DCS分布式冷卻系統(tǒng)在通信基站的應(yīng)用研究

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DCS分布式冷卻系統(tǒng)在通信基站的應(yīng)用研究

楊攀，楊帆，劉禮庚，侯寧，吳俊

（中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)廣西有限公司，南寧 530022）

摘 要針對(duì)基站柜式空調(diào)耗電量大的問(wèn)題，創(chuàng)造性地使用基站分布式冷卻的方式，達(dá)到精確送風(fēng)，節(jié)能高效的目的。在應(yīng)用實(shí)踐中檢驗(yàn)了分布式冷卻系統(tǒng)實(shí)際節(jié)能量和應(yīng)用效果，總結(jié)出分布式冷卻系統(tǒng)應(yīng)用場(chǎng)景和范圍，為更大范圍推廣應(yīng)用DCS分布式冷卻系統(tǒng)提供實(shí)踐依據(jù)。

關(guān)鍵詞分布式；節(jié)能；空調(diào)

現(xiàn)階段的基站溫度調(diào)節(jié)方式主要采取傳統(tǒng)的柜式空調(diào)對(duì)整個(gè)機(jī)房進(jìn)行冷卻降溫，溫度控制在恒溫28℃，機(jī)房大小不一，且冷卻對(duì)象一致，只要是機(jī)房中的設(shè)備都進(jìn)行冷卻降溫，未能對(duì)基站設(shè)備進(jìn)行精確降溫，制冷效率低，用電量大。此類較粗放的溫控方式，導(dǎo)致企業(yè)用電成本高，給維護(hù)成本帶來(lái)不必要的支出。

1　基站溫控現(xiàn)狀及解決辦法

目前，基站主要設(shè)備包含交流配電箱、開(kāi)關(guān)電源、基站傳輸設(shè)備、蓄電池和基站主設(shè)備（收發(fā)信設(shè)備）等。基站主設(shè)備用電負(fù)荷大，發(fā)熱量高，為了確保基站設(shè)備在安全溫度下運(yùn)行，需要采用冷卻設(shè)備對(duì)基站進(jìn)行溫度控制。目前主要基站溫度控制設(shè)備是傳統(tǒng)柜式空調(diào)。

傳統(tǒng)柜式空調(diào)采用對(duì)整個(gè)機(jī)房進(jìn)行冷卻降溫的方式，無(wú)法根據(jù)基站設(shè)備安全使用溫度不同的情況實(shí)現(xiàn)精確冷卻功能。雖然柜式空調(diào)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)簡(jiǎn)便和技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn)，但是無(wú)法實(shí)現(xiàn)基站設(shè)備分區(qū)精確降溫，制冷有效利用率低，用電量大。

為了解決傳統(tǒng)柜式空調(diào)用電量大的缺點(diǎn)，減少傳統(tǒng)柜式空調(diào)不必要的冷量使用，我們提出采用分布式冷卻系統(tǒng)（DCS）方式。DCS分布式冷卻方式可以在不影響基站正常運(yùn)行情況下，實(shí)現(xiàn)設(shè)備精確送冷，提高制冷利用率，達(dá)到節(jié)約電能的目的。

2　基站分布式冷卻系統(tǒng)技術(shù)原理

基站分布式冷卻系統(tǒng)是一款智能基站專用冷卻系統(tǒng)，根據(jù)基站制冷需求選擇啟動(dòng)大/小壓縮機(jī)，冷卻單元直接對(duì)基站設(shè)備進(jìn)行冷卻，實(shí)現(xiàn)精確分區(qū)溫控，降低用于冷卻基站內(nèi)部空氣環(huán)境的冷負(fù)荷，提高制冷系統(tǒng)的制冷效率。可實(shí)現(xiàn)全年的各種不同氣候條件下基站內(nèi)部冷卻需求，冷卻方式實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能、穩(wěn)定可靠運(yùn)行。其設(shè)備運(yùn)行原理如圖1所示。

3　分布式冷卻系統(tǒng)特點(diǎn)

