通信基站配套設(shè)施節(jié)能技術(shù)研究與應(yīng)用

摘要：通信行業(yè)基站建設(shè)的整體發(fā)展面臨著城市選址建設(shè)逐漸困難，占用城市公共資源越發(fā)緊張，選址建設(shè)也逐漸困難。對(duì)于通信基站配套機(jī)柜擴(kuò)容需求逐漸增多，原有機(jī)柜隨著運(yùn)營(yíng)商設(shè)備安裝逐年增多，機(jī)房或機(jī)柜內(nèi)配套設(shè)備容量明顯不足，需要進(jìn)行大量的擴(kuò)容改造。此外，基于運(yùn)營(yíng)商降本增效的訴求也逐年升高。針對(duì)如上情況，需要一種有效的技術(shù)手段對(duì)存量基站配套設(shè)施進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，如創(chuàng)新設(shè)計(jì)節(jié)能型室外機(jī)柜，對(duì)存量機(jī)柜內(nèi)進(jìn)行優(yōu)化改造等，以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)節(jié)能，減少運(yùn)營(yíng)成本，助力實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和。

關(guān)鍵字：拼裝式機(jī)柜、精準(zhǔn)送風(fēng)、節(jié)能、降本增效

一、研究背景

《工業(yè)和信息化部關(guān)于推動(dòng)5G加快發(fā)展的通知》中指出要加強(qiáng)電力和頻率保障。支持基礎(chǔ)電信企業(yè)，加強(qiáng)與電力企業(yè)對(duì)接，對(duì)具備條件的基站和機(jī)房等配套設(shè)施加快由轉(zhuǎn)供電改直供電；積極開(kāi)展網(wǎng)絡(luò)綠色化改造，加快先進(jìn)節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用推廣。

從通信行業(yè)的整體發(fā)展情況來(lái)看，其面臨如下問(wèn)題：一是城市選址建設(shè)逐漸困難。5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)頻點(diǎn)高，要求密度相對(duì)4G大，占用城市公共資源多。二是機(jī)柜擴(kuò)容需求逐漸增多，原有機(jī)柜隨著運(yùn)營(yíng)商的設(shè)備逐年增多，機(jī)房或機(jī)柜內(nèi)配套設(shè)備容量明顯不足，需要大量擴(kuò)容改造。三是原有機(jī)柜施工不靈活。原有機(jī)柜屬于整體機(jī)柜，安裝時(shí)需要整體吊裝或拼裝柜體，占地面積大、施工不靈活。四是降本增效訴求逐年升高。5G建設(shè)投資逐年增多，設(shè)備運(yùn)行成本壓力相比4G成倍數(shù)增加，運(yùn)營(yíng)商降本增效的訴求也逐年升高。針對(duì)如上情況，需要一種有效的技術(shù)手段對(duì)存量基站配套設(shè)施進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，如創(chuàng)新設(shè)計(jì)節(jié)能型室外機(jī)柜，對(duì)存量機(jī)柜內(nèi)進(jìn)行優(yōu)化改造等，以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)節(jié)能，減少運(yùn)營(yíng)成本，助力實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和。本文針對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)由廣覆蓋進(jìn)入深度覆蓋的背景、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化需求日益提升、基站建設(shè)要求日益嚴(yán)峻等情況，研究多種有效的技術(shù)手段對(duì)基站配套進(jìn)行創(chuàng)新優(yōu)化設(shè)計(jì)，如新型室外節(jié)能機(jī)柜采用分柜分倉(cāng)安裝方式，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)配置需求靈活堆疊拼裝；用創(chuàng)新型頂部自調(diào)速風(fēng)機(jī)取代高能耗的空調(diào)，實(shí)現(xiàn)有效節(jié)能；機(jī)柜四面采取垂直瓦楞結(jié)構(gòu)，形成自然風(fēng)道散熱，散熱效果顯著提升，降低BBU設(shè)備運(yùn)行溫度，從而降低用電費(fèi)用。存量機(jī)柜通過(guò)節(jié)能型熱交換器及智能化控制+外部風(fēng)道的精準(zhǔn)送風(fēng)和回風(fēng)，減少空調(diào)使用頻次和用電量。

二、室外節(jié)能機(jī)柜方案研究

（一）方案設(shè)計(jì)要點(diǎn)

隨著城市發(fā)展和運(yùn)營(yíng)商數(shù)字發(fā)展訴求，“5G+建設(shè)”是近年來(lái)的發(fā)展重點(diǎn)。相較于4G設(shè)備，5G設(shè)備功耗高、耗電量大，建設(shè)要求越來(lái)越高，更靈活的建設(shè)方式、更快捷的建設(shè)方法、更節(jié)省的建設(shè)方案必然成為“5G+建設(shè)”的發(fā)展要求。基于此，本文從通信基站的配套機(jī)柜新建及存量改造入手，創(chuàng)新優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)降本增效。

