移動通訊基站節能技術及產品應用場景分析

常戰庭，徐 華

（中國聯通河南分公司，河南 鄭州 450008）

1 節能減排的意義

節能減排（Energy－saving emission reduction），就是節約能源、降低能源消耗、減少污染物排放。《中華人民共和國節約能源法》所稱節約能源（簡稱節能），是指加強用能管理，采取技術上可行、經濟上合理以及環境和社會可以承受的措施，從能源生產到消費的各個環節，降低消耗、減少損失和污染物排放、制止浪費，有效、合理地利用能源。

我國“十二五”規劃綱要提出單位國內生產總值能耗降低20%左右，主要污染物排放總量減少10%。國資委要求“十二五”期間央企萬元GDP綜合能耗下降20%，同時強調要加大節能減排技術創新投入，加快完成節能減排重點工程建設，建立推行清潔能源發展新機制和合同能源管理新模式，強化節能減排管理和完善節能減排考核。

通信行業為促進經濟發展、社會進步，提高人民生活質量，提升經濟社會發展的效率和信息化水平發揮了重要作用。隨著信息化建設的加速，通信行業消耗的資源和能源也越來越多，因此節能減排成為通信行業必須要認真面對和切實抓好的一項緊迫任務。

2 基站節能減排的種類

為配合通信行業節能減排工作的實施，各生產廠家根據通信基站的機房結構特點，設備功耗，設計研發了不同類型的節能產品，并在相關測試中心進行模擬測試，確定其節能效果后在各通信基站推廣應用。

目前，在通信基站已應用的節能產品主要有8種：智能新風節能系統、新風分區及精確送風節能系統、熱交換節能系統、熱管節能系統、蓄電池恒溫柜、活動板房隔熱涂料改造、開關電源模塊休眠改造、室外機納米涂層。

（1）智能基站新風節能系統

智能通風節能系統設計原理是通過直接引入室外溫度較低的空氣來使室內較高溫度的空氣降溫。

智能通風節能系統工作原理：利用溫濕度傳感器探測機房內外的溫濕度情況，當機房內溫度達到某個設定值，且機房內外達到設定溫差時，開啟進風單元的新風風門，開啟風機，將機房外冷空氣吸入機房，冷空氣與機房內熱空氣進行熱交換，使機房內溫度得以下降。同時，維持機房一定的正壓開啟排風單元的排風風門，依靠正壓或風機排出機房內的熱空氣。機房外的冷空氣被吸入時經過過濾裝置的處理，如圖1所示。

（2）新風分區及精確送風節能系統

新風分區及精確送風節能系統設計原理是以“設備為本，冷卻設備為先”，改變傳統的風道、風管及風帽上送風的方式，不以冷卻環境為先，而是先冷卻設備再冷卻環境。

圖1 智能新風節能系統工作原理圖

新風分區及精確送風節能系統原理：利用基站內蓄電池組與基站設備對工作溫度的不同要求，將兩類設備進行冷熱分區隔斷，蓄電池區溫度控制在25～30℃，基站主設備溫度控制在35℃左右，系統通過自然冷源或空調冷源對基站機房進行溫度分區控制，從而達到最佳的節能效果，如圖2所示。

系統采取精確排熱，按照設備的不同溫度要求，進行精確輸送冷量，使基站90%的熱負荷，通過排熱系統排出，剩余10%的熱負荷，通過空調冷卻。

圖2 新風分區及精確送風節能系統示意圖

（3）熱交換節能系統

智能熱交換系統節能技術通過隔離換熱，排出基站內部的熱量，在滿足室內溫度的同時，不影響室內空氣的質量。從而延長基站內通信設備的壽命。

智能熱交換系統節能技術采用顯熱換熱器為核心部件，室內外空氣在換熱芯體內進行能量交換。系統將室外新風引入顯熱交換器，對室內空氣進行冷卻降溫處理，然后再排出室外；被冷卻后的室內空氣在送回室內，達到為機房降溫的目的。室外冷新風與室內空氣本身無交換，僅交換熱量，如圖3所示。

（4）熱管節能系統

熱管換熱器系統設計原理：當基站外溫度低于基站內溫度時，利用自然溫差來冷卻室內有空氣，實現自然冷卻降溫功能，減少空調的工作時間，從而達到節能的目的。

熱管換熱器系統是利用蒸發制冷，使得熱管兩端溫差很大，使熱量快速傳導。充分利用外界冷源，在完全隔離外界空氣的粉塵、潮氣的基礎上，對內部環境進行散熱，如圖4。

圖3 智能熱交換節能系統示意圖

圖4 熱管換熱器系統工作原理圖

（5）蓄電池溫控柜

電池溫控柜設計原理：是一款針對基站內蓄電池組設計的空調設備，可以為蓄電池組提供一個最適宜的局部溫度環境，使基站內其他電子設備減少對制冷量的需求，從而大大降低基站制冷設備的總功耗，達到節能的目的，如圖5。

基站內不同設備的工作溫度存在差異，其中蓄電池的工作溫度在25℃左右，而其它通信設備的溫度可達35℃以上，同時蓄電池的功耗遠遠低于其它通信設備，因此采用電池溫控柜，將蓄電池組溫度單獨控制，提高基站內空調的設定溫度，從而達到節能目的。