針對(duì)性強(qiáng)，能量利用率高。DCS系統(tǒng)采用“面向?qū)ο蟮睦鋮s方法”，利用安裝在基站室內(nèi)“分布式”的冷卻單元（室內(nèi)機(jī)），有針對(duì)性地對(duì)基站核心設(shè)備進(jìn)行冷卻。DCS設(shè)備的此種布局方式，相比傳統(tǒng)的空調(diào)冷卻方式，不僅優(yōu)化了氣流組織，很大程度上降低用于冷卻基站內(nèi)部空氣環(huán)境的冷負(fù)荷，減少基站室外導(dǎo)入的熱負(fù)荷，同時(shí)還可從原理上提高制冷系統(tǒng)的制冷效率，從而減少了制冷機(jī)的能耗，實(shí)現(xiàn)基站空調(diào)節(jié)能。

智能控制，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。DCS系統(tǒng)配置的智能控制單元，可根據(jù)基站內(nèi)外的實(shí)際溫度環(huán)境，智能地控制系統(tǒng)的啟停以及負(fù)荷匹配。此外，DCS系統(tǒng)的智能通信功能可實(shí)現(xiàn)等同于現(xiàn)有基站設(shè)備的動(dòng)力監(jiān)控環(huán)境接入，方便實(shí)現(xiàn)運(yùn)行狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。

4　安裝方法

4.1 設(shè)備組成

分布式冷卻系統(tǒng)的主要組成：室外機(jī)、分布式室內(nèi)機(jī)、數(shù)據(jù)采集及遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。

DCS室外機(jī)：將室內(nèi)機(jī)中排出的高壓高溫氣體在室外（通過(guò)風(fēng)扇）降溫散熱，冷凝之后的制冷劑液體再經(jīng)過(guò)毛細(xì)管送到室內(nèi)機(jī)的蒸發(fā)器中去蒸發(fā)變成氣體以吸收室內(nèi)的熱量，如此反復(fù)循環(huán)，室內(nèi)的溫度就會(huì)逐漸下降。

DCS室內(nèi)機(jī)：直接安裝在需要冷源設(shè)備的進(jìn)風(fēng)口，將冷風(fēng)送到設(shè)備實(shí)現(xiàn)降溫。可以根據(jù)設(shè)備冷量需求送冷風(fēng)，避免不必要的冷量浪費(fèi)，是實(shí)現(xiàn)節(jié)能的重要設(shè)備。

數(shù)據(jù)采集及遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)：自動(dòng)管理DCS分布式空調(diào)運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)溫度采集、能耗采集、數(shù)據(jù)收發(fā)和溫度控制等功能。

根據(jù)被冷卻對(duì)象布局，配置如下。南寧市福壽養(yǎng)老院基站配置7個(gè)DCS末端：5臺(tái)BTS機(jī)柜共5個(gè)、傳輸機(jī)柜1個(gè)、電池組區(qū)域1個(gè)，如圖2所示。

南寧市民院2基站配置8個(gè)DCS末端：6臺(tái)BTS機(jī)柜共6個(gè)、傳輸機(jī)柜1個(gè)、電池組區(qū)域1個(gè)，如圖3所示。

4.2 現(xiàn)場(chǎng)安裝效果

4.2.1 蓄電池區(qū)域安裝DCS設(shè)備

基站鉛酸蓄電池對(duì)溫度要求高，高溫會(huì)造成蓄電池加速老化，因此電池組區(qū)域加裝阻燃圍簾避免冷源損失增加用電量，通過(guò)一個(gè)DCS室內(nèi)機(jī)對(duì)圍簾內(nèi)溫度進(jìn)行控制，確保蓄電池區(qū)域溫度控制在25℃左右。

4.2.2 基站設(shè)備安裝DCS室內(nèi)機(jī)

為了充分利用冷源，DCS室內(nèi)機(jī)安裝在設(shè)備機(jī)柜內(nèi)，DCS室內(nèi)機(jī)直接對(duì)設(shè)備送冷風(fēng)，使設(shè)備有效快速降溫，冷源有效利用率高，從而達(dá)到相比傳統(tǒng)柜式空調(diào)節(jié)能的目的。