針對(duì)通信基站在城區(qū)或密集人群場(chǎng)景中的覆蓋需求，本文創(chuàng)新設(shè)計(jì)“拼裝式室外節(jié)能機(jī)柜”。機(jī)柜主要由頂部風(fēng)扇模塊、設(shè)備艙模塊和底座模塊三部分組成，可以根據(jù)運(yùn)營(yíng)商的需求定制拼裝機(jī)柜的形式（雙層拼裝和單層拼裝）。拼裝機(jī)柜內(nèi)的空調(diào)和風(fēng)扇可以根據(jù)機(jī)柜內(nèi)的溫度選擇開(kāi)閉，年度節(jié)能投資降低約58%。該機(jī)柜的使用場(chǎng)景主要是市區(qū)人行道、郊區(qū)機(jī)柜站點(diǎn)、未進(jìn)行非金屬機(jī)柜改造的全部站點(diǎn)、樓面機(jī)柜站點(diǎn)等4類。

機(jī)柜采用分柜分倉(cāng)安裝方式，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)配置需求靈活堆疊拼裝；用創(chuàng)新型頂部自調(diào)速風(fēng)機(jī)取代高能耗的空調(diào)，實(shí)現(xiàn)有效節(jié)能；同時(shí)，機(jī)柜四面采取垂直瓦楞結(jié)構(gòu)，形成自然風(fēng)道散熱，散熱效果顯著提升，降低BBU設(shè)備運(yùn)行溫度，從而降低用電費(fèi)用。

（二）方案創(chuàng)新點(diǎn)

1.機(jī)柜采用分柜分倉(cāng)設(shè)計(jì)，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)配置需求靈活堆疊拼裝，可垂直疊加，也可水平擴(kuò)展。

2.采用創(chuàng)新的頂部自調(diào)速風(fēng)機(jī)（從柜內(nèi)向柜外吹風(fēng)）技術(shù)取代高能耗的空調(diào)，實(shí)現(xiàn)有效節(jié)能，也可減少柜內(nèi)灰塵。

3.柜門四面采取垂直瓦楞結(jié)構(gòu)，既能防止雨水進(jìn)入，又可形成自然散熱風(fēng)道，結(jié)合頂部風(fēng)機(jī)，顯著提升散熱效果。

（三）方案優(yōu)勢(shì)

1.高效節(jié)能

該方案采用模塊化設(shè)計(jì)，用創(chuàng)新型頂部自調(diào)速風(fēng)機(jī)取代高能耗的空調(diào)，實(shí)現(xiàn)有效節(jié)能，節(jié)省空調(diào)成本和空調(diào)用電成本。如圖1所示，具體包括如下模塊：

2.安裝配置靈活

該機(jī)柜使用分柜分倉(cāng)安裝方式，如圖2所示，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)配置需求堆疊拼裝，占地面積小。

（1）多個(gè)模塊分體設(shè)計(jì)，可以靈活組合，易于安裝，節(jié)省空間；

（2）設(shè)備（含電池）倉(cāng)分級(jí)風(fēng)扇散熱；

（3）線纜柜內(nèi)通孔連接，保證防水；

（4）側(cè)向底部通風(fēng)。

3.防水散熱性能好

該機(jī)柜前后門均可開(kāi)啟，四面采取垂直瓦楞結(jié)構(gòu)，形成自然風(fēng)道散熱，使得散熱效果顯著提升。室外節(jié)能機(jī)柜四周的門采用“垂直瓦楞結(jié)構(gòu)”設(shè)計(jì)，其原理如下：

機(jī)柜內(nèi)壁與外壁由兩塊垂直的U型板的凹面互扣（如圖1中上視圖所示），當(dāng)雨水從外面進(jìn)來(lái)，會(huì)順著瓦楞擋板垂直落下，不會(huì)進(jìn)入機(jī)柜內(nèi)部，從而實(shí)現(xiàn)有效防水。夏季（如圖2）擋風(fēng)板向右平移，開(kāi)孔與瓦楞通風(fēng)孔重合，形成空氣流通自然風(fēng)道，機(jī)柜內(nèi)外空氣進(jìn)行交換，可有效散熱。冬季（如圖3）擋風(fēng)板可以向右平移，蓋住瓦楞通風(fēng)孔，保障機(jī)柜內(nèi)暖空氣不會(huì)流進(jìn)機(jī)柜，可有效保溫。

