孫永龍

（中國電信云南文山分公司）

0 引 言

移動信號覆蓋的廣域性，決定了移動基站建設的點多面廣、非集聚性。為保證基站各種設備正常運行，須為設備提供一個溫濕度保持在一定范圍內(nèi)的環(huán)境，這就要求基站須建成相對封閉的機房。由于移動通信設備發(fā)熱量較大，可能會因室內(nèi)溫度過高而導致系統(tǒng)癱瘓，目前最有效的降溫方式是安裝空調(diào)系統(tǒng)?？照{(diào)系統(tǒng)所能達到的降溫效果是顯而易見的，但空調(diào)系統(tǒng)所消耗的能源是基站總耗能的一半以上，不但加大了基站的運營成本，而且有悖于當前節(jié)能減排的主題。

基站通信機房智能換風系統(tǒng)的出現(xiàn)，在為保證基站機房環(huán)境溫度達到設備運行要求的同時，又有效減少了空調(diào)的運行時長，對降低能源消耗起到了重要作用。安裝在高層建筑屋上或野外山頂?shù)幕緳C房，在安裝機房智能換風系統(tǒng)后能降低空調(diào)耗能的1／3以上。但存在著一個不可忽視的問題，野外山區(qū)機房地處無人居住地區(qū)，盜竊現(xiàn)象非常嚴重，有50%以上的山區(qū)無人基站均有被盜的經(jīng)歷，空調(diào)室外機被盜較為普遍。雖然各設備維護部門對基站空調(diào)設備（設施）采取了各種各樣的防盜措施，實際效果卻并不理想?？照{(diào)室外設備被盜現(xiàn)象仍然十分嚴重?？照{(diào)室外設備一旦被盜，基站便會因室溫過高而導致移動通信設備癱瘓的現(xiàn)象發(fā)生。

本文探討一種適用于郊外通信基站的免空調(diào)換風系統(tǒng)。該系統(tǒng)可替代空調(diào)系統(tǒng)，并有效保證基站室溫達到通信設備正常運行要求。

1 無空調(diào)智能換風系統(tǒng)介紹

1.1 空調(diào)聯(lián)動智能換風系統(tǒng)問題分析

空調(diào)聯(lián)動智能換風系統(tǒng)是一種以空調(diào)降溫為主，輔以正壓（主進風、次排風）換風，視機房室溫智能聯(lián)動啟停空調(diào)、風機進行轉(zhuǎn)換方式的一種換風系統(tǒng)，如圖1、圖2所示。

圖1 基站機房正面圖

圖2 基站機房俯視圖

其工作原理為：以智能控制模塊為中心，預設正常室溫上限（如25℃～27℃）、低熱室溫下限及上限（28℃～30℃）、高熱室溫下限（30℃以上）等控制點。智能控制模塊以室內(nèi)外溫度傳感器為依托，當室內(nèi)溫度低于正常室溫上限時，智能控制模塊關閉空調(diào)系統(tǒng)及換風系統(tǒng)；當室溫高于正常室溫上限而低于高熱室溫下限，且室外空氣溫度低于正常室溫上限時（由于野外基站建設選址通常都基于山坡或山峰頂部，空氣流動速度較快，因此空氣溫度比受陽光照射的固定參照點低3℃～6℃），智能模塊啟動風機吸入室外空氣對室內(nèi)進行降溫；當換風風機注入的低溫空氣不能滿足降低室溫而致使室溫高于低熱室溫上限，達到高熱室溫下限時，智能模塊啟動空調(diào)系統(tǒng)并關閉換風風機，對室溫進行降溫；當室溫降至高熱下限、低熱范圍時，智能模塊關閉空調(diào)系統(tǒng)并啟動換風風機；當室溫降至正常室溫上限以下時，智能模塊關閉換風風機。從而達到既保證通信設備在安全溫度下正常運行，又節(jié)省了空調(diào)系統(tǒng)在低熱室溫的能耗，達到節(jié)能的目的。

