梅 龍

（中國民用航空中南地區(qū)空中交通管理局，廣東 廣州 510405）

0 引 言

近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速增長，航班數(shù)量日益增加，空中交通管制服務(wù)的業(yè)務(wù)量越來越大，空管行業(yè)的信息化建設(shè)也在不斷加強(qiáng)，服務(wù)器、交換機(jī)、儲(chǔ)存設(shè)備以及空管設(shè)備均保持快速增長，數(shù)據(jù)機(jī)房和辦公場(chǎng)所的能源消耗日益增加，高能耗問題尤為突出。隨著國家電力市場(chǎng)化改革，未來單位電價(jià)將處于上升趨勢(shì)，空管行業(yè)的能源支出成本將持續(xù)增加，粗放式的能耗管理已經(jīng)不能滿足空管行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的要求，如何降低空管行業(yè)能耗成為亟需解決的問題。

以某地航管樓A為例來研究分析大型空管工作區(qū)的能耗情況，其中空管設(shè)備、服務(wù)器以及計(jì)算機(jī)等設(shè)備的能耗約占總能耗的30%，機(jī)房暖通制冷系統(tǒng)的能耗約占總能耗的45%，供配電系統(tǒng)和其他物業(yè)用電的能耗約占總能耗的25%。隨著后期擴(kuò)建項(xiàng)目的投產(chǎn)，該航管樓區(qū)域的設(shè)計(jì)負(fù)荷功率裝機(jī)量達(dá)到8 450 kVA。在航管樓滿載用電的情況下，每年電費(fèi)支出超過4 000萬元，運(yùn)行成本大幅增加?；诖?，針對(duì)IT設(shè)備、機(jī)房暖通制冷系統(tǒng)、供電系統(tǒng)以及其他物業(yè)用電的能耗情況進(jìn)行分析，采取可行的節(jié)能減排措施，提高空管行業(yè)的綠色發(fā)展水平[1-3]。

1 大型空管工作區(qū)能耗分析

近年來，空管行業(yè)的耗電量快速增加，A航管樓2017—2022年的負(fù)載數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 A航管樓2017—2022年負(fù)載功率

2022年，A航管樓的總負(fù)載功率已從2017年的440 kW增長至726 kW，其中空管設(shè)備負(fù)載從136 kW增長至221 kW，其他負(fù)載從90 kW增長至181 kW。

大型空管工作區(qū)的能耗主要由空管設(shè)備能耗、空調(diào)制冷能耗、供配電系統(tǒng)能耗、其他用電能耗等組成，其中空管設(shè)備包括一次/二次雷達(dá)、甚高頻服務(wù)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、防火墻設(shè)備以及IT設(shè)備等，空調(diào)制冷設(shè)備包括機(jī)房精密空調(diào)、中央空調(diào)、分體空調(diào)等，供配電系統(tǒng)包括高低壓配電柜、變壓器、不間斷電源（Uninterruptible Power Supply，UPS）以及柴發(fā)機(jī)組等，其他生活用電設(shè)備包括照明、電梯以及生活水泵等。

大型空管工作區(qū)能耗組成中，空管設(shè)備能耗占比30%，空調(diào)制冷設(shè)備能耗占比45%，供配電系統(tǒng)能耗占比12%，其他能耗占比13%。標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)中心能耗組成中，IT設(shè)備能耗占比50%，空調(diào)制冷設(shè)備能耗占比30%，供配電系統(tǒng)能耗占比10%，其他能耗占比10%。通過對(duì)比，空管工作區(qū)的空管設(shè)備能耗遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)中心的IT設(shè)備能耗，具有較大的節(jié)能降耗空間。

2 大型空管工作區(qū)能耗管理策略

2.1 提高空調(diào)利用效率

空調(diào)制冷設(shè)備能耗是空管工作區(qū)能耗最大的部分，對(duì)此可以提高空調(diào)的利用效率來減少空調(diào)能耗。目前，提高空調(diào)利用效率的方法有調(diào)整機(jī)房布局、提高制冷溫度等。

機(jī)房內(nèi)空調(diào)和設(shè)備布局不合理，對(duì)氣流和溫度場(chǎng)影響較大?？照{(diào)出風(fēng)口未均勻分布于機(jī)房，存在某些能耗高、發(fā)熱量高的設(shè)備處于熱氣流通道的現(xiàn)象，導(dǎo)致機(jī)房內(nèi)出現(xiàn)熱島效應(yīng)。為了解決部分設(shè)備附近溫度較高的問題，可以調(diào)整機(jī)房內(nèi)設(shè)備和空調(diào)出風(fēng)口的位置，將發(fā)熱量高的設(shè)備布置在靠近出風(fēng)口的位置或延長空調(diào)出風(fēng)管道至發(fā)熱量高的設(shè)備處，從而提高機(jī)房空調(diào)利用效率[4-6]。

為了保證設(shè)備的安全有效運(yùn)行，需要嚴(yán)格控制機(jī)房的溫度。根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，機(jī)房溫度處于15～20 ℃時(shí)，服務(wù)器故障率為0.865%；機(jī)房溫度處于20～25 ℃時(shí)，服務(wù)器故障率為1.130%；機(jī)房溫度處于25～30 ℃時(shí)，服務(wù)器故障率為1.335%；機(jī)房溫度處于30～35 ℃時(shí)，服務(wù)器故障率為1.482%。查詢《數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50174—2017），其中要求冷通道或機(jī)柜進(jìn)風(fēng)區(qū)域的溫度為18～27 ℃。根據(jù)設(shè)備主備配置情況有效降低設(shè)備故障率，在不影響空管運(yùn)行保障的前提下，適當(dāng)提高機(jī)房環(huán)境溫度，降低機(jī)房的總能耗。

