淺析智能通風系統在通信基站的節能效果

楊遷,韓利平,馮琛琛( 中國移動通信集團設計院有限公司陜西分公司，西安 70077； 中聯西北工程設計研究院有限公司，西安 7008)

淺析智能通風系統在通信基站的節能效果

楊遷1,韓利平1,馮琛琛2
(1 中國移動通信集團設計院有限公司陜西分公司，西安 710077；2 中聯西北工程設計研究院有限公司，西安 710082)

摘 要通過實測數據探討了智能通風系統在陜西省通信基站的節能效果。結果表明：全省應用智能通風系統的基站單位面積的空調年節電量為60～100 kW?h/m2，節電率為10%～25%，能夠實現較好的節能效果；同時，室外氣溫越低、低溫的時間越長，智能通風系統的節能效果越顯著，采用智能通風系統后，關中及陜南地區基站的空調制冷運行時間可縮短13%～20%，而陜北地區空調制冷運行時間可縮短20%～24%。最后，分別針對陜北、關中、陜南地區不同的氣候特點，從適用條件及管理方式的角度給出了合理建議。

關鍵詞通信基站；空調節能；智能通風系統；熱工分區

1　背景

通信基站是通信網絡的基礎，其內的通信設備7×24 h不間斷運行，具有設備發熱量大、集中且隨不同時段波動的特點。根據某運營商發布的通信電源、空調維護管理規定：基站機房環境溫度應控制在10℃～35℃，相對濕度應控制在15%～95%。為了滿足此規定，通信基站基本配置5P或3P的舒適性空調，且一年四季大部分為制冷模式。據統計，該運營商通信基站耗電量占通信系統總耗電量的76%，其中基站空調耗電量占基站總耗電量的15%～31.5%，由此可見，降低基站空調能耗可以有效減少基站耗電量。

2　基站空調常用節能措施

針對基站空調，目前已有相關理論研究以及實際措施能夠實現良好的節能效果。常采用的節能措施主要從如下幾個方面實現空調節能。

（1）通過智能通風或熱管換熱系統直接或間接利用自然冷源，縮短基站空調的制冷運行時長。結合不同氣候分區的氣象參數，基站采用分體空調配合智能通風或熱管換熱系統，能夠實現較好的節能效果。

（2）根據基站所處氣候分區，合理選擇、優化基站圍護結構。如在基站墻體外表面涂抹反射隔熱涂料來降低外墻外表面太陽輻射吸收系數，從而減少空調冷負荷；結合氣候條件及主設備發熱功率確定圍護結構的傳熱系數，確保基站冷、熱負荷最小。

（3）從基站空調產品性能參數入手，提高空調設定溫度或應用變頻技術，從而減少壓縮機啟動及風機運行的時間，進而達到降低能耗的目的。

（4）優化空調系統管理。如通過遠程監控系統實時監測、采集基站空調的相關信息；或增加基站內溫度監

控點的數量，實現對基站環境溫度的精準監測，從而合理控制空調的啟停時間達到節能目的。

目前的研究結果表明，直接或間接利用自然冷源的節能潛力最大，本文重點討論智能通風系統的節能效果。智能通風系統的工作原理是：在保證基站環境能夠滿足要求的前提下，通過采集、對比基站室內、外溫度和室內濕度，來判斷是否符合其運行條件，并在符合條件的情況下啟動運行。相比傳統的基站空調，智能通風系統在帶走相同的熱量時能耗更小，能夠有效減少基站空調的制冷運行時長，進而降低基站制冷的總體能耗。

根據智能通風系統的工作原理，可知它的節能效果與其安裝基站所在區域的氣候條件及基站配置的通信設備功耗情況有很大關系，因此在應用中，需要根據不同情況進行推廣。本文從熱工分區的角度對陜西省智能通風系統的節能效果進行分析，并從其適用條件及系統管理方面提出建議，結論可推廣應用至全國氣候相似的其它地區。

3　智能通風系統節能測試

為了得到實測數據來對比分析陜西省智能通風系統的節能效果，制定了如圖1所示方案。

圖1　節能測試方案

3.1通信基站選樣

為了綜合考慮地域、氣候環境因素形成全省一致的結論，本文采用橫向對比法來分析測試數據。橫向對比法是指選取一定數量的，基礎條件基本一致的基站，將采用與未采用智能通風系統的基站樣本作為對比組，橫向對比其歷史上一年的完整耗電數據，從而評價其節能效果。橫向對比基站樣本選取標準見表1所示。

