5GBBU豎裝的可行性及豎裝對降低能耗的影響

王元元

【摘要】? ? 本文將國內某5G設備的供應商設備作為研究對象進行分析，通過對其開展測試，獲取相關參數數據，基于數據進行研究。同時結合理論分析，發現5GBBU豎裝具備一定的可行性，能夠在一定程度上控制基站能耗，改善設備的散熱效能性能。

【關鍵詞】? ? 5G基站? ? BBU安裝? ? 散熱能效

一、散熱風道分析

分析下圖1，可以得知該設備機房主要使用的是工業級精密空調制冷，制造的冷空氣經由下方或前門流入機柜內部，而機器散發的熱量則可以從機柜后門流出到機房中。綜上所述，機房中機柜散熱風道主要是前進風、后出風。

機柜內部前門部分主要是冷風區，外部冷空氣從該區域流入機柜中，配合完成散熱工作后，轉為熱空氣，流出機柜。

機柜中的BBU可直接借助設備中包含的風扇完成物理散熱。本項目中，風扇位于設備側面位置，風的主要流入流出方向也是在側面進行的。圖2中表明，該設備工作過程中，冷風從右/左側進入，待轉換為熱風后從左/右側匯出，這和機柜前部進風、后部出風的氣流流動方向有所不同。所以，為了保障BBU設備的散熱工作正常開展，維系設備的安全，決定將進風口設置在機柜前門中進入冷空氣的部位。

不僅BBU橫裝結構的安裝方法和其豎裝結構有所差異，導風組件下橫裝導風組件和豎裝導風組件同樣有所不同。但是，不管是在橫裝時還是豎裝時，氣流流動方向都將變化好幾次才能到達設備進出風口，實驗發現，橫裝時氣流流動方向變化次數為4次，豎裝時氣流則只會變動2次。

在機柜散熱風道下，若是風道較窄，則氣流經由時會出現摩擦力與靜壓損失，從而使得壓力變小、速度變小。要想計算出氣流經由風道產生的損耗，可以借助下式得出結果：

P=a（Vi/1277）2

上式中，P表示風道靜壓損失（PA），a表示靜壓損失系數（具體取值視實際情況決定），Vi則表示風速（cm/s）。

Vi=Q/Ai

上式中，Q表示風量;Ai則表示風道截面積大小。

結合BBU橫裝、豎裝實際情況可以發現，本項目中橫裝時a取值為5，而豎裝時取值則為3。

若是環境因素保持不變，那么此時風速值大小可以設計為218cm/s。

由此可以計算出橫裝、豎裝狀態下，靜壓損失P的大小：

首先，橫裝狀態下，P=5x（218/1277）2=141.7PA;其次，豎裝狀態下，P=3x（218/1277）2=85.3PA。

分析計算結果可以得知，相較于橫裝BBU，豎裝BBU冷風進氣效率明顯偏高。

二、5GBBU設備散熱分析

BBU設備工作過程中往往會散發很多熱量，要想這些熱量都可以完全流出設備，防止殘留在設備內部對其產生危害，造成內部器件的損壞，就必須要重視BBU設備的散熱性能。而影響該設備散熱能力的主要因素來源于BBU的排風量，因此通過計算系統所需風量、風壓、空間大小等參數即可計算出具體的風扇風量值。

具體計算公示如下所示：

Q=Wf（CPx△txP）

上式中，Q表示風量大小，單位是m3/s;W表示功耗，單位是W;CP表示空氣定壓比熱，單位是[[J/（kg.K）];PT表示系統內部和周圍環境的溫度差值;A則表示空氣密度。

分析上式可以發現，假設BBU的功耗值大小是600W，進出口的溫度差值為10C，此時Q通過計算得出大小為0.04795m3/s。

研究表明：不管是橫裝BBU還是豎裝BBU，Q值的大小均恒定不變，都維持在0.04795m3/s的風量。但是橫裝與豎裝具體方式有所不同，因此通過分析散熱風道的靜壓損失可以發現，雖然Q的大小不變，但在橫裝是能達到114.7PA，而豎裝時則是85.3PA，這也表明，組裝方式的不同會導致氣流需要客服的靜壓損失有所差異，這也導致不同方式下風扇轉速有所不同。

通過計算可以得出如下兩點結論：首先，靜壓值P與風量Q是反向關系，隨著靜壓值的上升，風量會隨之減小;反之，靜壓值變小，風量會有所增加。其次，設備功率W的大小會跟隨著靜壓P或風量Q的變化而變化。

此外，通過實驗還能得出，若是環境溫度控制在25℃，維持其他條件不變，此時若BBU橫裝，則風扇功耗將達到25W;而若是在BBU豎裝情況下，功耗只有12W。

三、5GBBU豎裝節能分析

節能依舊是5G時代關注的重點，隨著5G建設愈發完善，設備商、通信運營商要想打造品牌核心競爭力、擴大市場份額，必須提升產品的節能屬性。而不同的BBU設備安裝方法將在很大程度上改變設備的節能性能，通過研究BBU設備散熱狀況以及機房制冷量即可得到結果。

