陳大裕 盧運(yùn)運(yùn)

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一種通信機(jī)房空調(diào)室外機(jī)智能清潔節(jié)能系統(tǒng)

陳大裕 盧運(yùn)運(yùn)

中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)廣西有限公司梧州分公司網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)中心，廣西 梧州 543002

節(jié)能減排以科學(xué)發(fā)展觀為指導(dǎo)，加快發(fā)展現(xiàn)代能源產(chǎn)業(yè)，堅(jiān)持節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境的基本國(guó)策，把建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)放在工業(yè)化、現(xiàn)代化發(fā)展戰(zhàn)略的突出位置，努力提高可持續(xù)發(fā)展能力。通信運(yùn)營(yíng)商積極開(kāi)展各種節(jié)能減排措施的研究及應(yīng)用，如基站智能通風(fēng)系統(tǒng)、空調(diào)節(jié)能添加劑、反射材料等。提出一種廣西移動(dòng)自主研發(fā)的基于基站空調(diào)室外機(jī)智能清潔節(jié)能系統(tǒng)，并從此系統(tǒng)產(chǎn)生的背景、技術(shù)方案、應(yīng)用效果及專(zhuān)利申請(qǐng)方面進(jìn)行了介紹。

通信機(jī)房；空調(diào)室外機(jī)；智能清潔；節(jié)能系統(tǒng)

中國(guó)目前超過(guò)百萬(wàn)個(gè)移動(dòng)通信基站。按照中國(guó)移動(dòng)的統(tǒng)計(jì)，基站耗電占整個(gè)公司總耗電量的60%以上，加快節(jié)能減排技術(shù)研發(fā)，加快節(jié)能減排技術(shù)產(chǎn)業(yè)化示范和推廣，加快建立節(jié)能減排技術(shù)服務(wù)體系，推進(jìn)環(huán)保產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展。本文提出一種廣西移動(dòng)自主研發(fā)的基于基站空調(diào)室外機(jī)智能清潔節(jié)能系統(tǒng)，并從此系統(tǒng)產(chǎn)生的背景、技術(shù)方案、應(yīng)用效果及專(zhuān)利申請(qǐng)方面進(jìn)行介紹。

1 基于基站熱量控制的綜合節(jié)能系統(tǒng)產(chǎn)生背景

1.1 研究基站空調(diào)節(jié)能的價(jià)值

通信基站是一個(gè)封閉的空調(diào)，主設(shè)備產(chǎn)生熱量通過(guò)空調(diào)進(jìn)行交換，經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)空調(diào)用電在基站耗能中占40%～50%比例，在POE能耗中對(duì)基站空調(diào)節(jié)能研究具體較高的價(jià)值[1]。

1.2 空調(diào)室外機(jī)智能清潔應(yīng)用情況

基于投資成本考慮，基站一般配置1臺(tái)空調(diào)，空調(diào)在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后，室外機(jī)積聚大量的灰塵，導(dǎo)致空調(diào)室外機(jī)散熱不良，室內(nèi)機(jī)制冷效果變差，能耗增加、故障率增加，維修成本高。經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)分析，空調(diào)室外機(jī)不及時(shí)清洗，造成空調(diào)故障率高達(dá)30%。

廣西處于中國(guó)南部，亞熱帶季風(fēng)氣候，夏長(zhǎng)在5個(gè)月以上，7月平均氣溫35?℃。

因此針對(duì)性研發(fā)一種新的節(jié)能系統(tǒng)，從根本上提高空調(diào)運(yùn)行效率，進(jìn)一步提升空調(diào)節(jié)能效率。

2 基于基站熱量控制的綜合節(jié)能系統(tǒng)技術(shù)方案

2.1 系統(tǒng)總框架

根據(jù)空調(diào)室外機(jī)日常維護(hù)清洗方式進(jìn)行改良，一套基于基站空調(diào)室外機(jī)智能清潔節(jié)能系統(tǒng)的框架模型被設(shè)想出來(lái)，如圖1所示。

雨水被雨水收集裝置收集后順著管道流到過(guò)濾器；空調(diào)排水管收集空調(diào)冷凝水后匯流至儲(chǔ)水罐；水泵將儲(chǔ)水罐加壓至噴淋裝置；噴淋裝置再向室外機(jī)噴發(fā)清洗。

①雨水收集裝置；②空調(diào)排水管；③儲(chǔ)水罐；④水泵：⑤噴淋裝置。

系統(tǒng)分為五個(gè)部分：雨水收集器、儲(chǔ)水器、噴淋控制器、水泵及噴淋裝置。其中主要的節(jié)能部件為噴淋裝置部分；雨水收集器為輔助部分。以下我們對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行介紹。

2.2 系統(tǒng)各部分功能及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

2.2.1 清洗室外機(jī)的水源獲取途徑

（1）收集空調(diào)自身產(chǎn)生的冷凝水。空調(diào)在制冷時(shí)，室內(nèi)機(jī)的盤(pán)管溫度低于水的露點(diǎn)溫度，這時(shí)候含有水分的空氣經(jīng)過(guò)室內(nèi)盤(pán)管就會(huì)產(chǎn)生冷凝水，排向室外。