表1　橫向對比基站樣本選取標準

根據表1在陜西省10個地市分別選取4組樣本，篩選后的40組樣本滿足如下條件。

（1）每組樣本包含兩個基站，一個基站采用分體空調的溫度控制形式，另一個基站采用分體空調+智能通風的溫度控制形式。

（2）樣本基站采用的空調總功耗為4.8 kW，智能通風設備風量為3000 m3/h，智能通風設備總功耗為0.1 kW。

（3）樣本主要為中、小型基站，通信設備功耗在5 kW以內。

（4）基站墻體材料主要為磚混結構或彩鋼板（同一對比組中，墻體材料一致）。

（5）基站面積分布在20～25 m2，為了避免基站面積的不一致對結果帶來的影響，本文統一采用基站單位面積的空調節電量與節電率進行分析。

3.2數據收集整理

選定樣本基站后，通過基站設置的分項計量電表或日常維護數據分別記錄樣本基站歷史上完整一年的耗電

量，包括通信設備全年耗電量以及基站空調全年耗電量，并分別計算40組樣本基站的節電量、節電率。

圖2　陜西省基站單位面積空調節電量與節電率

4　智能通風節能效果分析

根據陜西省的氣候條件，可將其劃分為3個熱工分區，從北向南依次為嚴寒地區，寒冷地區及夏熱冬冷地區，分別對應陜北、關中及陜南地區。

為了探討氣候條件對智能通風效果的影響，在選定了40組樣本后，以基站單位面積的空調節電量及節電率作為研究對象，分別針對陜北、關中、陜南地區對智能通風系統的節能效果做分析討論，計算結果見圖2。同時，統計對比樣本基站的空調制冷運行時長，結果見圖3。

圖2、圖3中橫坐標1、2、3、4序號分別代表各地市的4組樣本。

由圖2（a）及圖3可見，陜北地區的基站單位面積空調年節電量約在60～100 kW?h/m2之間，節電率均保持在20%以上。主要原因為陜北地區全年溫度較低，晝夜溫差大，基站室內、外能夠形成有效溫差，有利于室外冷空氣過濾后進入基站，帶走室內的熱量。與未采用智能通風系統的基站相比，陜北地區采用該設備的基站空調制冷運行時間縮短了20%～24%，實現了有效節能。但陜北地區空氣品質較低，容易造成智能通風設備過濾網堵塞，降低通風效率。這就要求維護人員定期對智能通風設備進行維護，及時更換過濾網，從而保證基站新風的潔凈度以及智能通風系統的運行效率。

由圖2（b）及圖3可見，關中地區的基站單位面積空調年節電量存在差異，大部分在50～70 kW?h/m2，節電率分布在10%～20%之間。關中地區春、秋、冬三季及夏季夜間適合使用智能通風系統為基站降溫，并將制冷運行時間縮短為未采用該設備基站空調制冷運行時間的80%～85%。

由圖2（c）及圖3可見，陜南地區的基站單位面積空調年節電量基本保持在60～70 kW?h/m2，節電率分布在13%～19%，制冷運行時間縮短13%～19%。陜南地區的智能通風系統能夠在一定程度上實現節能，但效果有限，在實際應用中，應結合具體情況考慮是否利用智能通風。

目前，PUE（Power Usage Effectiveness）值是衡量通信機房或數據中心能源效率的較常用指標，PUE=數據中心總設備能耗/通信設備能耗，該值越接近1則

表明該通信機房的能效水平越高。本文從陜北、關中、陜南地區分別選取一個城市，對比其PUE值，結果見圖4所示。

圖3　空調制冷運行時長對比

圖4　基站PUE值對比

由圖4可見，與未采用智能通風系統的基站相比，采用了智能通風的基站PUE值均有明顯降低，表明其電源使用效率顯著升高，而空調的耗電量均有所降低。

在結合氣候條件利用智能通風設備的同時，運營商的維護部門還應注重基站系統的監控以及智能通風設備的維護：首先應保證智能通風系統與基站空調的聯動反應，避免出現智能通風系統無條件運行時，基站空調無法正常啟動，造成基站設備溫度過高而宕機的后果；此外，發現智能通風系統出現故障時，應及時予以維修，保證智能通風系統的運行時間，從而將其節能效果最大化。

5　結論

通過對陜西省的智能通風系統節能效果進行對比，可以得到如下結論。

（1） 智能通風系統在陜西省能夠獲得較好的節能效果，全省基站單位面積的空調年節電量在60～100 kW?h/m2，節電率最低10%，最高可達25%。

（2）陜北地區屬于嚴寒地區，利用智能通風系統的條件良好，可縮短空調制冷運行時間20%～24%，關中及陜南地區分別屬于寒冷地區及夏熱冬冷地區，利用智能通風系統可縮短空調制冷運行時間13%～20%。上述結論同樣可以推廣應用到全國其他氣候條件相似的地區。

