淺析郊外基站機(jī)房無空調(diào)智能換風(fēng)

孫永龍

（中國(guó)電信云南文山分公司）

0 引 言

移動(dòng)信號(hào)覆蓋的廣域性，決定了移動(dòng)基站建設(shè)的點(diǎn)多面廣、非集聚性。為保證基站各種設(shè)備正常運(yùn)行，須為設(shè)備提供一個(gè)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(duì)封閉的機(jī)房。由于移動(dòng)通信設(shè)備發(fā)熱量較大，可能會(huì)因室內(nèi)溫度過高而導(dǎo)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)。空調(diào)系統(tǒng)所能達(dá)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(yùn)營(yíng)成本，而且有悖于當(dāng)前節(jié)能減排的主題。

基站通信機(jī)房智能換風(fēng)系統(tǒng)的出現(xiàn)，在為保證基站機(jī)房環(huán)境溫度達(dá)到設(shè)備運(yùn)行要求的同時(shí)，又有效減少了空調(diào)的運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)，對(duì)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(jī)房，在安裝機(jī)房智能換風(fēng)系統(tǒng)后能降低空調(diào)耗能的1／3以上。但存在著一個(gè)不可忽視的問題，野外山區(qū)機(jī)房地處無人居住地區(qū)，盜竊現(xiàn)象非常嚴(yán)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(jī)被盜較為普遍。雖然各設(shè)備維護(hù)部門對(duì)基站空調(diào)設(shè)備（設(shè)施）采取了各種各樣的防盜措施，實(shí)際效果卻并不理想。空調(diào)室外設(shè)備被盜現(xiàn)象仍然十分嚴(yán)重。空調(diào)室外設(shè)備一旦被盜，基站便會(huì)因室溫過高而導(dǎo)致移動(dòng)通信設(shè)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(fēng)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(dá)到通信設(shè)備正常運(yùn)行要求。

1 無空調(diào)智能換風(fēng)系統(tǒng)介紹

1.1 空調(diào)聯(lián)動(dòng)智能換風(fēng)系統(tǒng)問題分析

空調(diào)聯(lián)動(dòng)智能換風(fēng)系統(tǒng)是一種以空調(diào)降溫為主，輔以正壓（主進(jìn)風(fēng)、次排風(fēng)）換風(fēng)，視機(jī)房室溫智能聯(lián)動(dòng)啟停空調(diào)、風(fēng)機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)換方式的一種換風(fēng)系統(tǒng)，如圖1、圖2所示。

圖1 基站機(jī)房正面圖

圖2 基站機(jī)房俯視圖

其工作原理為：以智能控制模塊為中心，預(yù)設(shè)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(diǎn)。智能控制模塊以室內(nèi)外溫度傳感器為依托，當(dāng)室內(nèi)溫度低于正常室溫上限時(shí)，智能控制模塊關(guān)閉空調(diào)系統(tǒng)及換風(fēng)系統(tǒng)；當(dāng)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(shí)（由于野外基站建設(shè)選址通常都基于山坡或山峰頂部，空氣流動(dòng)速度較快，因此空氣溫度比受陽(yáng)光照射的固定參照點(diǎn)低3℃～6℃），智能模塊啟動(dòng)風(fēng)機(jī)吸入室外空氣對(duì)室內(nèi)進(jìn)行降溫；當(dāng)換風(fēng)風(fēng)機(jī)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(dá)到高熱室溫下限時(shí)，智能模塊啟動(dòng)空調(diào)系統(tǒng)并關(guān)閉換風(fēng)風(fēng)機(jī)，對(duì)室溫進(jìn)行降溫；當(dāng)室溫降至高熱下限、低熱范圍時(shí)，智能模塊關(guān)閉空調(diào)系統(tǒng)并啟動(dòng)換風(fēng)風(fēng)機(jī)；當(dāng)室溫降至正常室溫上限以下時(shí)，智能模塊關(guān)閉換風(fēng)風(fēng)機(jī)。從而達(dá)到既保證通信設(shè)備在安全溫度下正常運(yùn)行，又節(jié)省了空調(diào)系統(tǒng)在低熱室溫的能耗，達(dá)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(fēng)系統(tǒng)以空調(diào)降溫為主，風(fēng)機(jī)換風(fēng)為輔，風(fēng)機(jī)降溫效果較差，風(fēng)機(jī)工作溫域較窄，節(jié)能效果有限，一旦空調(diào)室外設(shè)備（設(shè)施）被盜（野外基站空調(diào)室外機(jī)被盜現(xiàn)象比較嚴(yán)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(jìn)風(fēng)方式，風(fēng)機(jī)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(jìn)風(fēng)風(fēng)機(jī)同排風(fēng)風(fēng)機(jī)分設(shè)于機(jī)房?jī)啥耍覂?nèi)氣流風(fēng)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(shè)備空間），致使溫度傳感器探測(cè)到室溫正常，從而發(fā)生部分設(shè)備溫度過高的現(xiàn)象。為解決以上智能通風(fēng)系統(tǒng)的弊端，現(xiàn)提出一種新型的智能換風(fēng)系統(tǒng)。