但該系統(tǒng)存在著以下幾方面的缺陷：一是智能換風系統(tǒng)以空調(diào)降溫為主，風機換風為輔，風機降溫效果較差，風機工作溫域較窄，節(jié)能效果有限，一旦空調(diào)室外設備（設施）被盜（野外基站空調(diào)室外機被盜現(xiàn)象比較嚴重），系統(tǒng)在炎熱季節(jié)基本不能保障正常室溫；二是系統(tǒng)采用正壓進風方式，風機吸入室外低溫空氣后同室內(nèi)高溫空氣混合再排出，換熱效率較低；三是進風風機同排風風機分設于機房兩端，室內(nèi)氣流風道較窄，室內(nèi)部分熱空氣得不到有效交換（包含部分發(fā)熱設備空間），致使溫度傳感器探測到室溫正常，從而發(fā)生部分設備溫度過高的現(xiàn)象。為解決以上智能通風系統(tǒng)的弊端，現(xiàn)提出一種新型的智能換風系統(tǒng)。

1.2 空調(diào)聯(lián)動智能換風系統(tǒng)原理介紹

“無空調(diào)智能換風系統(tǒng)”對基站機房無須要求安裝空調(diào)系統(tǒng)，從某種意義上來說，建設空調(diào)設備的費用足以建成該系統(tǒng)，因此，該系統(tǒng)的投入并沒有增加基站建設額外費用。系統(tǒng)采用弱負壓換風方式（主排風、次進風）對基站機房進行降溫（圖3、圖4、圖5）。

圖3 基站機房正面圖

圖4 基站機房側(cè)面圖

（1）系統(tǒng)工作原理

基站室內(nèi)熱源不外乎是各種通信設備，通常設備的擺放是以列為單位。一般情況下，一個野外基站也就擺放一列（大型宏站除外），也就是基站室內(nèi)熱量相對集中在這一列設備中及上方，對該部分強力排熱降溫，就能達到事半功倍的效果。

圖5 基站機房俯視圖

“無空調(diào)智能換風系統(tǒng)”也是以智能模塊為控制中心（帶遠程數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控遙信接口，可通過動環(huán)監(jiān)控接入遠程系統(tǒng)、也可通過獨立移動通信模塊接入遠程系統(tǒng)），通過溫度傳感器采集數(shù)據(jù)為依托，采用以定位強力軸流風機吸風（熱）方式排風為主，室外空氣（新風）進風風機為輔的換風方式。根據(jù)空氣動力學原理，熱空氣位于機房上方，冷空氣位于機房下方；通信設備在運行過程中器件不斷消耗能量，且部分能耗轉(zhuǎn)化為熱量通過器件外部同相對溫度較低的空氣進行熱量交換，被加熱的空氣逐漸向上流動，帶動下部的冷空氣流動不斷對器件進行降溫，但由于機房處于封閉狀態(tài)，室內(nèi)空氣幾乎不能同室外空氣進行交換，室內(nèi)空氣的持續(xù)加熱導致機房室溫持續(xù)上升，當室溫上升到一定程度可能導致通信設備癱瘓和設備板件損壞。“無空調(diào)智能換風系統(tǒng)”根據(jù)預先設定的閥值，當機房室溫達到風機預定開啟溫度時，智能模塊啟動進排風風機。由于系統(tǒng)采用弱負壓換風方式，排風量略大于進風量，排風風機安置于設備上方頂部，而進風風機安置于機房墻角兩方，排風風機距設備較近，進風風機則相對較遠。風機啟動初期排除的熱風基本為機房內(nèi)溫度最高的熱空氣部分，而溫度較低的新風則通過機房下方對角線的兩個進風風機風口沿機房下部流至設備列下方并順著設備架被上方頂部排風風機排除室外，換風風量以1／2～1倍機房容積／min的速度對機房空氣進行更換，5～10分鐘后，機房內(nèi)的原空氣基本更新完畢并持續(xù)地吸入低溫空氣。按此高效率并迅速地對機房室溫進行降溫，從而達到保障通信設備在正常室溫下運行的目的。

