基站機(jī)房排熱節(jié)能技術(shù)淺析

張 焱，鐘 良，余曉杰，陳琪峰，黃美樂（溫州創(chuàng)力電子有限公司，浙江 溫州325011）

1 基站節(jié)能應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1 移動(dòng)基站能耗情況分析及存在問題

據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表明，通信局（站）電能消耗費(fèi)用已經(jīng)成為通信行業(yè)的主要?jiǎng)傂赃\(yùn)行成本，每年用于通信局（站）空調(diào)的電費(fèi)成本占據(jù)其的43%左右。

基站能耗存在的問題：

（1）空調(diào)耗電量大，能源浪費(fèi)嚴(yán)重；

（2）空調(diào)缺乏智能調(diào)控，故障時(shí)無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致安全隱患；（3）不定期地進(jìn)行巡查檢修，管理成本高；（4）缺乏高效的、系統(tǒng)的基站節(jié)能解決方案。

1.2 基站節(jié)能解決方案

針對(duì)通信行業(yè)能耗結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，各運(yùn)營(yíng)商、節(jié)能企業(yè)都在深入研究節(jié)能減排的管理辦法與技術(shù)手段；相對(duì)通信基站而言就有智能排熱節(jié)能系統(tǒng)、新風(fēng)節(jié)能系統(tǒng)、熱交換節(jié)能系統(tǒng)與空調(diào)外機(jī)噴淋、電源休眠、提高功率因數(shù)、載頻關(guān)斷、一體化空調(diào)、隔斷節(jié)能和使用蓄電池恒溫柜等技術(shù)手段。

2 基站智能排熱系統(tǒng)節(jié)能方案

2.1 目前移動(dòng)局房空調(diào)制冷能耗癥結(jié)分析

2.1.1 移動(dòng)局（站）熱負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)模型

典型基站面積為磚混結(jié)構(gòu)21 m2左右的自建房，圍護(hù)熱傳導(dǎo)表面積（不含地板）為80 m2左右，容積約60 m3。移動(dòng)局（給）熱負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)模型見表1。

表1 移動(dòng)局（給）熱負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)模型

2.1.2 典型基站制冷效率測(cè)算

（1）主設(shè)備熱負(fù)荷測(cè)算

設(shè)備負(fù)載直流電流45 A，配套一臺(tái)KF－70空調(diào)，溫度設(shè)定在28℃。設(shè)備每秒產(chǎn)生熱能計(jì)算如下，移動(dòng)基站各設(shè)備的熱量通過機(jī)房?jī)?nèi)空氣對(duì)流進(jìn)行散發(fā)傳遞。

設(shè)備熱量＝電流×電壓÷電源轉(zhuǎn)換效率×設(shè)備工作效率＝45×53.5／0.9×0.9＝0.6 kca1／s

（2）空調(diào)制冷效率的測(cè)算

a.將機(jī)房?jī)?nèi)空氣每降低1℃需要的冷量應(yīng)為：

冷量 ＝ 比熱×密度×容積×溫差＝1.4×1.29×60×1＝26 kca1

b.1臺(tái)全新3P空調(diào)制冷量7 kW／h，折合每秒可吸收熱量為：7×860÷3600＝1.7 kca1／s。

c.機(jī)房溫度每降低2℃，空調(diào)啟動(dòng)的時(shí)間為：52 kca1÷（1.7－0.6）kca1／s＝47 s

典型基站在理論模型條件下，制冷將造成空調(diào)頻繁啟動(dòng)，影響空調(diào)使用壽命。

2.1.3 分析結(jié)論

（1）癥結(jié)1

傳統(tǒng)空調(diào)制冷能耗高，冷源使用效率欠佳，本質(zhì)是由于機(jī)房熱傳遞介質(zhì)質(zhì)量少，制冷最佳狀態(tài)應(yīng)該是盡可能避免主設(shè)備產(chǎn)生熱量在機(jī)房?jī)?nèi)散失傳遞。

（2）癥結(jié)2

為提高制冷效率，犧牲空調(diào)能耗，使得空調(diào)壓縮機(jī)頻繁啟動(dòng)、空調(diào)持續(xù)運(yùn)行造成能耗損失，同時(shí)對(duì)空調(diào)壓縮機(jī)的使用年限產(chǎn)生影響。

2.2 基站智能排熱節(jié)能方案

2.2.1 技術(shù)原理

將設(shè)備散發(fā)的熱量與室內(nèi)空氣相隔離，并有針對(duì)性的直接將其排出室外，直接降低室內(nèi)冷源需求，同時(shí)引進(jìn)室外冷風(fēng)結(jié)合空調(diào)，減少空調(diào)的運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)降低能耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。節(jié)能系統(tǒng)工作流程圖如圖1所示。

（1）冷熱氣流的有效隔離，使基站成為無熱源的空間，降低室內(nèi)冷量的需求；

（2）系統(tǒng)集成防塵設(shè)計(jì)的自動(dòng)壓力平衡系統(tǒng)，保證機(jī)房?jī)?nèi)氣壓處于微正壓狀態(tài)，使機(jī)房潔凈度不會(huì)因使用該系統(tǒng)出現(xiàn)明顯劣化；

