一種基于基站熱量控制的新型綜合節能系統

盧運運 甘順水 陳大裕

【摘 要】中國通信企業每年用電能耗將近十億人民幣，而基站能耗占通信機房總能耗將近2/3，因此研究基站節能減排措施對降低通信企業能耗有重要意義。文章從系統產生的背景、技術方案、應用效果方面進行論述，提出一種基于基站熱量控制的新型綜合節能系統解決方案。

【關鍵詞】節能減排；基站熱量控制

1引言

中國移動公司目前超過40萬個移動通信基站，基站耗電占總能耗量70%以上，降低基站能耗對企業實現節能減排有重要意義。目前通信基站節能措施主要包括智能通風、空調節能添加劑、反射涂料等。本文從方案產生的背景、技術方案、應用效果三方面提出一種基于基站熱量控制的新型綜合節能系統。

2節能減排方案現狀

基站機房通常是一個相對封閉的空間，機房里面主設備產生的熱量無法自動散發到外界空間，目前絕大多數情況是采用專業空調對機房進行降溫，而空調能耗約占基站總耗的35%，故研究如何降低基站溫控系統的能耗，對降低基站設備總能耗意義重大。

2.1提高空調能效比

通過技術升級，不斷提高空調整機的能效比，可以在一定程度上降低機房總能耗，但是在空調機運行生命周期的中后期，由于空調機經過多次綜合維修，整機綜合性能下降，能耗會有所增加，故總體來看，采用能耗比更高的空調機，對運營商而言，投資收益比與預期的效果有差距。

2.2采用集中排熱系統

對于大型數據機房、傳輸機房，采用諸如水冷系統、冷卻水系統對整棟機樓設備熱量進行集中收集、集中散熱，能夠明顯降低機房總體能耗，但該方式只能應用于大型數據機房，且對設備安裝空間、供水保障有一定要求，無法應用于普通基站機房。

2.3空調集群控制

對于大型數據機房，安裝的空調機數量比較多，各個樓層除了正常制冷需要的空調機之外，還考慮了一定數量的備用空調機組，故可通過集群控制系統，對每一臺空調主機執行聯動控制，根據機房主設備的裝機數量、環境溫度的季度變化情況對各臺機組進行工作輪換、定時啟停控制、運行參數設定，這樣從總體上看所有機組制冷輸出與機房熱量排放達到最優匹配狀態。但該方式只適用于安裝空調數量比較大、環境溫度變大的情形，同時需要設計并安裝空調機組集控系統，對于普通基站，應用受限。

2.4智能通風系統

通過墻面排風扇抽取機房外界自然新風進入機房內部，與機房內部熱源混合后，強迫熱量從另一出口排出機房的一種方式。由于冷源氣流壓強損失大、冷源流場路徑多變、冷源無法與熱源有效混合，導致冷源實際帶出的熱量效率很低，大部分熱量依然駐留在機房內部，降溫效果不佳。

基站智能通風系統對于室內外溫差不大、熱天天氣比較多的南方地區，系統實際投入的運行時間較少，也會導致節能效果不理想。

3基站綜合節能系統實施方案

3.1系統總框架

參照智能通風系統原理，采用管道式控制進出機房空氣流代替自由式空氣通道，實現冷源與熱源充分結合交換熱量。此外，對自然冷源經過地埋通道執行進一步調理，降低冷源溫度以及清潔度，同時并采用反射保溫材料隔擋太陽輻射，降低基站內部溫度，從而減少空調運行時長，系統模型示意圖如下：

系統主要包括四個部分：系統進風部分、系統排熱部分、太陽輻射隔擋部分、基站溫度分區部分。其中關鍵系統為進風部分和排熱部分，太陽輻射隔離及基站溫度分區部分為輔助部分。

3.2系統各部分功能設計

3.2.1進風環節

進風環節主要作用是為機房引入優質的冷空氣，分為兩個部分：進風口及進風管道，進風口可以直接采用智能通風系統的進風口，普通基站風機風量約1700 m?/h，系統如下圖：

進氣管道采用￠200阻熱與防火性能較好的纖維管，一端與智能通風的進風口連接，另一端放置在樓梯間或大片樹木陰涼區域，從而獲得最低溫度的空氣，增大導入室內的冷量。

精確進風管道能有效降低抽入室內冷空氣的溫度（一般能降低4℃-6℃），等效于顯冷量提高40%。為降低進風管道風阻，需采用1700 m?/h大風量的進風風機，進風管道的彎角安裝大于120度，根據計算每10米管道減少約12%的風量，則約進風量為1500 m?/h，對于60 m?的基站室內容積，每小時能換氣25次，滿足進風量要求。

3.2.2排風環節

經測算基站內部絕大部分的熱量為BTS設備運行所排出，通過在主設備的機柜排熱口加裝定點排熱管道系統，將設備產生的熱量直接快速導出室外，有效減少熱量在室內駐留時間。

聚熱罩放置在BTS機柜的頂部，將主設備排出的熱量進行聚集。聚熱罩機柜尺寸600×300×200，罩內風速小于2米/秒。設計依據：聚熱罩面積為600cm*300cm=0.18m2，每個BTS有3個排熱風機，單個風機風量為180m?/h，即BTS總風量為：180*3=540m?/h（1h=3600s），密封蓋板內風速為=風機風量/靜壓箱截面面積=540/0.18/3600（s）≈0.8m/s<2m/s。