排風風機及集熱罩安置于設備列（偏后部）上方屋頂、通過密閉風道（風道截面積視機房面積和風量大小而定）引至室外，進風風機則分別安置于設備列前后對角墻壁（距地面40～60公分高度部位），室內(nèi)溫度探頭安裝于設備列上方，室外溫度探頭安裝于進風風機室外雨罩內(nèi)，進風風機室外部分要安裝于機房陰面空氣流動較大的地方。

（2）系統(tǒng)工作方式

當基站室溫在正常室溫下（26℃），換風風機處于待機狀態(tài)；當室溫達到27℃～28℃時（按要求設定），智能模塊啟動排風風機運轉(zhuǎn)中速擋，在通信設備正上方將相對集中的熱源強力吸出室外，安置于機房底部對角線上的兩臺進風風機將溫度較低的新風吸入流向通信設備直至頂部，先排后吸的空氣流動方式，更有利于空氣中的熱能交換；當室溫超過28℃～30℃時，智能模塊啟動風機運轉(zhuǎn)全速擋（也可只設一個全速擋，對于室外溫度過高的地域可考慮在進風口部位加裝水簾循環(huán)設施）；當室溫降至26℃以下時，智能模塊控制風機停機，從而保證通信設備在安全溫度下運行，智能控制模塊設有火災風機電源切斷功能，當機房發(fā)生火災時自動關閉進、排風風道（口）并切斷風機電源。

（3）換風風量分析

普通郊外基站機房室內(nèi)面積一般為15～25 m2，機房層高為3～3.3 m，空氣容積為45～83 m3，低熱段換風量為30次／小時，風機風量為1 350～2 490 m3／h，高熱段換風量為50次／小時，風機風量為2 250～4 150 m3／h，考慮到濾網(wǎng)的風阻量，風機風量應該比實際大10～15%。

（4）系統(tǒng)優(yōu)點

一是定點吸熱換風，針對熱源進行換熱，能最大限度的降低換風系統(tǒng)的損耗，換熱效率較高；二是風機安裝于室內(nèi)（對于房屋層高較低的機房可考慮在房頂開孔安裝），且無需安裝空調(diào)系統(tǒng)，系統(tǒng)被盜的可能性較低；三是風機能耗較低（500 W以下），大大低于空調(diào)系統(tǒng)耗能量，節(jié)能效果明顯。

（5）系統(tǒng)缺點

一是系統(tǒng)適用地域性，當室外空氣溫度高于28℃以上時（非室外溫度），系統(tǒng)換熱效果變差（在有水源的地方，可考慮安裝水簾循環(huán)設施），因此該系統(tǒng)不適用于海拔較低的沿海及盆地地區(qū)以及室外空氣流動性較小的基站；二是該系統(tǒng)由于采用負壓進排氣方式，對室外環(huán)境要求較高，不適用于機房室外風塵較大的地區(qū)；三是系統(tǒng)不適用于安裝有對溫度范圍要求較高的精密設備的基站。

3 效益分析

一般基站安裝兩臺2～3P空調(diào)設備，空調(diào)按年每天平均運行9小時計算耗電為：空調(diào)功率3.5 k W×9 h＝31.5 k Wh；換能設備排風風機功率為220 W，進風風機為75 W＋75 W，按年每天平均運行15 h計算耗電為：0.37 k W×15 h＝5.6 k Wh。每年節(jié)省電費365×（31.5－5.6）×0.8元＝7562.80 元。一年基本可收回“無空調(diào)智能換風系統(tǒng)”投資。

3 投資分析

（1）排風風機2 000元／臺（含機殼、防雨罩），1臺／點，小計2 000元；

（2）進風風機700元／臺（含防雨罩），2臺／點，小計1 400元；

（3）智能控制器（含溫濕度傳感器終端）2 000元／臺，1臺／點，小計2 000元；

（4）排風風道300元／米，5米／點，小計1 500元；

（5）設備安裝2 000元／點，2 000元／點，小計2 000元。

總投資：8 900元／點。