（2）雨水收集裝置。根據(jù)機(jī)房排水進(jìn)行截留，經(jīng)過(guò)濾后流到儲(chǔ)水箱，成為清洗用水，如圖2所示。

圖2 雨水收集裝置

2.2.2 系統(tǒng)控制箱

采用RISC單片機(jī)作為主控單元控制器，分別對(duì)儲(chǔ)水箱水位、時(shí)間和次數(shù)進(jìn)行設(shè)定和控制。當(dāng)達(dá)到設(shè)定的清洗條件后，會(huì)控制水泵將清水加壓送到噴淋裝置對(duì)室外機(jī)進(jìn)行自動(dòng)清洗。

圖3 系統(tǒng)控制箱及電路圖

控制箱的核心部件（如圖3所示）：時(shí)間控制器是根據(jù)季節(jié)、時(shí)間段和次數(shù)等發(fā)送指令給控制系統(tǒng)以確定是否需要工作；RISC單片機(jī)主控系統(tǒng)是系統(tǒng)控制部分，供電經(jīng)進(jìn)電接線口輸入，系統(tǒng)經(jīng)時(shí)間控制器和RISC單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，按設(shè)定進(jìn)行工作。

控制器的核心算法：（1）水位控制器的信號(hào)線直接連接單片機(jī)主控系統(tǒng)，當(dāng)集水箱水位到達(dá)設(shè)定高度時(shí)，水位檢測(cè)器發(fā)送指令至單片機(jī)主控系統(tǒng)，開(kāi)啟水泵進(jìn)行清洗，水位下降到指定位置時(shí)，關(guān)閉水泵；（2）時(shí)間控制器可以設(shè)定時(shí)間段進(jìn)行清洗。到達(dá)設(shè)定條件后，時(shí)間控制器會(huì)發(fā)送信號(hào)給單片機(jī)主控系統(tǒng)，控制水泵工作[2]。

2.2.3 噴淋裝置

噴淋裝置根據(jù)空調(diào)室外機(jī)尺寸現(xiàn)場(chǎng)加工，距離空調(diào)冷凝器后及左右5～10?cm。噴淋裝置由三橫三縱的PVC管材加工，橫向、縱向管道的相鄰兩個(gè)噴頭為45度交叉方向，實(shí)現(xiàn)交叉噴淋，使噴淋清洗面積有效覆蓋空調(diào)室外機(jī)，如圖4所示。

圖4 噴淋裝置安裝效果圖

3 基于基站空調(diào)室外機(jī)智能清潔的節(jié)能系統(tǒng)應(yīng)用

3.1 系統(tǒng)節(jié)能效果

維護(hù)人員對(duì)梧州碳素廠及東山?jīng)_基站空調(diào)進(jìn)行應(yīng)用前后的數(shù)據(jù)測(cè)量和對(duì)比，見(jiàn)表1、表2。空調(diào)參考設(shè)定制冷溫度28℃，如圖5所示。

圖5 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)

表1 梧州碳素廠基站空調(diào)應(yīng)用室外機(jī)智能清潔系統(tǒng)前后數(shù)據(jù)對(duì)比

表2 梧州東山?jīng)_基站空調(diào)應(yīng)用室外機(jī)智能清潔系統(tǒng)前后數(shù)據(jù)對(duì)比

3.1.1 電費(fèi)節(jié)約

水泵功率370?W，次運(yùn)行10?s，月運(yùn)行4次，水泵能耗可以忽略不計(jì)。

梧州碳素廠：根據(jù)表1測(cè)算空調(diào)的節(jié)能率為：（4.18－3.77）/4.18=9.8%。

梧州東山?jīng)_：根據(jù)表2測(cè)算空調(diào)的節(jié)能率為：（5.21－4.41）/5.21=15.3%。

計(jì)算整套清洗系統(tǒng)的平均節(jié)能率為：12.5%?？照{(diào)月均用電約為900度，則每基站年節(jié)省電費(fèi)=900度×12.5%×12月×1元/度=1350元。

3.1.2 空調(diào)室外機(jī)清洗維護(hù)成本

根據(jù)維護(hù)規(guī)程空調(diào)室外機(jī)清洗每季度一次，按照代維服務(wù)框架，空調(diào)室外機(jī)清洗維護(hù)費(fèi)用為550元/次，使用自動(dòng)清洗裝置后，一臺(tái)空調(diào)年節(jié)約空調(diào)維護(hù)費(fèi)550×4=2?200元。

3.1.3 清潔節(jié)能系統(tǒng)維護(hù)成本

水泵使用年限4～5年，日常維護(hù)成本對(duì)雨水過(guò)濾箱中的海綿進(jìn)行更換，按代維框架巡檢單價(jià)為160元/次。

3.1.4 有效降低空調(diào)設(shè)備維修費(fèi)用

2016年4月完成梧州東山?jīng)_、碳素廠、醫(yī)藥公司、下三云、嘉禾基站的空調(diào)室外機(jī)智能清潔節(jié)能系統(tǒng)安裝，在4～9月份期間運(yùn)行良好，未發(fā)生故障。2014—2015年上述5個(gè)站點(diǎn)年維修約12站次。