Qt≥Q1+Q2

上式中字母含義如下：Qt表示機房工作所需要的新增制冷量總和，單位是W;Q1表示室內設備新增總負荷，單位是W;Q2則表示環境熱負荷，單位同樣為W。通常情況下Q2值大小維持在100-180W/耐，因為受到地區間氣候不同的影響，若是設備處于南方地區，此時估算取值應為180W/mz，而北方地區則取值為100W/mz。

若是項目在北方地區試點，決定在6.5m2區域在添加1套5GBBU集中設備柜，柜中共計包含5套BBU，每套BBU基帶板功耗設為600W，此時若橫裝，則功率值為25W;若豎裝，則功率值為12W。此外，每臺BBU需3臺風扇。此時通過計算可以得出兩種狀態下分別所需的制冷量大小：

在橫裝狀態下，具體計算方法為Qt=（600X5+25X5X3）+（100X6.5）=4025W，表示所需制冷量為4025W;而在豎裝狀態下，此時所需的制冷量計算方法則是Qt=（600x5+12X5X3）+（100X6.5）=3830W。

綜合對比計算結果發現，兩種方法下，要想節省制冷容量，可以選擇豎裝方法。

想要計算BBU設備的散熱功耗，可以借助下式：

Wt=W1+W2-W3

該式中各個字母含義如下：Wt表示BBU設備散熱工作中消耗的功耗大小（W）;W1表示風扇自身的功耗大小;W2表示新增機房部分產生的制冷量;W3表示負載功耗大小。由此可以計算出橫裝、豎裝兩種狀態下設備所消耗的功耗具體值：

橫裝狀態下，Wt=25X5X3+4025-600X5=1400W;豎裝狀態下，此時Wt的大小為Wt=12X5X3+3$30-600X5=1205W。對比計算結果可以得知：相較于橫裝方式，在豎裝狀態所需消耗的能耗更低，平均每個BBU設備柜能夠節省將近14%的能耗，折換成電費金額可達1366元。

四、5GBBU橫豎裝測試

4.1測試環境搭建

5GBBU橫豎裝的測試主要是針對機柜功耗狀態以及溫度變化展開的，通過搭建測試環境，計算出真實的功耗與進出口溫度數據，從而通過真實數據證明豎裝方式能夠明顯控制能耗，達到節能效果。測試過程中，決定選擇目前非常普遍的5GBBU設備，具體環境搭建方法如下所示：

1.選擇安裝機柜的場所必須保證室內溫度穩定，周圍不存在空調出風口等布置，以便干擾測試結果。

2.每個BBU豎裝機框容納BBU設備的上限為5臺，因此在測試的過程中不管是橫裝還是豎裝都選擇5臺設備進行研究。

3.不管是橫裝還是豎裝的測試都應處于相同機柜，且高度要、溫度等環境條件都應保持一致。

4.因為測試條件有著很大的局限性，因此測試過程中BBU設備只需要和傳輸設備維持連接，不需要和射頻設備等連接，且相關參數均選取的是BBU設備待機情況下的指標。

4.2測試方法

4.2.1溫度測試

同時在BBU設備的內外側分別安放溫度傳感器，通過溫度傳感器實時檢測設備進出風口、冷區熱區、機柜整體環境等部位的溫度變化情況。

1.測試人員在BBU設備進出風口5cm的位置分別擺放五個以上的傳感器，以便實時監控該部位的溫度變化情況;

2.對于冷區熱區部位，同樣在距離其5cm左右的位置擺放兩個以上的傳感器，以便實時監控冷區熱區的溫度變化情況;

3.對于機柜整體環境溫度檢測時，可以在機柜外側8cm的位置安放一個溫度傳感器，以便實時對整體溫度進行監測。

4.2.2功耗測試

測試前先開啟BBU設備使其進入工作狀態2小時后，觀察其是否趨于穩定，穩定后即可使用鉗流表測試直流開關電源部位的電流、電壓值大小，通過得到的結果，進行計算則可以得到總功耗大小。進行測試過程中，要想確保測試結果真實有效，需要先分析測試獲得的數據指標是否具備真實性，確保其誤差低于標準的2%。

4.3測試結論

在對機房實際測試過程中，不難發現當BBU設施橫向擺放的時候，其進出風口都是向著內側的，且與內壁間隔微乎其微，根本無法讓外部冷空氣順暢的流入進來，同時機器散熱產生的熱空氣也無法在第一時間流出機柜，導致內部溫度不斷升高。但是，如果縱向擺放的話，即可有效避免這一問題，縱向擺放情況下，BBU處于子柜中，進風口朝向機柜底部，此時便于冷空氣涌入機柜中，而出風口朝向頂部，散熱完成后的空氣受到熱脹冷縮原理的影響，能夠在第一時間涌出機柜，帶走熱量。

綜合研究發現，BBU設備若是豎向擺放不僅阻力值變小，且轉速更低、耗費的功耗更小，節能性能更佳。

五、結束語

由于5G基站相較于4G基站耗費的功耗更大，生產商對設備節能減排的性能要求更高。相較于傳統橫裝，BBU設備豎裝情況下更利于散熱風道的流通，能夠較好的提升設備節能效果，且對風扇等設備要求較低，生產成本、后期運維成本均得到了有效控制。

參? 考? 文? 獻

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