圖5 機房內部布局圖

（6）活動板房隔熱涂料改造

由于條件限制，不少通信基站機房的建筑采用自建的活動板房，其主要材質為彩鋼板。彩鋼板房的一個主要特點就是保溫。因此采用彩鋼板的基站，其室內溫度較其它形式的基站機房高。而隔熱涂料是采用多功能底漆、隔熱中間漆、氟硅面漆三合一組成，具有良好的基材附著力、隔熱能力和防熱輻射能力。

基站活動房外表面用熱反射隔熱涂料涂裝后形成的涂膜可有效反射太陽輻射熱能量由涂層表面向室內傳導總量的83%以上，從而極大地抑制由于日光照射引起的室溫升高。同時隔熱涂料具有良好的防水效果，更適合惡劣的野外環境，可確保活動板房基站不受酸雨的侵蝕。

（7）空調室外機納米涂料

通過一層很薄的、噴涂在換熱器鋁箔表面的納米保護層，防止鋁箔氧化、腐蝕、防水排塵、免積油垢。使空調換熱器鋁箔在純鋁的條件下工作，達到最佳的換熱效果，保證空調壓縮機更有效地被使用，能夠快速達到制冷溫度，更多地在省電模式下工作，以達到節能的效果。

（8）開關電源模塊休眠改造

根據目前基站開關電源配置原則，開關電源模塊的數量以保證負載最大功耗狀態下的供電，同時有足夠的容量用于電池充電，并考慮N＋1冗余。但在系統日常運行時，開關電源模塊的負載率往往較低，系統效率也普遍不高。通過升級系統監控模塊使其具備能控制整流模塊休眠功能，實現基站開關電源模塊休眠，設定整流模塊輪流工作時間，不但延長整流模塊壽命，而且提高了整流模塊效率，達到節能減排目的。

系統通過關閉部分整流模塊（休眠），將負載量集中于少數幾個模塊。系統會根據負載變化，動態調整實際運行的模塊數量，使其保持工作于最佳效率點附近。

3 節能減排技術的研究目的

研究通信基站節能減排技術，主要是追蹤各類節能設備在不同環境、不同氣候、溫度情況下節電效果，分析其最佳適應環境及場景，最終總結各類項目對應場景及能效，從而將節約一度電落實到每一個基站，以實現降低運營成本，進一步提升企業利潤，增強企業自身的核心競爭力。通過該項目的研究，能為節能減排工作深化開展、制定節能減排規劃提供支撐；為能源預算管理提供參考。

4 節能減排技術的原理及分析

分析各通信企業財務數據，其主要耗電量來自基站，基站耗電量主要來自于空調和通信設備，而空調的耗電量大約占基站總耗電量的40%。因此如能有效降低空調的使用時間，則能達到降低基站總能耗的目的。

4.1 基站應用節能減排技術的原理

統籌考慮當地的四季溫度、晝夜溫差、基站所處地理環境、基站內相關設備的數量和容量，將節能設備與空調設備進行聯動，設定相應的溫度，在室內溫度和室外溫度相差達到設定溫度時，開啟節能設備，同時空調停止工作。

4.2 基站節能減排技術效果分析

本文擬采用同比的分析方法，以節能設備使用前后電費變化為分析依據。即本年度同期指標與上年度同期指標進行對比，得到相關數據。通過對采用節能設備的某些基站在不同時期耗電量追蹤進行同比計算，得到相對條件下準確的節電率。節能設備特點及節電率如表1。

（1）各類節能技術節電率的計算周期不同，節能設備采用不同的監測周期，本課題以1個月或1周為測試周期。即原空調系統在單獨運行周期內基站的耗電量和電費，啟動節能設備后，節能設備與空調聯動，在相同周期內基站的耗電量和電費。

（2）當室內外溫度在節能設備設定溫度范圍內時，節能設備運行，空調停止運行。當室內外溫度超出節能設備設定溫度范圍內時，空調運行，節能設備停止運行。

（3）原基站耗電量及電費，使用節能設備后耗電量及電費。

節電率＝（使用前用電度數－使用后用電度數）／使用前用電度數×用電天數／365

表1 節能設備特點及節電率

5 基站節能減排應用場景分析

各類節能技術的節電效果，不僅受到基站環境條件、通信負荷、外界氣候條件、空調及節能設備的工作效率等多種因素的影響，同時也需統籌考慮各基站實際情況。

通信基站的用電一般采用市電直接供電方式，節能技術的應用具有針對性，首先需針對基站設備能耗較高、電費結算單價比較高的基站，對于已實施合同能源管理項目的基站、電費外包的基站、存在偷電現象及跑冒滴漏的基站可暫不實施。各類節能設備的適應性對比如表2。

表2 各類節能設備的適應性對比

6 基站節能減排組合實施方式

根據每類節能技術的特點并結合各地市基站的實際情況，8類技術中可采用多種組合或一種方式實施，如表3。

7 結 論

節能減排已經成為我國的重要基本國策，通信運營商也在積極地開展節能減排工作，以減少對環境的影響，節約能源，節約成本。本文對目前基站節能設備的研究和分析，可協助通信企業降低運營成本，并實現企業可持續發展。