馬 松

（中國移動(dòng)通信集團(tuán)河北有限公司保定分公司，河北 保定710000）

現(xiàn)階段基站能耗從觀念上大多還是循著固有的建站模式一步一步的改進(jìn)完善，重復(fù)投入、多重改進(jìn)，效果較差。本文提到的利用自然冷源進(jìn)行物理降溫是指通過集熱器使機(jī)房內(nèi)實(shí)現(xiàn)精確散熱，熱量不再從設(shè)備內(nèi)擴(kuò)散到機(jī)房內(nèi)，而是通過使用基站BTS設(shè)備自身風(fēng)扇系統(tǒng)，將熱量用集熱器收集通過管道直接排放到室外，并將室外通過過濾網(wǎng)的自然冷空氣引入室內(nèi)，形成物理循環(huán)，實(shí)現(xiàn)機(jī)房降溫，從而減少空調(diào)運(yùn)行的時(shí)間，達(dá)到降低基站能耗的目標(biāo)。通過試驗(yàn)，可在室外溫度不高于25°的情況下，關(guān)閉空調(diào)，可至少縮短兩個(gè)月的空調(diào)運(yùn)行時(shí)間。

1 技術(shù)簡介

1.1 基站現(xiàn)狀及其存在的問題

為了使基站內(nèi)設(shè)備正常工作，需要將基站室內(nèi)環(huán)境溫度維持在設(shè)備允許范圍內(nèi)，目前都是通過配置空調(diào)（或有源換風(fēng)設(shè)備）來對基站進(jìn)行降溫處理。普通基站一般配置3P以上空調(diào)來降溫。現(xiàn)有的基站空調(diào)系統(tǒng)主要存在如下問題：

（1）由于工作時(shí)設(shè)備大量散熱，基站在冬季外界溫度很低時(shí)仍然要求空調(diào)進(jìn)行制冷作業(yè)，消耗電能嚴(yán)重（部分地區(qū)在11月～3月關(guān)閉空調(diào)）。

（2）基站設(shè)備不間斷的運(yùn)行，要求空調(diào)能夠長期工作，造成了空調(diào)容易出現(xiàn)故障，增加維修、維護(hù)工作量，且影響空調(diào)壽命。

（3）根據(jù)相關(guān)資料統(tǒng)計(jì)分析，平均每個(gè)基站空調(diào)的電費(fèi)支出約占整個(gè)基站電費(fèi)支出的40%左右，空調(diào)成了基站中除主設(shè)備外的主要耗電設(shè)備。以3P空調(diào)為例，制冷狀態(tài)下功耗為2.8 kW，而壓縮機(jī)工作的能耗為2.6 kW。

因此，在保證室內(nèi)溫度滿足設(shè)備運(yùn)行需要的范圍內(nèi)，減少空調(diào)的工作時(shí)間是實(shí)現(xiàn)基站節(jié)能的關(guān)鍵。

1.2 自然冷源運(yùn)用原理

機(jī)房內(nèi)溫度的升高是因電氣設(shè)備的長期運(yùn)行發(fā)熱而非站外環(huán)境溫度所致。如果一年四季均用空調(diào)來保持站內(nèi)溫度（主要是降溫），不僅消耗大量電力，而且增加空調(diào)運(yùn)行時(shí)間，降低了空調(diào)壽命，既不經(jīng)濟(jì)也不環(huán)保。本系統(tǒng)則是在冬、春、秋三季及夏季早、晚的低溫時(shí)段，停用空調(diào)，改用空氣流通交換熱量的辦法（在室外溫度較高時(shí)，利用集熱器、排熱裝置快速排出熱量也可有效降低空調(diào)運(yùn)行時(shí)間），排出基站室內(nèi)高溫空氣引入室外低溫空氣，達(dá)到設(shè)備散熱降溫目的。

機(jī)房通風(fēng)系統(tǒng)充分利用機(jī)房室內(nèi)外的溫差而形成熱交換，通過精確散熱，使熱量不擴(kuò)散到機(jī)房內(nèi)，通過使用基站BTS設(shè)備自身風(fēng)扇系統(tǒng)，將熱空氣引入集熱器，并通過管道迅速排放到室外。依據(jù)空氣熱力學(xué)原理，室外冷空氣則通過進(jìn)風(fēng)口和濾網(wǎng)補(bǔ)充到室內(nèi)，通過足量的空氣交換，達(dá)到一定溫度的熱平衡，實(shí)現(xiàn)設(shè)備散熱和機(jī)房降溫，從而大幅降低基站電能消耗和營運(yùn)成本、延長空調(diào)使用壽命。

1.3 通信機(jī)房通風(fēng)系統(tǒng)組成

機(jī)房通風(fēng)降溫系統(tǒng)主要是由主控進(jìn)氣裝置（進(jìn)氣箱）、排氣裝置（排氣箱），集熱裝置、室內(nèi)外溫濕度傳感器、防雨透風(fēng)口、濾塵裝置等組成。通風(fēng)節(jié)能系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：