（3） 室外氣溫越低、低溫的時間越長，智能通風系統的節能效果越顯著，根據智能通風系統在嚴寒地區、寒冷地區以及夏熱冬冷地區的節能效果，可知其在夏熱冬暖和溫和地區的節能效果不顯著，不建議使用。

（4） 采用智能通風系統可以減少空調耗電量，提高電源使用效率，從而顯著降低基站PUE值。

目前，智能通風系統在陜西省應用已滿5年，也取得了較好的節能效果。如何解決使用過程中出現的問題，實現智能通風系統的規模推廣應用，如何結合其它的節能方式，從基站圍護結構、空調產品性能以及系統管理方式入手，來實現基站空調節能效果的最大化，仍是需要我們解決的問題。

參考文獻

[1] 曾秀全，洪舒平，朱小秋， 等. 通信基站“免空調”節能技術研究[J]. 通信電源技術， 2014，4：37-39.

News第五屆TD-LTE技術與頻譜研討會在匈牙利召開

近日，第15屆ITU（國際電信聯盟）世界電信展在匈牙利布達佩斯開幕，當天下午，中國移動聯合ITU、GTI（TD-LTE全球發展倡議）和TDIA（TD產業聯盟）舉辦了第五屆TD-LTE技術與頻譜研討會，ITU秘書長趙厚麟、歐洲CEPT ECC副主席、GSMA、GTI等國際組織高層，中國工業和信息化部黨組成員及辦公廳主任莫瑋，中國移動副總裁李正茂、韓國KT 的CTO以及來自世界各地的管制機構、運營商高層出席了本次研討會。

本次會議旨在進一步推動全球各國高效利用已經規劃給移動寬帶的頻譜資源，特別是通過TD-LTE技術使得已規劃但尚未投入的大量TDD頻譜得到充分利用，并形成全球統一劃分；同時在2015年世界無線電通信大會召開之際，推動全球管制機構爭取更多的頻譜資源，特別是TDD技術能夠更高效發揮作用的C波段，以滿足流量爆炸式增長以及未來移動寬帶5G發展的需求。

會議上，與會者們分享了全球各區域4G發展情況，共同展望了5G等未來移動寬帶技術的發展，并探討了移動寬帶技術飛速發展帶來的頻譜資源稀缺的問題，據ITU預估，2020年全球頻譜需求量大致為1 340～1 960 MHz，約為2010年頻譜需求的5倍。未來，獲取更多頻譜資源，并使有限的頻譜資源高效利用成為全球移動通信產業發展的關鍵。在這樣的背景下，TDD頻譜的非對稱特性、TDD系統靈活的上下行時隙配比以及TDD技術能夠更加高效地采用連續大帶寬頻譜實現超高速率等優勢和價值凸顯。因此，除了2.3 G/2.6 G已經得到廣泛應用的TDD頻譜外，與會者們重點討論了3.5GHz黃金頻段在全球的規劃及應用，認為使用TDD、連續大帶寬的規劃方式將能夠更有效地利用這段頻譜。目前包括加拿大、英國、日本等多個國家均已完成該頻段牌照發放，全球約50%的TDD牌照為3.5 GHz，在該頻段部署TD-LTE已成為全球熱潮，截至2015年第二季度，已有11張3.5 GHz TD-LTE商用網，峰值速率可達1 Gbit/s。（徐佳楠）

Analysis on energy-saving effect of intelligent ventilation system in communication base station

YANG Qian1, HAN Li-ping1, FENG Chen-chen2
(1 China Mobile Group Design Institute Co., Ltd. Shanxi Branch, Xi'an 710077, China； 2 China United Northwest Institute for Engineering Desing & Research Co., Ltd., Xi'an 710077, China)

AbstractThis paper discussed the energy-saving effect of intelligent ventilation system in communication base station with measured data. The results showed that the yearly electricity-saving per unit area of base station with intelligent ventilation system distributed in 60～100 kW?h/m2,the electricity-saving rate distributed in 10%～25%. Furthermore, the energy-saving effect was more significantly with lower temperature outside and longer time with low temperature. In central and southern Shaanxi, the operation time of air-conditioning shorten 13%～20% in communication base station with intelligent ventilation system. While, the value was 20%～24% in northern Shanxi. Finally, it provided some proposals about the applicable conditions and management aiming at three thermal types.

Keywordscommunication base station； energy-saving of air conditioning； intelligent ventilation system； thermal type

收稿日期：2015-01-28

中圖分類號TN915

文獻標識碼A

文章編號1008-5599（2015）11-0083-05