圖1　分布式冷卻系統(tǒng)運(yùn)行原理圖

圖2　南寧市福壽養(yǎng)老院基站設(shè)備布局示意圖

4.2.3 DCS室外機(jī)

DCS室外機(jī)和柜式空調(diào)室外機(jī)結(jié)構(gòu)相同，它將由室內(nèi)機(jī)中排出的高壓高溫氣體在室外（通過(guò)風(fēng)扇）降溫散熱，冷凝之后的制冷劑液體再經(jīng)過(guò)毛細(xì)管送到室內(nèi)機(jī)的蒸發(fā)器中去蒸發(fā)變成氣體以吸收室內(nèi)的熱量，如此反復(fù)循環(huán)，室內(nèi)的溫度就會(huì)逐漸下降。

DCS室外機(jī)采用雙壓縮機(jī)設(shè)計(jì)，不同工作模式滿足不同的冷負(fù)荷，減小壓縮機(jī)的起停頻率，減少能源的浪費(fèi)。在冬季和過(guò)度月份，自動(dòng)開(kāi)啟載冷劑循環(huán)，充分利用室外冷源，減少系統(tǒng)輸入功率，降低冷卻系統(tǒng)用電量。

4.2.4 數(shù)據(jù)采集及遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)

智能電表箱負(fù)責(zé)記錄基站原柜式空調(diào)和分布式冷卻系統(tǒng)實(shí)時(shí)用電量并通過(guò)控制柜上傳到能耗管理系統(tǒng)。

控制柜作為整個(gè)分布式冷卻系統(tǒng)的主控單元，可以檢測(cè)基站內(nèi)外的實(shí)際溫度環(huán)境，智能地控制系統(tǒng)的啟停以及負(fù)荷匹配。此外，DCS系統(tǒng)的智能通信功能可實(shí)現(xiàn)等同于現(xiàn)有基站設(shè)備的動(dòng)力監(jiān)控環(huán)境接入，方便實(shí)現(xiàn)運(yùn)行狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。

5　測(cè)試方法及數(shù)據(jù)記錄

5.1 測(cè)試方法

本測(cè)試采用“同站對(duì)比”的測(cè)試方法。即選取南寧移動(dòng)所轄的2個(gè)典型基站，基站中分別安裝DCS系統(tǒng)1套、智能電表2塊（基站原空調(diào)和DCS分別單獨(dú)計(jì)量耗電量）、數(shù)據(jù)采集及EES遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)1套。

測(cè)試期間，DCS與基站原有空調(diào)輪流運(yùn)行，運(yùn)行間隔為24 h，切換由遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)定時(shí)完成，切換時(shí)間點(diǎn)為每日的00:00。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)時(shí)記錄并上傳采集的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、溫度傳感器讀數(shù)、智能電表讀數(shù)。測(cè)試期結(jié)束，根據(jù)上傳記錄的電表讀數(shù)統(tǒng)計(jì)并生成節(jié)電分析報(bào)告。

5.2 數(shù)據(jù)記錄方法

測(cè)試期間，由中程節(jié)能和南寧移動(dòng)共同完成測(cè)試數(shù)據(jù)記錄，記錄數(shù)據(jù)包括基站室內(nèi)環(huán)境溫度、被冷卻對(duì)象（主設(shè)備）內(nèi)部溫度、電池組區(qū)域溫度、計(jì)量電表讀數(shù)、DCS及基站空調(diào)運(yùn)行異常報(bào)警情況等。根據(jù)記錄兩種冷卻系統(tǒng)運(yùn)行期間的各自耗電量，按照如下公式計(jì)算節(jié)電率。

6　效果分析

6.1 福壽養(yǎng)老院基站

如表1所示，通過(guò)2013年12月至2014年8月福壽養(yǎng)老院基站DCS設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)分析，基站溫度正常，基站設(shè)備運(yùn)行良好，DCS節(jié)電效果明顯。