（1）基站節(jié)能效果顯著，至少節(jié)能40%以上。

（2）機(jī)房空調(diào)處于間隙工作狀態(tài)，延長了空調(diào)的使用壽命，減少維修成本。

（3）采用三級過濾防塵，在外面采用防塵罩過濾、防塵金屬濾網(wǎng)過濾，高精度濾芯過濾，防塵防潮，充分濾除空氣中的微粒，保證抽進(jìn)來的空氣清潔干凈達(dá)標(biāo)。

（4）后續(xù)拓展功能：預(yù)留升級空間，將來采用微電腦對通風(fēng)降溫系統(tǒng)和空調(diào)進(jìn)行智能聯(lián)動(dòng)控制，具有標(biāo)準(zhǔn)RS232和RS485接口，便于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和PC機(jī)采集和分析數(shù)據(jù)。

（5）采用微電腦對通風(fēng)降溫系統(tǒng)和空調(diào)進(jìn)行智能聯(lián)動(dòng)控制后，系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，由溫度傳感器對環(huán)境溫度進(jìn)行采樣比較，用以確定整個(gè)系統(tǒng)的工作狀態(tài)。

（6）系統(tǒng)工作狀態(tài)模式：基站溫度要求保持在28℃左右；當(dāng)基站溫度在24℃～28℃區(qū)間且室外溫度低于室內(nèi)溫度（一般在10°溫差），基站通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)通風(fēng)散熱，空調(diào)在關(guān)閉狀態(tài)，處于節(jié)能運(yùn)行狀態(tài)；基站溫度高于28℃，且室外溫度高于室內(nèi)溫度，排風(fēng)系統(tǒng)繼續(xù)工作，空調(diào)器開始進(jìn)入制冷工作模式，實(shí)行空調(diào)制冷降溫，進(jìn)風(fēng)系統(tǒng)關(guān)閉。

1.4 進(jìn)出風(fēng)系統(tǒng)的改造要求

（1）進(jìn)、出風(fēng)系統(tǒng)為無源設(shè)備。

（2）注意進(jìn)出排風(fēng)口的高度差。根據(jù)自然通風(fēng)原理可知：增加進(jìn)出排風(fēng)口的高度差對增加機(jī)房自然通風(fēng)能力非常重要。在機(jī)房高度一定的情況下，盡量降低進(jìn)風(fēng)口的位置，使進(jìn)風(fēng)風(fēng)速加大，流經(jīng)工作區(qū)的面積增大，提高自然通風(fēng)效果，利于排放熱量。

（3）由于設(shè)備在機(jī)房是一字排開的，設(shè)備單板是故障的高發(fā)區(qū)，眾多設(shè)備單板需要在很短的時(shí)間內(nèi)將熱量釋放，再由自然通風(fēng)系統(tǒng)將熱量通過對流帶出機(jī)房（此時(shí)可加裝一臺(tái)高質(zhì)量軸流式圓桶型換氣扇增加風(fēng)量）。

（4）進(jìn)風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)含過濾設(shè)施，有效過濾進(jìn)入室內(nèi)的冷空氣，避免灰塵直接進(jìn)入室內(nèi)，減少對機(jī)房環(huán)境造成的影響，過濾設(shè)施便于拆卸與清洗。

（5）機(jī)房內(nèi)安裝的進(jìn)、出風(fēng)設(shè)施與外界應(yīng)有防護(hù)措施，避免室外異物（飛蟲等）通過通風(fēng)設(shè)施進(jìn)入機(jī)房。

（6）集熱裝置為金屬噴塑罩子，通過罩子與基站BTS設(shè)備自身風(fēng)扇系統(tǒng)連接，將熱量用集熱器收集通過管道直接排放到室外。

（7）進(jìn)、出風(fēng)系統(tǒng)安裝后，不會(huì)對機(jī)房內(nèi)設(shè)備調(diào)整、擴(kuò)容造成影響。

（8）預(yù)留進(jìn)、出風(fēng)系統(tǒng)與空調(diào)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)的功能接口。

基站機(jī)房利用自然冷源進(jìn)行物理降溫現(xiàn)場試驗(yàn)情況如圖1。

圖1 通信機(jī)房利用自然冷源降溫圖

2 應(yīng)用前景分析

2.1 效益分析

通信基站的空調(diào)能耗費(fèi)用是通訊企業(yè)運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用的重要支出之一，在我國當(dāng)前大力提倡節(jié)能環(huán)保走可持續(xù)發(fā)展道路的形式下，對通信機(jī)房的節(jié)能改造迫在眉睫。從通信機(jī)房的環(huán)境特點(diǎn)，以及通信設(shè)備對環(huán)境的要求這些方面入手進(jìn)行節(jié)能改造，不僅不會(huì)影響通信設(shè)備的性能，而且可以達(dá)到節(jié)能的效果，利國利民。為了解決此問題，對通信機(jī)房采用空氣節(jié)能換熱代替空調(diào)運(yùn)行效果進(jìn)行了分析。