三、基站配套空調(diào)節(jié)能優(yōu)化方案研究

為有效降低電費(fèi)成本，針對(duì)存量基站配套設(shè)施，本文創(chuàng)新設(shè)計(jì)了存量機(jī)柜空調(diào)節(jié)能優(yōu)化改造方案，通過(guò)節(jié)能型熱交換器及智能化控制+外部風(fēng)道的精準(zhǔn)送風(fēng)和回風(fēng)減少空調(diào)使用頻次和電量。

傳統(tǒng)通信基站配套機(jī)柜內(nèi)部氣流組織不合理，會(huì)引發(fā)局部高溫報(bào)警。空調(diào)利用效率較低，空調(diào)制冷量一部分被室外新風(fēng)帶出和消耗。同時(shí)，基站內(nèi)集塵嚴(yán)重，造成電子元件散熱性能下降。該方案能有效解決上述難題：首先，通過(guò)精準(zhǔn)送風(fēng)提高空調(diào)利用率，采用外部風(fēng)道的精準(zhǔn)送風(fēng)和回風(fēng)，優(yōu)化機(jī)柜內(nèi)部氣流組織，有效控制機(jī)柜內(nèi)溫度。其次，采用節(jié)能型熱交換器及智能化控制，節(jié)能效果顯著。再次，采用“一拖三”的集成化熱交換系統(tǒng)，安放在機(jī)柜頂部，美觀且噪聲小。最后，采用集成化節(jié)能型熱交換系統(tǒng)改善了機(jī)柜內(nèi)通信設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境，延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命，減少了設(shè)備故障率。

以單柜為試點(diǎn)單元，實(shí)現(xiàn)全年無(wú)高溫報(bào)警，基站內(nèi)工作溫度符合國(guó)標(biāo)要求，全年節(jié)約電量1726kWh。具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

以三柜為試點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)全年無(wú)高溫報(bào)警，基站內(nèi)工作溫度符合國(guó)標(biāo)要求，全年節(jié)約電量5868kWh。具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

四、應(yīng)用效益分析

基于以上創(chuàng)新設(shè)計(jì)方案，可降低通信基站配套建設(shè)成本及運(yùn)營(yíng)成本：可減少每個(gè)傳統(tǒng)室外機(jī)柜內(nèi)空調(diào)投資3425.59元，節(jié)省空調(diào)用電費(fèi)用5150元/年。同時(shí)，較傳統(tǒng)機(jī)柜封閉空間，散熱效率提升50%，降低BBU運(yùn)行環(huán)境溫度從而減少BBU散熱功能功耗，減少設(shè)備用電，可節(jié)省設(shè)備用電1401元/年，從而有效提升運(yùn)營(yíng)商及鐵塔公司的投資效益，高標(biāo)準(zhǔn)地實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、降本增效。

五、結(jié)束語(yǔ)

本文從通信基站選址難、配套機(jī)柜改造難、配套建設(shè)受限的現(xiàn)狀，提出一種利用拼裝式節(jié)能機(jī)柜、存量機(jī)柜優(yōu)化改造、精準(zhǔn)節(jié)能的新方案。該方案可以提升運(yùn)營(yíng)商及鐵塔公司的投資效益，為通信行業(yè)節(jié)能減排、降本增效提供了可靠參考。

作者單位：吳一凡 孫學(xué)朋 河南省信息咨詢?cè)O(shè)計(jì)研究有限公司

參考文獻(xiàn)

[1]付繼垚，張泉，孟凡希，等.5G機(jī)柜式熱管空調(diào)一體機(jī)過(guò)渡季動(dòng)態(tài)性能實(shí)測(cè)[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2022，22（22）：9616-9622.

[2]楊李鑫，彭來(lái)湖，史偉民.戶外機(jī)柜智能通風(fēng)節(jié)能控制終端設(shè)計(jì)[J].輕工機(jī)械，2022，40（02）：74-79.

[3]葉健濤，嚴(yán)鋒，陳廣林，等.5G基站電源配套建設(shè)研究[J].廣西通信技術(shù)，2021，（02）：12-16.

[4]宋建中，魯祥友，景艷陽(yáng).通訊基站柜內(nèi)空調(diào)的傳熱傳質(zhì)模擬分析[J].安徽建筑，2021，28（03）：76-78.

[5]劉清東.5G基站應(yīng)用場(chǎng)景電源方案分析[J].電信快報(bào)，2021，（01）：35-37.

[6]羅金花.5G基站室外機(jī)柜制冷量計(jì)算及裝載能力評(píng)估[J].江西通信科技，2020，（03）：4-6.[7]高東健.CRAN機(jī)房機(jī)柜熱管理分析[J].通信電源技術(shù)，2020，37（11）：259-261.