排熱管道的技術參數設置：采用￠200PVC管道，為保證室外噪聲小于40DB，需滿足出風口風速≤10M/S，管道風速=風機風量/管道截面面積= 540/0.18/3600（s）=9.55M/S，阻燃PVC塑料圓管作為風管材料，使得風阻小，安裝方便，不易積塵，且進風和出風設備的風口均為圓口，減少流體阻力。

出風口與室外連通，排出熱量，技術參數設置：防雨防蟲，￠200PVC 彎頭。

直接采用BTS機柜風機作為排風機，將室內主要設備散熱熱量直接導出室外，不需外加電源，在停電情況下排熱仍然進行。

3.2.3太陽輻射隔擋部分

為降低太陽輻射熱傳導產生機房熱量，通過基站內部安裝隔熱反射材料，隔離絕大部分太陽輻射熱量。加裝隔熱材料后，外墻的傳熱系數K≤1.0 w/m2.k，即R≥1.0，有效降低了來自太陽的輻射熱量，如下圖：

3.2.4基站溫度分區部分

基站蓄電池對運行溫度要求為25℃，而室外溫度大部分時間高于智能通風運行條件28℃。為了使用基站蓄電池恒溫箱，將基站分為二個溫度控制區域，即蓄電池恒溫箱設置為25度，而基站室內空調設置為35度，提升節能效率。蓄電池恒溫箱內安裝自啟小型400W空調。

4系統應用測試效果

為了測試系統的節能效果，分別對安裝了定點排熱系統的基站、智能通風基站和無節能措施基站進行基站主設備、空調、節能設備的獨立電表安裝，記錄從3月22日至4月18日的能耗數據，執行對比分析。

節能效果評估計算方式：空調節能率=【無節能設備基站空調用電量-（有節能設備基站的空調用電+節能措施用電）】/無節能設備基站空調用電量*100%

圖4-2表明在春季天氣較冷期間，定點排熱節能系統試點機房的空調運行時長較短，定點排熱節能系統的節能率超過90%，智能通風的節電率為67%。

由圖4-3可以看到，節能系統運行時間為空調運行時間的150倍以上，系統運行效率高。

夏季炎熱天氣期間，通過遠程抄表功能，收集了9月9日至9月16日各基站用電量數據，通過分析得到節能系統的節電率超過70%，如下表：

為了提高測試數據的有效性，收集時間跨度為半年，從9月9日到次年3月5日共6個月的數據進行對比分析，空調與節能措施的用電量最低的基站分別為542度、537度，而同期無節能設備的基站空調用電量為4020度，可以得到基站定點排熱系統的節能率為86%。

5節能系統的經濟效益

5.1直接的經濟收益

以定點排熱裝置成本為5000元、室外精確進風管道1200元、電池恒溫箱為8000元、隔熱材料3500元計算，整套系統總造價為17700元。

經測算，基站每臺空調平均月用電量為900度，節能系統的年平均節能率為86%，基站平均電價為0.95元/度，則系統的年平均收益：900度*12個月*86%*0.95元/度=8823元。節能系統的成本回收周期約為17700/8823 = 2年。

5.2間接的經濟收益

使用節能系統基站的空調可以大大減少運行時間，有效降低空調的故障率，可以大幅度降低基站空調的維修成本。

6節能系統創新點

針對如何獲得更低溫度的空氣，本方案研發一種適合智能通風設備使用的精確進風管道，該管道能有效降低進風空氣溫度3-6度。

針對如何有效收集室內BTS設備所散發的熱量，研發出基站BTS設備定點排熱裝置，該裝置能夠將95%以上BTS散發的熱量直接導出室外，大幅度降低室內熱量。

系統將帶有精確進風的智能通風、定點排熱、基站反射材料與蓄電池恒溫箱等4種節能措施結合一體，由智能通風進行主控，集中機房內各個溫控系統，從整體上提高了溫控系統的效率。

7總結

基于基站熱量控制的節能綜合系統實現原理比較簡單，需投入的整改資金比較少，節能效果明顯，適合在冷天天氣比較多、空氣清新度高、站內設備較多的活動板房基站使用。

參考文獻：

[1] 《艾默生機房空調解決方案培訓教程》，艾默生網絡能源有限公司，2012年

[2] 《精密空調用戶培訓教程》，艾默生網絡能源有限公司，2006年

作者簡介：

盧運運，工程師，中國移動通信集團廣西有限公司梧州分公司網絡運營中心動力維護主要負責動力系統電源日常運行、優化維護，對機房節能減排工作有深入研究，并獲得2016年度集團公司“青年技術能手”稱號。

甘順水，工程師，中國移動通信集團廣西有限公司網絡運營中心動力室主要從事開關電源系統、蓄電池、機房專業空調日常運行維護優化整改，利用新電源技術降低機房整體能耗等工作。

陳大裕，工程師，中國移動通信集團廣西有限公司梧州分公司網絡運營中心動力維護主要負責動環監控系統及動力設備日常運行、優化維護，對動環監控系統及設備接入有深入研究。

（作者單位：1、中國移動通信集團廣西有限公司梧州分公司網絡運營中心；

2、中國移動通信集團廣西有限公司網絡運營中心；

3、中國移動通信集團廣西有限公司梧州分公司網絡運營中心）