一種用于基站節(jié)能改造技術(shù)效果測(cè)試方法的研究

魏 燕，何定兵，趙晨陽(yáng)

(1.上海理工大學(xué) 能源動(dòng)力工程學(xué)院，上海 200093； 2.上海瀾水環(huán)境科技有限責(zé)任公司，上海 200433)

一種用于基站節(jié)能改造技術(shù)效果測(cè)試方法的研究

魏 燕1，何定兵2，趙晨陽(yáng)1

(1.上海理工大學(xué) 能源動(dòng)力工程學(xué)院，上海 200093； 2.上海瀾水環(huán)境科技有限責(zé)任公司，上海 200433)

本文以中國(guó)移動(dòng)海南分公司通信基站空調(diào)器應(yīng)用節(jié)能增效的極化冷凍機(jī)油添加劑(PROA)技術(shù)為研究對(duì)象，分別分析了不同使用年限、不同環(huán)境工況下基站空調(diào)用電量的變化規(guī)律，提出了橫向?qū)Ρ扰c縱向?qū)Ρ认嘟Y(jié)合的分析與測(cè)試方法，結(jié)果發(fā)現(xiàn)日最高溫度波動(dòng)在4℃以內(nèi)，基站的用電量波動(dòng)范圍較小，在0.7%以內(nèi)。此方法可用于快速測(cè)定某區(qū)域的節(jié)能改造效果評(píng)估。

基站空調(diào)；節(jié)能改造；節(jié)能測(cè)試

通信基站是一個(gè)對(duì)溫度、濕度、潔凈度有一定標(biāo)準(zhǔn)要求的密閉空間。通常，在基站內(nèi)安裝房間空調(diào)器以維持基站內(nèi)電子設(shè)備的正常工作。按照中國(guó)移動(dòng)(CMCC)的統(tǒng)計(jì)，目前中國(guó)移動(dòng)通信基站數(shù)量超過40萬(wàn)，基站耗電量占運(yùn)營(yíng)商總耗電量的70%以上。在總耗能的構(gòu)成中，應(yīng)用于電子設(shè)備本身的節(jié)能空間有限，而基站空調(diào)節(jié)能具有較大潛力[1-3]，被廣大工程技術(shù)人員所關(guān)注。

目前，用于降低空調(diào)用電量的技術(shù)主要有兩類：一類是提高與保持空調(diào)高效性能的技術(shù)，如翅片保護(hù)劑、極化冷凍機(jī)油添加劑(Polarized Refrigerant Oil Additive, PROA)等；另一類是降低空調(diào)負(fù)荷的技術(shù)，如外墻涂料、新風(fēng)風(fēng)機(jī)等。然而，隨著負(fù)荷和地區(qū)差異的變化，這些新節(jié)能技術(shù)在不同的地方應(yīng)用會(huì)有不同的節(jié)電效果，并且一般測(cè)試方法對(duì)節(jié)電技術(shù)效果評(píng)估都存在一些局限性或者不穩(wěn)定因素，導(dǎo)致測(cè)試數(shù)據(jù)與真實(shí)值存在一定偏差。

本文以中國(guó)移動(dòng)海南分公司基站應(yīng)用極化冷凍機(jī)油添加劑(PROA)技術(shù)的節(jié)能改造項(xiàng)目為研究對(duì)象，統(tǒng)計(jì)通信基站空調(diào)節(jié)能改造前、改造后相同時(shí)段的空調(diào)用電量，通過橫向與縱向綜合對(duì)比，降低外界環(huán)境對(duì)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的影響，以期獲得一種準(zhǔn)確、科學(xué)、操作簡(jiǎn)單且通用的節(jié)能測(cè)試方法。

1 材料與方法

1.1 設(shè)備

極化冷凍機(jī)油添加劑(PROA)(淄博尚普環(huán)保科技有限公司提供)，加注工具(自制)，美的空調(diào)(廣東美的電器股份公司)，基站(中國(guó)移動(dòng)海南分公司自建)，多功能溫濕度計(jì)(河北紅旗儀表有限公司)，電度表(上海人民電器廠)。

1.2 數(shù)據(jù)記錄

a.將同一區(qū)域兩個(gè)不同基站作為一組，記錄相同時(shí)段內(nèi)空調(diào)用電量，甲站為改造基站，乙站為未做改造基站。

b.記錄改造前某時(shí)段內(nèi)兩個(gè)基站的空調(diào)耗電量，分別記為A(甲站改造前用電量記錄數(shù)據(jù))和B(乙站用電量記錄數(shù)據(jù))。

c.甲站改造之后，同時(shí)記錄某時(shí)間段內(nèi)兩個(gè)基站空調(diào)的耗電量，分別記為A1(甲站改造后耗電量記錄數(shù)據(jù))和B1(乙站耗電量記錄數(shù)據(jù))。