2.2 智能化改造

在綠色、節(jié)能的背景下，應(yīng)降低空管工作區(qū)的其他用電量，可以利用建筑物智能化改造的方式提高自然通風(fēng)、暖通制冷、照明系統(tǒng)的能源利用率，降低大型空管工作區(qū)的能耗[7]。

2.2.1 照明系統(tǒng)智能化改造

隨著科技的發(fā)展，照明用電能耗已呈逐年降低趨勢(shì)，可以充分利用建筑智能設(shè)計(jì)理念對(duì)照明系統(tǒng)進(jìn)行智能化控制，以降低能耗。例如，在辦公場(chǎng)所安裝聲控?zé)?、感?yīng)燈等，在沒有人員走動(dòng)的情況下實(shí)現(xiàn)照明系統(tǒng)的自動(dòng)關(guān)閉[8]。除此之外，還可以安裝有效的控制元件，對(duì)照明的等級(jí)進(jìn)行智能化調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能。

2.2.2 使用自然冷卻技術(shù)

自然冷卻技術(shù)使用自然界的冷源為設(shè)備機(jī)房提供冷量，以達(dá)到節(jié)約能源的目的。對(duì)工作區(qū)的機(jī)房進(jìn)行新風(fēng)系統(tǒng)自動(dòng)化改造，當(dāng)冬天室外溫度低時(shí)，新風(fēng)系統(tǒng)自動(dòng)控制開啟，機(jī)房空調(diào)自動(dòng)關(guān)閉。新風(fēng)系統(tǒng)從室外引進(jìn)經(jīng)過過濾的低溫冷空氣供應(yīng)到設(shè)備機(jī)房進(jìn)行冷卻，而排風(fēng)口將熱通道的空氣排除，通過冷空氣的不斷進(jìn)入和熱空氣的不斷排出使機(jī)房溫度控制在合適的范圍，從而達(dá)到降低機(jī)房空調(diào)使用頻率、減少空調(diào)能耗的目的[9]。

2.2.3 空調(diào)系統(tǒng)改造

對(duì)辦公區(qū)域的空調(diào)進(jìn)行自動(dòng)化改造，安裝紅外感應(yīng)裝置來控制辦公場(chǎng)所空調(diào)的關(guān)閉。當(dāng)紅外探頭長時(shí)間未檢測(cè)到活動(dòng)跡象時(shí)，自動(dòng)關(guān)閉空調(diào)。在辦公場(chǎng)所人員長時(shí)間離開的情況下，可有效防止未關(guān)閉空調(diào)而造成能源浪費(fèi)的情況。

2.2.4 采用變頻設(shè)備

由于部分空管業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)量存在短時(shí)突變的特點(diǎn)，服務(wù)器、交換機(jī)等設(shè)備的散熱量會(huì)隨著數(shù)據(jù)處理量而變化，因此機(jī)房的溫度也是動(dòng)態(tài)的。將制冷系統(tǒng)能耗最大的冷水機(jī)組替換為變頻設(shè)備，采用變頻原理的冷水機(jī)組可以根據(jù)機(jī)房溫度的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)運(yùn)行頻率，提升冷水機(jī)組能效，從而有效降低能耗[10]。

2.3 降低供配電系統(tǒng)的損耗

2.3.1 采用高能效等級(jí)的變壓器

電力變壓器的能效標(biāo)準(zhǔn)分為3級(jí)，其中1級(jí)變壓器的能效最高、節(jié)能效果最好。查詢相關(guān)數(shù)據(jù)，以額定容量1 000 kVA的10 kV干式變壓器為例，1級(jí)能效標(biāo)準(zhǔn)的電力變壓器能源損耗約為7 kW，2級(jí)能效標(biāo)準(zhǔn)的電力變壓器能源損耗約為8 kW，3級(jí)能效標(biāo)準(zhǔn)的電力變壓器能源損耗約為10 kW?；诖耍捎酶吣苄У燃?jí)的電力變壓器可以有效降低能源損耗。

2.3.2 工藝供電系統(tǒng)的優(yōu)化

為了保障空管業(yè)務(wù)的連續(xù)性、安全性，大型工作區(qū)的空管設(shè)備供電均采用UPS雙總線整流-逆變供電方案。雙總線UPS系統(tǒng)包含4臺(tái)UPS，每臺(tái)UPS均能獨(dú)立帶載所有負(fù)荷。主備冗余的雙總線UPS供電系統(tǒng)的實(shí)際效率為80%～90%，配電系統(tǒng)能量利用率較低。新型數(shù)據(jù)中心開始嘗試采用1路市電+1路UPS或1路市電+1路直流高壓的雙總線供電模式，1路市電+1路UPS的供電系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 1路市電+1路UPS供電系統(tǒng)

在市電正常的情況下，負(fù)載優(yōu)先使用市電供電。在市電異常時(shí)，負(fù)載通過靜態(tài)切換開關(guān)（Static Transfer Switch，STS）不間斷切換至UPS或直流高壓供電。在市電穩(wěn)定的情況下，該供電方案的安全性、可靠性與雙總線UPS模式不相上下，但能源利用效率優(yōu)于雙總線UPS供電模式，將成為未來綠色發(fā)展的重要應(yīng)用形式。

3 結(jié) 論

隨著我國空管行業(yè)的快速發(fā)展，通過提高制冷空調(diào)利用率、智能化改造以及降低供電系統(tǒng)能耗等方式，能夠高效實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，符合國家綠色、環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略要求，對(duì)推進(jìn)空管行業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展具有重要意義和價(jià)值。