2.2 運(yùn)行節(jié)能效益分析

2.2.1 直接效益

（1）理論分析：由全年室外溫度變化規(guī)律和熱交換系統(tǒng)本身的性能可知，在夏季約90天內(nèi)，該熱交換系統(tǒng)仍能承擔(dān)部分機(jī)房冷卻任務(wù)，外界自然環(huán)境溫度高時(shí)，才單獨(dú)使用空調(diào)對室內(nèi)降溫。在過渡季或冬季時(shí)，由于機(jī)房設(shè)備發(fā)熱量較大，室內(nèi)溫度仍然可能升高，而這時(shí)室外環(huán)境溫度低，開啟通風(fēng)降溫系統(tǒng)，就能滿足設(shè)備要求。保定2013年的月平均氣溫（℃）如表1。

表1 保定2013年的月平均氣溫／℃

按照保定氣候條件，對一個(gè)基站粗略進(jìn)行理論計(jì)算：

無通風(fēng)降溫系統(tǒng)情況下，空調(diào)每年工作10個(gè)月，每天工作約18 h，壓縮機(jī)工作時(shí)間占80%。目前普通基站采用空調(diào)為3匹（2.8 kW）。有通風(fēng)降溫系統(tǒng)時(shí)，空調(diào)一年平均工作3個(gè)月，每天平均工作約10 h，通風(fēng)系統(tǒng)根據(jù)環(huán)境溫度隨時(shí)工作。按照電費(fèi)1元／kW·h，30天／月計(jì)算，如表2。

表2 兩種方案消耗電量電費(fèi)比較

（2）實(shí)際效果分析：目前基站空調(diào)被設(shè)置為制冷28℃，由于基站是無人值守，基站空調(diào)長時(shí)間開啟，存在一定情況的資源浪費(fèi)。在保定地區(qū)，很多時(shí)間段內(nèi)的自然常溫就能滿足電子設(shè)備正常運(yùn)行的溫度要求，或者僅需一臺(tái)空調(diào)間歇工作就能滿足這些電子設(shè)備正常運(yùn)行的溫度要求，而機(jī)房相對密閉的空間，恰恰讓熱量無法有效散出，導(dǎo)致空調(diào)長時(shí)間的運(yùn)轉(zhuǎn)。

為了了解采用通風(fēng)降溫方式能達(dá)到的實(shí)際節(jié)能效果，在所屬基站中找了兩個(gè)相同載頻和空調(diào)的基站分別進(jìn)行了測試，其中一個(gè)基站安裝換氣節(jié)能系統(tǒng)。測試的結(jié)果是：安裝了換氣節(jié)能系統(tǒng)的基站9天的總用電數(shù)為206度，沒有安裝節(jié)能系統(tǒng)的基站9天的總用電數(shù)為462度，平均每天的節(jié)電度數(shù)為28.4度。按商業(yè)用電電費(fèi)1元／度計(jì)算，一年可節(jié)省28.4×365元＝10 366元，此數(shù)值比理論計(jì)算的數(shù)值每年還多節(jié)省了286元，同時(shí)也證明了理論分析和實(shí)際情況高度一致。

以上只是對一個(gè)基站機(jī)房的理論分析計(jì)算和實(shí)測，每個(gè)基站每年節(jié)省上萬度電，如按照目前保定全區(qū)4 000余個(gè)基站機(jī)房計(jì)算，保守估計(jì)50%的站點(diǎn)使用通風(fēng)散熱系統(tǒng)，每年就可以減少1 900余萬元的電費(fèi)支出。

2.2.2 間接效益

該技術(shù)在一定時(shí)間內(nèi)可以代替空調(diào)制冷，降低了機(jī)房電耗；同時(shí)減少了空調(diào)工作運(yùn)行時(shí)間，使空調(diào)的使用年限延長到原來的3倍以上，空調(diào)更新費(fèi)用和維護(hù)費(fèi)用降低2／3，降低了通訊系統(tǒng)的投資成本及維護(hù)費(fèi)用；在斷電、空調(diào)故障無法運(yùn)行時(shí)，可大大降低機(jī)房高溫情況的出現(xiàn)，最大限度地保障了通訊設(shè)備的安全可靠。

3 結(jié)束語

通過以上分析，表明通信機(jī)房在利用自然冷源實(shí)現(xiàn)機(jī)房物理降溫后，節(jié)能效果是顯著的。在保定地區(qū)及河北全境，在溫度允許的范圍內(nèi)，全年均可使用該產(chǎn)品單獨(dú)運(yùn)行或與空調(diào)設(shè)備聯(lián)合運(yùn)行，這樣就更加增強(qiáng)了機(jī)房的節(jié)能效果。