1. 3 節(jié)電率計(jì)算

考慮到天氣變化的影響，甲站在后一個(gè)時(shí)間段內(nèi)的推算理論耗電量記為C。A∶B=C∶B1，A、B和B1都進(jìn)行了記錄用電量，間接推算出C，我們將C作為甲站改造之后計(jì)算出來的空調(diào)理論用電值。

改造后甲站空調(diào)實(shí)測(cè)用電量A1和空調(diào)計(jì)算未改造理論用電量C進(jìn)行比較得出其節(jié)電率K，即:

K=(C-A1)/C×100%

2 結(jié)果與討論

2.1 基站空調(diào)熱負(fù)荷分析

基站熱負(fù)荷主要有兩部分組成:墻體漏熱(Q1)和電子設(shè)備散熱(Q2)，忽略其他散熱。電子設(shè)備散熱量(Q2)隨著運(yùn)行負(fù)荷波動(dòng)的變化較小，而墻體漏熱量與室內(nèi)換環(huán)境以及墻體特性有很大關(guān)系[4-6]。漏熱量(Q1)計(jì)算如下所示:

式中：Q1-基站圍護(hù)結(jié)構(gòu)漏熱量，kw；λ-墻體導(dǎo)熱系數(shù)，kw/(mK)；l-墻體厚度，m；A-墻體面積，m2；Δt-墻體內(nèi)、外溫差，K；∑-求和符號(hào)，指基站頂部，側(cè)部，底部計(jì)算值之和。

q=(Q1+Q2)/cop

式中：q-空調(diào)用電量，kwh；cop-空調(diào)能效比。

2.2 不同使用年限基站空調(diào)用電量比較

選擇圍護(hù)結(jié)構(gòu)和電子設(shè)備配備相同的基站，測(cè)量分別使用2年、3年、4年的空調(diào)，記錄相同時(shí)段內(nèi)的空調(diào)用電量。結(jié)果如圖1所示，隨著空調(diào)使用時(shí)間的增加，空調(diào)用電量具有較大幅度的增加，說明隨著工作時(shí)間增長(zhǎng)，空調(diào)性能會(huì)有較大的下降。

圖1 使用不同時(shí)間基站空調(diào)用電量變化Fig.1 Electricity consumption change of base station air conditions with different service life

據(jù)文獻(xiàn)分析[7-9]，導(dǎo)致空調(diào)性能下降的原因主要是由于低溫潤(rùn)滑油(俗稱冷凍油)劣化，經(jīng)過化學(xué)變化產(chǎn)生了高分子油泥，層積在換熱器內(nèi)壁形成換阻，因此換熱器性能下降和壓縮機(jī)電流增加，空調(diào)制冷效果下降，用電量增加。

2.3 不同外界環(huán)境下空調(diào)用電量的變化

選擇同一城區(qū)三個(gè)基站的空調(diào)作為測(cè)試對(duì)象，生產(chǎn)時(shí)間分別是2008年、2006年、2004年，比較其在不同的環(huán)境工況下(如表1所示)相同時(shí)段的用電量。

表1 不同工況的溫、濕度等參數(shù)
Tab.1 Parameters like temperature and humidity in different working conditions

溫度(℃)濕度備注9月24日(工況1)25.6～30.482%～90%下午有雷陣雨1小時(shí)9月25日(工況2)28～31.877%～83%多云10月8日(工況3)24～28.195%小雨10月17日(工況4)17.3～2090%多云(降溫)

圖2 不同環(huán)境工況下的三個(gè)基站空調(diào)用電量Fig.2 Air condition electricity consumption in three base station in different working conditions

結(jié)果如圖2所示:空調(diào)使用年限不同的基站，其用電量差別較大，其中除了空調(diào)本身原因，基站保溫性能以及與外界環(huán)境的接觸面積大小也有一定關(guān)系，三個(gè)基站在工況1與工況2用電量比值分別為0.914、0.909、0.912，工況2與工況3的用電量比值分別是1.190、1.194、1.187。上述結(jié)果表明，在不同工況下(日最高溫度波動(dòng)<4℃)，三個(gè)基站用電量增加或下降變化趨勢(shì)和幅度一致，變化波動(dòng)范圍在0.7%以內(nèi)。