3.2 節(jié)能系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益

3.2.1 直接的經(jīng)濟(jì)收益

系統(tǒng)投資成本：雨水收集裝置1?200元，水泵500元，噴淋裝置1?300元，安裝調(diào)測(cè)費(fèi)500元，系統(tǒng)的總造價(jià)為3?500元。

通過(guò)對(duì)基站空調(diào)用電量的測(cè)算，基站每年節(jié)能電費(fèi)1?350，加上空調(diào)清洗維護(hù)成本2?200元，計(jì)算年平均收益3?550元。

節(jié)能系統(tǒng)的成本回收周期為：（3?500+160）/（1?350+ 2?200）=1.03年。

3.2.2 間接的經(jīng)濟(jì)收益

間接的經(jīng)濟(jì)收益即社會(huì)效益：積極響應(yīng)國(guó)家的綠色環(huán)保、降耗節(jié)能號(hào)召，塑造綠色環(huán)保企業(yè)形象。

3.3 節(jié)能系統(tǒng)創(chuàng)新點(diǎn)

（1）無(wú)須使用外部水源，利用空調(diào)自身冷凝水及雨水，通過(guò)儲(chǔ)水箱、噴淋控制器、水泵、噴淋裝置四大部件構(gòu)件形成空調(diào)室外機(jī)自動(dòng)清洗系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)室外機(jī)的自動(dòng)清洗[3]。

（2）通過(guò)雨水收集器、儲(chǔ)水器、噴淋控制器、水泵及噴淋裝置五大部件構(gòu)件形成空調(diào)室外機(jī)自動(dòng)清洗系統(tǒng)并進(jìn)行專(zhuān)利申請(qǐng)。通過(guò)專(zhuān)利檢索，目前有一種類(lèi)似專(zhuān)利產(chǎn)品。此專(zhuān)利產(chǎn)品使用的清洗水源僅僅來(lái)源于空調(diào)在制冷時(shí)產(chǎn)生的冷凝水。空調(diào)產(chǎn)生的冷凝水減少后便無(wú)法滿足清洗的需求，不適用于移動(dòng)通信基站。為保證與現(xiàn)有專(zhuān)利進(jìn)行差異化挖掘，本系統(tǒng)融合了雨水收集與冷凝水收集裝置，克服現(xiàn)有專(zhuān)利產(chǎn)品在天氣干燥及密閉的機(jī)房環(huán)境中無(wú)法獲取充足清洗水源上的缺點(diǎn)，并利用單片機(jī)自動(dòng)控制技術(shù)。

4 總結(jié)

基于基站空調(diào)室外機(jī)智能清潔系統(tǒng)首次在通信行業(yè)應(yīng)用，產(chǎn)品構(gòu)造簡(jiǎn)單、投入成本低、實(shí)現(xiàn)智能化自動(dòng)操作，適用性與靈活性強(qiáng)，具備低成本投入、高效能產(chǎn)出的特點(diǎn)。

該項(xiàng)目已經(jīng)在梧州城區(qū)20個(gè)基站的空調(diào)上應(yīng)用，取得了良好的應(yīng)用效果，體現(xiàn)其實(shí)用價(jià)值。在結(jié)合項(xiàng)目應(yīng)用的工作經(jīng)驗(yàn)得出推廣建議，該項(xiàng)目特別適用于空調(diào)運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)、無(wú)法獲得水源的基站上使用。

[1]魏三強(qiáng)，朱軍. 一種通信機(jī)房空調(diào)節(jié)能降耗技術(shù)方案設(shè)計(jì)[J]. 重慶理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)），2012，26（6）：102-106.

[2]徐興江，宋亞軍，侯福平. 通信機(jī)房用智能冷源塔節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用[J]. 電信技術(shù)， 2017（4）：26-29.

[3]章若冰. 一種新型的通信機(jī)房通風(fēng)節(jié)能控制器[J]. 科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2010（12）：20-21.

Intelligent Clean Energy-Saving System for Communication Machine Room Air Conditioner Outdoor Unit

Chen Dayu Lu Yunyun

China Mobile Communications Corporation Guangxi Co., Ltd.,Wuzhou Branch Network Operation Center,Guangxi Wuzhou 543002

Energy conservation and emission reduction are guided by the scientific concept of development, accelerate the development of modern energy industry, adhere to the basic national policy of conserving resources and protecting the environment, and put a resource-conserving and environment-friendly society in a prominent position in the industrialization and modernization development strategy and enhance sustainability. Communication operators are actively engaged in the research and application of various energy-saving and emission reduction measures, such as intelligent ventilation systems for base stations, energy-saving additives for air conditioners, and reflective materials. The paper proposes a smart clean energy-saving system based on base station air conditioner outdoor research and development independently developed by Guangxi Mobile, and introduces the background, technical solutions, application effects and patent applications generated by this system.

communication room; air conditioner outdoor unit; intelligent cleaning; energy saving system

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