路

通信枢纽楼的各网元，特别是骨干、省干的传送网、IP承载网、CMNet还将持续有用电负荷增加需求。我们需要立足长远，系统性地解决枢纽楼长期供电能力不足的问题。解决思路包括“挖掘”和降低新增负荷两个层面，具体包括以下方案。

3.1保证安全可靠性，合理提高供电系统利用率

近年来，通信行业持续推进节能减排工作，深挖节能减排潜能，不断完善节能减排管理体系，成效显著。各基础电信企业积极发挥行业核心作用，带动产业链共同节能减排，积极发挥信息产业的优势，构建绿色通信网络，促进行业健康可持续发展。因此无论是从节能减排行动上，还是业务发展需解决供电问题的内驱上，该省《通信机房供电管理办法》（简称）中诸多指标有待商榷和提升。

比如：在保证网络运行安全可靠的基础上，将变压器红色预警值调整为85%，橙色预警值调整为75%，黄色预警值调整为65%。调整后该枢纽楼供电能力可以由原来的主用4 160 kVA提升到5 440 kVA，主用变压器的长期运行负载可以提升1 280 kVA，供电能力提升了31%。

3.2新型制冷方案，优化气流组织，降低空调能耗

3.2.1水冷系统取代风冷系统

10年以上的通信机房在没有进行改造的情况下，空调大多数采用风冷型专用空调机组，风冷型机组具有安装灵活、可靠安全的优点，但也存在性能系数较低、运行性能不稳定、受室外环境温度变化波动较大、室内外机组安装管线较短、特别是室外机组占用大量建筑面积的缺点。

水冷系统不需要室内、室外机的连接铜管，只需要一组冷却水管道可以将所有的机组连接在一起，不存在室内、室外机距离限制。占地面积相对较小，同时水循环管道不需要太厚的保温处理，节省通道空间；扩容方便，这些方面都可以大大减少空调设备的投资及后期维护费用。水冷节能效率、性能系数高于风冷机组，在通信机房中推广水冷型专用空调机组具有一定程度的节电降耗价值，特别是在通信枢纽楼或者数据中心节能效益显著。

3.2.2机房空调气流组织

采用“全封闭冷通道精确送风”时，减少了送风回路中的冷量损失，尽量靠近机架服务器区域，提高空调的工作效率，减少能耗，同时有效改善了机房出现的局部高温情况。

在机房设计过程中，最好按照“冷热分区”进行规划设计，由以往的同方向变为“背对背、面对面”安放，使冷热风路分离，引导冷热气流，提高了空调的制冷效率。

除以上提出的主要技术变革外，还有新风交换技术、列间空调技术、更换空调的制冷剂、应用热管技术等方式都得到了重视与选择，在很大程度上提高空调的制冷效率，减少耗电量，节约系统的建设和维护投资。

3.3促进老旧设备、衰退期设备的退服、掉电

通信行业坚持政策引导与市场推动相结合，节能减排在政策、管理、技术等各方面均取得明显成效。其中一项就是加强政策引导，积极推动老旧高耗能设备退网。可以推进下面几种类型设备的退服掉电：

普查现网由于技术改造等原因已经退服未掉电的设备，实施退服掉电；促进老旧设备的替换、退服和掉电。促进生命周期衰退期设备，如BSC/RNC的整合、退服掉电。

按照这一解决思路，某省该枢纽楼摸排、退服掉电设备204 kW（理论）。

3.4降低枢纽楼新增动力负荷

“新技术”是以虚拟化、云计算为代表的新技术，这些技术实现服务器、存储、网络设备等资源的弹性分配和共享，提升整体利用率，从而降低了设备需求，降低了现在动力负荷。

“新配置”除了传统上选择能效比高的设备以外，主要是指去“电信化”的思路，和“定制”思路，如有研究和测试表明，对比现网通用设备，定制化的Web服务器单位性能功耗可降低约25%，计算服务器单位性能功耗可降低约30%，存储服务器单位性能功耗可降低约7%。当然这是战略性的举措，需要举整个集团之力共同推进。

“新结构”，各专业都有本领域结构优化的举措。如CMNet考虑第二平面的建设，如分布式多活数据中心，实现负荷的动态迁移和智能分发，这些举措都可以有利于缓解甚至解决通信枢纽楼的动力负荷瓶颈。

从近期看某省公司已经异址建设了省级私有云资源池。可以将枢纽楼的部分系统，如网管、企信和一些互联网类的业务平台迁移到资源池，迁移后约退出440kW的负荷。

3.5设备搬迁，降低枢纽楼总负荷需求

纯粹的搬迁产生不了效益，这一方案为次选。所以设备的搬迁常常伴随的是老旧设备的替换或者新技术淘汰老旧技术，新结构淘汰老旧结构。当然，如果以上措施无法完全满足枢纽楼必须保障的设备加电时，可以综合考虑选择业务影响小、搬迁投资小、操作实施难度小、功耗较大的一些系统进行搬迁。

4　研究结论

针对运行10年之久的通信枢纽楼来说，供电能力、机房装机位置以及机房散热等问题已经成为网络发展的巨大瓶颈。本文从某通信枢纽楼的能耗运行数据分析出发，立足长远，结构性提出通信枢纽楼供电能力不足的多层面的解决方案。即：在有限资源下，通过合理控制通信设备与空调设备的配置，安全提高电源预警容量门限，有序推动退服或老旧设备掉电，并综合“新技术”、“新配置”、“新结构”降低枢纽楼新增负荷，综合保障了枢纽楼长足的用电需求。

参考文献

［1］ GBT 13462-2008， 电力变压器经济运行［S］.

［2］ QB-J-017-2013V1.0.0， 中国移动通信电源系统工程设计规范［S］.

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

中图分类号TN915

文献标识码A

文章编号1008-5599（2016）05-0089-04

收稿日期：2016-01-18