在外界環(huán)境溫度波動(dòng)較大時(shí)，比如工況4與前三個(gè)工況溫度降低8℃(>4℃)，三基站工況3與工況4用電量比值分別是1.440、1.462、1.525，比值波動(dòng)>5.5%，這是由于在溫度波動(dòng)較大時(shí)，基站墻體漏熱對(duì)總熱負(fù)荷的影響較大。因此，不同的基站用電量與環(huán)境對(duì)應(yīng)出不同程度的波動(dòng)。

2.4 橫向與縱向?qū)Ρ鹊墓?jié)能效果測(cè)試方法

在對(duì)基站進(jìn)行節(jié)能改造時(shí)，為直觀看出節(jié)能改造的效果，一般希望能直接比較改造前、后用電量，由于改造具有不可逆性，所以需要設(shè)備和結(jié)構(gòu)相同的基站作為參照。本次對(duì)陽(yáng)光商業(yè)城基站節(jié)能改造，同時(shí)以農(nóng)墾電信宿舍基站作為對(duì)照，測(cè)試相同時(shí)段內(nèi)的用電量變化，實(shí)際記錄用電量數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 對(duì)照空調(diào)和改造空調(diào)電表數(shù)據(jù)記錄
Tab.2 Electricity meter data records of control air conditioner and reconstruction air conditioner

基站名稱日期時(shí)間電表讀數(shù)用電量用電量/h空調(diào)農(nóng)墾電信宿舍(對(duì)照)陽(yáng)光商業(yè)城(改造)9月30日18:431.410月15日16:07481.410月17日18:14536.8°11月8日11:201104.1°9月30日20:23467.610月15日17:00712.310月17日15:13733.611月8日12:56981.14801.338°/h567.31.141°/h243.90.684°/h247.50.492°/h美的2007/04美的2008/01

表2中，9月30日-10月15日為改造前的數(shù)據(jù)， 10月17日-11月8日為陽(yáng)光商業(yè)城基站改造后的數(shù)據(jù)。從表中得出:改造前空調(diào)周期耗電量比值為243.9/480.0=0.508，通過對(duì)照站點(diǎn)農(nóng)墾電信宿舍基站，推算出陽(yáng)光商業(yè)城基站改造之后空調(diào)周期內(nèi)的未改造理論用電量C=567.3*0.508=288.25kw·h，則陽(yáng)光商業(yè)城基站空調(diào)節(jié)電率K=(288.25-247.5)/288.25×100%=14.13%。

該方法同樣適用于另外兩組基站(數(shù)據(jù)未展示)，而且測(cè)得節(jié)電率效果較為穩(wěn)定，說明該方法誤差小、重復(fù)性好且實(shí)用性強(qiáng)，可以應(yīng)用于其他節(jié)能改造技術(shù)效果評(píng)估。

然而，環(huán)境工況的變化對(duì)用電量影響的定量分析，仍然需要進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)和統(tǒng)計(jì)學(xué)分析研究。

3 結(jié)論

本文通過調(diào)查不同使用年限基站空調(diào)用電量，發(fā)現(xiàn)隨著空調(diào)使用時(shí)間的增加，基站空調(diào)用電量隨之顯著增加，說明空調(diào)隨著使用年限的增加會(huì)出現(xiàn)性能下降的問題。實(shí)驗(yàn)結(jié)果也表明，環(huán)境溫度在4℃范圍內(nèi)波動(dòng)時(shí)，相同的基站空調(diào)用電量變化規(guī)律一致，誤差小于0.7%。因此，應(yīng)用橫向?qū)Ρ确ㄏh(huán)境工況變化，縱向?qū)Ρ瓤疾楦脑烨?、后用電量，可以較為簡(jiǎn)便的對(duì)節(jié)能改造效果進(jìn)行評(píng)估，具有一定的應(yīng)用價(jià)值。

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Research on a test method for energy-saving reconstruction technology effectiveness of base stations

WEI Yan1, HE Ding-bing2, ZHAO Chen-yang1

(1.School of Energy and Power Engineering, University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200093, China; 2. Shanghai Lanshui Environmental Science & Technology Co., Ltd., Shanghai 200433, China)

In this paper, the polarized refrigerating machine oil additive (PROA) technology of air-conditioners in communication base stations of Hainan Branch of China Mobile is used to study the change of air-conditioning power consumption in different base stations under different service life and environment conditions. The results show that the daily maximum temperature fluctuation is within 4℃, and the fluctuation range of the power consumption of the base station is small, which is less than 0.7%. This method can be used to quickly determine the energy saving effect of certain region.

Base station air conditioning; Energy saving reconstruction; Energy saving test

2016-10-12

魏燕(1982-)，女，工學(xué)碩士，講師。

TK018；TN80

A

1674-8646(2016)22-0009-03