1.2 空調(diào)聯(lián)動(dòng)智能換風(fēng)系統(tǒng)原理介紹

“無空調(diào)智能換風(fēng)系統(tǒng)”對(duì)基站機(jī)房無須要求安裝空調(diào)系統(tǒng)，從某種意義上來說，建設(shè)空調(diào)設(shè)備的費(fèi)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(shè)額外費(fèi)用。系統(tǒng)采用弱負(fù)壓換風(fēng)方式（主排風(fēng)、次進(jìn)風(fēng)）對(duì)基站機(jī)房進(jìn)行降溫（圖3、圖4、圖5）。

圖3 基站機(jī)房正面圖

圖4 基站機(jī)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(shè)備，通常設(shè)備的擺放是以列為單位。一般情況下，一個(gè)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(duì)集中在這一列設(shè)備中及上方，對(duì)該部分強(qiáng)力排熱降溫，就能達(dá)到事半功倍的效果。

圖5 基站機(jī)房俯視圖

“無空調(diào)智能換風(fēng)系統(tǒng)”也是以智能模塊為控制中心（帶遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控遙信接口，可通過動(dòng)環(huán)監(jiān)控接入遠(yuǎn)程系統(tǒng)、也可通過獨(dú)立移動(dòng)通信模塊接入遠(yuǎn)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(qiáng)力軸流風(fēng)機(jī)吸風(fēng)（熱）方式排風(fēng)為主，室外空氣（新風(fēng)）進(jìn)風(fēng)風(fēng)機(jī)為輔的換風(fēng)方式。根據(jù)空氣動(dòng)力學(xué)原理，熱空氣位于機(jī)房上方，冷空氣位于機(jī)房下方；通信設(shè)備在運(yùn)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(duì)溫度較低的空氣進(jìn)行熱量交換，被加熱的空氣逐漸向上流動(dòng)，帶動(dòng)下部的冷空氣流動(dòng)不斷對(duì)器件進(jìn)行降溫，但由于機(jī)房處于封閉狀態(tài)，室內(nèi)空氣幾乎不能同室外空氣進(jìn)行交換，室內(nèi)空氣的持續(xù)加熱導(dǎo)致機(jī)房室溫持續(xù)上升，當(dāng)室溫上升到一定程度可能導(dǎo)致通信設(shè)備癱瘓和設(shè)備板件損壞。“無空調(diào)智能換風(fēng)系統(tǒng)”根據(jù)預(yù)先設(shè)定的閥值，當(dāng)機(jī)房室溫達(dá)到風(fēng)機(jī)預(yù)定開啟溫度時(shí)，智能模塊啟動(dòng)進(jìn)排風(fēng)風(fēng)機(jī)。由于系統(tǒng)采用弱負(fù)壓換風(fēng)方式，排風(fēng)量略大于進(jìn)風(fēng)量，排風(fēng)風(fēng)機(jī)安置于設(shè)備上方頂部，而進(jìn)風(fēng)風(fēng)機(jī)安置于機(jī)房墻角兩方，排風(fēng)風(fēng)機(jī)距設(shè)備較近，進(jìn)風(fēng)風(fēng)機(jī)則相對(duì)較遠(yuǎn)。風(fēng)機(jī)啟動(dòng)初期排除的熱風(fēng)基本為機(jī)房?jī)?nèi)溫度最高的熱空氣部分，而溫度較低的新風(fēng)則通過機(jī)房下方對(duì)角線的兩個(gè)進(jìn)風(fēng)風(fēng)機(jī)風(fēng)口沿機(jī)房下部流至設(shè)備列下方并順著設(shè)備架被上方頂部排風(fēng)風(fēng)機(jī)排除室外，換風(fēng)風(fēng)量以1／2～1倍機(jī)房容積／min的速度對(duì)機(jī)房空氣進(jìn)行更換，5～10分鐘后，機(jī)房?jī)?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(duì)機(jī)房室溫進(jìn)行降溫，從而達(dá)到保障通信設(shè)備在正常室溫下運(yùn)行的目的。

