通信基站新風節能系統在夏熱冬冷地區的節能分析

張蕾 雷威 楊彬 上海置信能源綜合服務有限公司

根據工信部最新發布的《2021 年通信業統計公報》數據顯示，2021 年，全國移動通信基站總數達996萬個，全年凈增65 萬個。其中4G 基站達590萬個，5G 基站為142.5 萬個，全年新建5G 基站超65 萬個。2021 年5G網絡整體能耗約250kWh，碳排放超過1500萬t。

通信基站中各個設備的運行需要恒定的溫度和濕度環境，全年24h 開啟，在實地調研中發現，基站內空調的溫度通常設定在26℃，在此溫度設定值下，空調能耗占整個基站耗電總量的40%左右。

在眾多基站節能改造技術中，基站新風節能系統是成本較低,使用率較高的一種節能降耗措施。

1 基站新風節能系統介紹

新風節能系統主要由送風機、排風機以及控制系統組成，本身不帶制冷元件，根據室內外環境的溫度差引進自然新風進行降溫，通過氣流流通，帶走基站內的熱量，實現室內溫度的降低。新風節能系統與室內外溫度采集數據進行聯動，根據室內外的溫差情況自動啟動或停止送風風機。由于不使用壓縮機，其耗電量與空調相比可大幅下降。此外，為了保證基站內的環境要求，在進風口處采用HAPE 過濾技術，可有效過濾灰塵蟲蟻，保持室內微粒小于5μm，保證了通信器材在一個清潔的室內環境中工作。

空調與新風系統的切換采用紅外指令的方式，通過遙控方式空調的啟停，為了防止空調的頻繁啟停，設置10min 的保護時間。同時新風系統具備消防防火功能，防火調節閥平時為開啟狀態，當發生火災時自動關閉。

2 夏熱冬冷地區基站節能分析

2.1 基站基本情況

選取站點時充分考慮了站內負載、空調參數、蓄電池參數及圍護結構等情況，基站情況如表1 所示。

表1 典型基站基本情況

2.2 基站節能量測試方式

根據YD/T 1821-2008《通訊中心機房環境條件要求》中規定，基站內包含蓄電池設備的基站屬于三類機房，其溫濕度指標如表2 所示。本文的測試數據均按室內溫度不超30℃，濕度不超85%進行新風節能系統與空調的節能對比測試。

表2 通訊中心機房環境條件要求

測試參考GB/T 28750-2012《節能量測量和驗證技術通則》，以一年為測試周期，采用新風節能系統和空調系統間隔運行的方式，即一天開啟空調，隔天開啟新風節能系統，通過平臺實時監測兩天的用電量、室內外溫度和濕度。

2.3 基站節能情況分析

基站空調日節能量的計算如公式（1）所示

式中Es為新風節能系統日節能量；Eb為空調開啟日的空調用電量；Er為新風系統開啟日的用電量。

基站空調日節能率的計算如公式（2）所示

式中F為新風節能系統日節能率；Es為新風節能系統日節能量；Eb為空調開啟日的空調用電量。

2.3.1 基站日節能量分析

選取1～12 月的隔日對比數據制得圖1 和圖2，由圖1 可知，當冬季室外溫度較低時，機房內的熱量可以通過建筑圍護結構自然散去一部分，此時的空調用電量較低，當采用新風節能系統時，其換熱效果好，可完全取代空調的運行。隨著室外環境溫度的升高，室內所需的冷量增加，空調能耗相應增加，新風開啟時間延長，換熱量增加，新風用電量也相應上升。到了夏季，新風系統可開啟時間減少，可替代空調的時間也較低。

圖1 節能量對比測試數據

圖2 節能量對比測試數據

由圖2 可知，冬季新風節能系統的節能率最高，可達90%以上，春秋季節的節能率在70%～80%，夏季的節能率在40%以內。隨著季節的變化，其節能量呈現低-高-低-高的趨勢。值得注意的是，空調節能量的高低和節能率之間并沒有必然的聯系，冬季雖然節能率高，但由于空調本身用電量的基數較低，其節能量并不顯著。本項目中，節能量最高的月份出現在5 月，測試日的節能量為44.3kWh，節能率為78%。

2.3.2 基站節能可利用小時數分析

基站新風節能系統的基本控制邏輯為當室外溫度低于室內溫度4℃時，新風節能系統開啟，空調關閉。即在室內環境溫度設定為30℃，只要室外溫度低于26℃時，就可滿足新風系統運行條件，通過每10min 記錄室外溫度的實時數據進行累加分析。

寧波站全年新風節能系統可利用時間為6325h，全年有72.2%的時間可以使用新風節能系統。其中11～4 月，室外平均溫度低于19℃，新風幾乎全天24h均滿足開啟條件。5～6 月及10 月室外平均溫度低于26℃，一天中60%～75%的時間滿足新風開啟條件。7～9 月隨著室外平均溫度突破26℃，新風可開啟時間降低，9 月約為38%，7 月和8 月不足15%。

成都館站全年新風節能系統可利用時間為7326h，全年有82.6%的時間可以使用新風節能系統。從統計的數據來看，新風可利用小時數受室外溫度影響較大，該站7 月室外平均溫度達到28℃，新風可利用小時數為215h，不足30%。10～4 月室外平均溫度低于19℃，新風節能可利用小時數達到90%以上。

2.3.3 基站年節能量分析

寧波站從冬季到春季節能量呈上升趨勢，其中節能量最高的月份出現在5 月，為460.4kWh。夏季由于大部分時間室外溫度超過26℃，其新風可利用小時數低，節能效果不佳，節能量約為70～80kWh。在隔日對比測試條件下，全年空調節能量為3102.1kWh。

按成都站逐月節能量統計，全年節能量為3735.3kWh。與寧波站相比，由于新風可利用小時數增加，其夏季節能效果有所提升。節能量最低的月份出現在7 月，此時室外平均溫度為28℃，月節能量為96.8kWh。 節能量最高的月份出現在5 月，月節能量為441.5kWh。

從經濟性角度分析，若全年均采用新風節能系統，則寧波站全年預計節能量為6204.2kWh，成都站預計節能量為7470.6kWh。電費按0.7 元/kWh 計算，則年節約費用如表3 所示，回收期約為2～3a，具備良好的經濟效益。

表3 節能改造收益

3 結語

本項目選取位于華東和西南的兩座城市進行新風節能系統節能效果的測試，在基站環境溫度控制在30℃的條件下，室外環境溫度低于26℃時，新風系統具備運行條件。通過研究發現，系統的節能效果主要受新風可利用小時數的影響，在夏熱冬冷地區，新風年可利用小時數在6000h 以上，全年平均利用率在70%以上，節能效果顯著，具備良好的經濟效益。