冷卻效果對(duì)比：12月～4月DCS冷卻效果優(yōu)于原有空調(diào)。5月～8月DCS冷卻效果與原有空調(diào)持平。

節(jié)電效果：DCS運(yùn)行116天，共節(jié)電2078.5 kWh;節(jié)電率46.3%。

從福壽養(yǎng)老院基站逐月冷卻效果分析圖（圖4）可以看出，DCS分布式冷卻系統(tǒng)節(jié)電效果顯著的同時(shí)機(jī)柜溫度控制在30℃以下，溫度控制效果良好，滿足基站使用條件。

6.2 南寧市民院2基站

如表2所示，通過(guò)2013年12月至2014年8月福壽養(yǎng)老院基站DCS設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)分析，基站溫度正常，基站設(shè)備運(yùn)行良好，DCS節(jié)電效果明顯。

圖3　南寧市民院2基站設(shè)備布局示意圖

冷卻效果對(duì)比：12月～2月原有空調(diào)冷卻效果優(yōu)于DCS。3月～8月DCS冷卻效果優(yōu)于原有空調(diào)。

節(jié)電效果：DCS運(yùn)行118天，共節(jié)電2070.5 kWh。節(jié)電率36.6%。

從南寧市民院2基站逐月冷卻效果分析圖（圖5）可以看出，DCS分布式冷卻系統(tǒng)節(jié)電效果顯著的同時(shí)機(jī)柜溫度控制在30℃以下，溫度控制效果良好，滿足基站使用條件。

7　總結(jié)

本次測(cè)試結(jié)果表明，DCS系統(tǒng)可替代基站原有空調(diào)滿足基站設(shè)備運(yùn)行的溫度要求，DCS設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定可靠。測(cè)試周期內(nèi)的總節(jié)電率為南寧市福壽養(yǎng)老院基站46.3%，南寧市民院2基站36.6%，達(dá)到預(yù)期的30%以上的空調(diào)節(jié)電目標(biāo)。參與測(cè)試的2個(gè)基站具備高負(fù)荷基站的代表性，預(yù)計(jì)在南寧移動(dòng)整體應(yīng)用DCS系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)空調(diào)節(jié)電30%以上的整體效果。總之，DCS分布式冷卻系統(tǒng)具備良好的降溫和節(jié)電效果，具有良好的推廣應(yīng)用前景。

表1　福壽養(yǎng)老院基站數(shù)據(jù)綜合分析

圖4　福壽養(yǎng)老院基站逐月冷卻效果分析圖

圖5　南寧市民院2基站逐月冷卻效果分析圖

參考文獻(xiàn)

[1]王鵬英. 新編空氣調(diào)節(jié)[M]. 上海：上海工程技術(shù)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，2003.

[2]陳沛霖，岳孝. 空調(diào)與制冷技術(shù)手冊(cè)[M]. 上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，1990.

[3]鄭愛(ài)平. 空氣調(diào)節(jié)工程[M]. 北京：科學(xué)出版社，2002.

[4]魏紅. 移動(dòng)基站設(shè)備與維護(hù)[M]. 北京：人民郵電出版社, 2009,3.

[5]韋惠民等編. 移動(dòng)通信技術(shù)[M]. 北京：人民郵電出版社, 2008,7.

表2　南寧市民院2基站數(shù)據(jù)綜合分析表

Application of DCS distributed cooling system in communication base station

YANG Pan, YANG Fan, LIU Li-geng, HOU Ning, WU Jun

(China Mobile Group Guangxi Co., Ltd., Nanning 530022, China)

Abstract Aiming at the base station cabinet air-conditioning power consumption is big problem, creative use of base stations distributed cooling mode, to achieve accurate air, the purpose of energy efficiency. Test of the distributed cooling system energy saving and practical application effect in practice, summed up the application scenarios and range of distributed cooling system, provide the practice basis for the distributed cooling system promote wider application of DCS.

Keywords distributed; energy saving; air-conditioning

收稿日期：2015-02-28

文章編號(hào)1008-5599（2015）04-0014-05

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

中圖分類號(hào)TN929.5