排風(fēng)風(fēng)機(jī)及集熱罩安置于設(shè)備列（偏后部）上方屋頂、通過密閉風(fēng)道（風(fēng)道截面積視機(jī)房面積和風(fēng)量大小而定）引至室外，進(jìn)風(fēng)風(fēng)機(jī)則分別安置于設(shè)備列前后對(duì)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(shè)備列上方，室外溫度探頭安裝于進(jìn)風(fēng)風(fēng)機(jī)室外雨罩內(nèi)，進(jìn)風(fēng)風(fēng)機(jī)室外部分要安裝于機(jī)房陰面空氣流動(dòng)較大的地方。

（2）系統(tǒng)工作方式

當(dāng)基站室溫在正常室溫下（26℃），換風(fēng)風(fēng)機(jī)處于待機(jī)狀態(tài)；當(dāng)室溫達(dá)到27℃～28℃時(shí)（按要求設(shè)定），智能模塊啟動(dòng)排風(fēng)風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中速擋，在通信設(shè)備正上方將相對(duì)集中的熱源強(qiáng)力吸出室外，安置于機(jī)房底部對(duì)角線上的兩臺(tái)進(jìn)風(fēng)風(fēng)機(jī)將溫度較低的新風(fēng)吸入流向通信設(shè)備直至頂部，先排后吸的空氣流動(dòng)方式，更有利于空氣中的熱能交換；當(dāng)室溫超過28℃～30℃時(shí)，智能模塊啟動(dòng)風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)全速擋（也可只設(shè)一個(gè)全速擋，對(duì)于室外溫度過高的地域可考慮在進(jìn)風(fēng)口部位加裝水簾循環(huán)設(shè)施）；當(dāng)室溫降至26℃以下時(shí)，智能模塊控制風(fēng)機(jī)停機(jī)，從而保證通信設(shè)備在安全溫度下運(yùn)行，智能控制模塊設(shè)有火災(zāi)風(fēng)機(jī)電源切斷功能，當(dāng)機(jī)房發(fā)生火災(zāi)時(shí)自動(dòng)關(guān)閉進(jìn)、排風(fēng)風(fēng)道（口）并切斷風(fēng)機(jī)電源。

（3）換風(fēng)風(fēng)量分析

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

（4）系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)

一是定點(diǎn)吸熱換風(fēng)，針對(duì)熱源進(jìn)行換熱，能最大限度的降低換風(fēng)系統(tǒng)的損耗，換熱效率較高；二是風(fēng)機(jī)安裝于室內(nèi)（對(duì)于房屋層高較低的機(jī)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(fēng)機(jī)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(diǎn)

一是系統(tǒng)適用地域性，當(dāng)室外空氣溫度高于28℃以上時(shí)（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(shè)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(dòng)性較小的基站；二是該系統(tǒng)由于采用負(fù)壓進(jìn)排氣方式，對(duì)室外環(huán)境要求較高，不適用于機(jī)房室外風(fēng)塵較大的地區(qū)；三是系統(tǒng)不適用于安裝有對(duì)溫度范圍要求較高的精密設(shè)備的基站。

3 效益分析

一般基站安裝兩臺(tái)2～3P空調(diào)設(shè)備，空調(diào)按年每天平均運(yùn)行9小時(shí)計(jì)算耗電為：空調(diào)功率3.5 k W×9 h＝31.5 k Wh；換能設(shè)備排風(fēng)風(fēng)機(jī)功率為220 W，進(jìn)風(fēng)風(fēng)機(jī)為75 W＋75 W，按年每天平均運(yùn)行15 h計(jì)算耗電為：0.37 k W×15 h＝5.6 k Wh。每年節(jié)省電費(fèi)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(fēng)系統(tǒng)”投資。

3 投資分析

（1）排風(fēng)風(fēng)機(jī)2 000元／臺(tái)（含機(jī)殼、防雨罩），1臺(tái)／點(diǎn)，小計(jì)2 000元；

（2）進(jìn)風(fēng)風(fēng)機(jī)700元／臺(tái)（含防雨罩），2臺(tái)／點(diǎn)，小計(jì)1 400元；

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

（4）排風(fēng)風(fēng)道300元／米，5米／點(diǎn)，小計(jì)1 500元；

（5）設(shè)備安裝2 000元／點(diǎn)，2 000元／點(diǎn)，小計(jì)2 000元。

總投資：8 900元／點(diǎn)。