（3）通過熱排系統(tǒng)對(duì)基站空調(diào)的輔助，大大降低了空調(diào)壓縮機(jī)的運(yùn)行時(shí)間；

（4）降低空調(diào)壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)間的同時(shí)降低了頻繁啟動(dòng)的次數(shù)，延長(zhǎng)使用壽命。

圖1 節(jié)能系統(tǒng)工作流程圖

2.2.2 系統(tǒng)構(gòu)成

基站智能排熱系統(tǒng)共由4大部分組成：分別為控制單元、排熱單元、壓力平衡單元、環(huán)境監(jiān)測(cè)單元。

其中，控制主機(jī)完成如下功能：

（1）通過從安裝在室內(nèi)和室外的若干濕度傳感器上獲取機(jī)房室內(nèi)外的溫濕度數(shù)據(jù)，并上傳給智能排熱控制主機(jī)。

（2）對(duì)所獲取的室內(nèi)外溫濕度數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，控制排熱裝置、壓力平衡裝置和空調(diào)設(shè)備的開機(jī)和關(guān)機(jī)

（3）實(shí)現(xiàn)火災(zāi)告警聯(lián)動(dòng)控制。

2.3 技術(shù)特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)

（1）互補(bǔ)性

a.室內(nèi)溫度在24℃以下時(shí)，智能排熱系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)閉空調(diào)和壓力平衡系統(tǒng)。

b.在室內(nèi)溫度處于24℃～28℃時(shí)，智能排熱系統(tǒng)控制關(guān)閉空調(diào)，設(shè)備熱量由集熱罩收集后，通過排熱單元自動(dòng)排出，此時(shí)壓力平衡系統(tǒng)開始工作，為室內(nèi)補(bǔ)進(jìn)新風(fēng)，維持室內(nèi)微正壓。

c.室內(nèi)溫度高于28℃時(shí)，同時(shí)開啟智能排熱系統(tǒng)與空調(diào)系統(tǒng)，隔離回收熱氣流，并且排出室外，降低室內(nèi)冷量需求，減少空調(diào)功耗。

（2）應(yīng)急性

空調(diào)故障時(shí)，排熱可以替代空調(diào)工作。

（3）低功耗

排熱設(shè)備超低運(yùn)行功耗。

（4）智能遠(yuǎn)程監(jiān)控

系統(tǒng)可以與空調(diào)聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)控制，根據(jù)客戶需要，搭建遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)智能排熱系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和控制。可實(shí)現(xiàn)四遙功能：遙測(cè)、遙信、遙調(diào)、遙控；空調(diào)運(yùn)行狀態(tài)、空調(diào)運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)、市電狀態(tài)、熱排系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、熱排系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)、系統(tǒng)故障告警、基站室內(nèi)外溫濕度情況、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置；結(jié)合能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可直觀的分析產(chǎn)品的節(jié)能效果及評(píng)估。

（5）易于維護(hù)

智能排熱系統(tǒng)采用3級(jí)進(jìn)風(fēng)過濾裝置，初效濾網(wǎng)、卷軸式中效濾網(wǎng)和袋式高效濾網(wǎng)，確保機(jī)房的潔凈度達(dá)到機(jī)房的要求，維護(hù)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)一年以上。空氣首先經(jīng)過初效濾網(wǎng)，經(jīng)過卷軸式中效濾網(wǎng)過濾，再經(jīng)過袋式高效濾網(wǎng)，可以得到潔凈的空氣。當(dāng)卷軸式中效濾網(wǎng)失效后，通過電機(jī)卷動(dòng)自動(dòng)更換新的過濾網(wǎng)，一般一個(gè)月卷動(dòng)一次，更換次數(shù)可達(dá)15次以上。由于采用濾網(wǎng)分級(jí)設(shè)置方式，進(jìn)入袋式高效的空氣已經(jīng)是較為潔凈的空氣，所以袋式高效濾網(wǎng)的使用壽命較長(zhǎng)，一般可達(dá)到12個(gè)月以上。以上3級(jí)過濾裝置，可根據(jù)實(shí)際需要自由組合（如圖2）。

圖2 3級(jí)進(jìn)風(fēng)過濾裝置

4 經(jīng)濟(jì)效益分析

4.1 地域?qū)Ρ?/h3>

分別以“北方的唐山、中部的南京、南方的廣州”為例，智能排熱系統(tǒng)全年運(yùn)行狀況和時(shí)長(zhǎng)如表2所示。

表2 不同地域的智能排熱系統(tǒng)全年運(yùn)行狀況

因此，智能排熱系統(tǒng)的節(jié)能率至少達(dá)到60%，在南方使用節(jié)能效果將更加明顯！

4.3 同類產(chǎn)品對(duì)比

表3 同類排熱系統(tǒng)產(chǎn)品節(jié)能對(duì)比