基于移動基站的智能換熱設備設計

摘要：隨著我國通信事業(yè)的不斷發(fā)展，通信基站數(shù)量快速增加，通信設備的數(shù)量也在逐漸擴容。為了保證通信機房設備的正常運行，對其工作環(huán)境也提出了更高的要求。本文圍繞此課題進行了研究探討。

關鍵詞：移動基站 智能換熱設備 設計

0 引言

通信基站是一個相對密閉的空間，大量通信設備工作不斷散熱，就會使機房溫度不斷升高，所以通信機房采用空調(diào)來調(diào)節(jié)溫度?？照{(diào)的功率和運行時間隨著基站規(guī)模、設備數(shù)量的增加，在不斷地增大和增長，用電量快速增長。為了實現(xiàn)通信基站節(jié)能降耗的目的，引入了通信基站智能換熱設備，它可以有效地減少或調(diào)節(jié)空調(diào)的運行時間，從而達到節(jié)電的目的。

1 概述

通信基站智能換熱設備是一種向通信基站提供諸如空氣循環(huán)、空氣過濾和冷卻控制的裝置，其本身不帶任何制冷元件。通過對基站墻體的簡單改造，利用基站內(nèi)部、外部環(huán)境溫差，實現(xiàn)基站內(nèi)A外部冷熱空氣熱量交換來降溫，可以獨立使用或者與其它主要的制冷空調(diào)聯(lián)動使用。

1.1 基本原理及工作流程 智能換熱設備，是基于外界與基站內(nèi)部的溫度差，通過風機引入溫度低的外界空氣，在換熱芯體處與引進的機房內(nèi)部熱空氣進行熱量交換，同時將交換后的室外熱空氣排出，交換中，室內(nèi)空氣溫度降低，重新回流到機房，致使整個機房溫度下降，從而減少空調(diào)的運行時間，達到節(jié)能目的。

首先按照基站工作溫度要求，設定換熱設備溫度門限、室內(nèi)外溫差等參數(shù)，通過環(huán)境監(jiān)測傳感器的檢測，當室內(nèi)溫度超過溫度門限，外界溫度不滿足條件時，系統(tǒng)可以控制空調(diào)進行制冷，當外界環(huán)境溫度很低，滿足室內(nèi)外溫差設定值時，智能換熱系統(tǒng)控制風機啟動運行，外部冷空氣及基站內(nèi)部熱空氣在換熱芯體進行熱量傳遞，室內(nèi)溫度下降，直至基站溫度達到工作溫度時，風機停止運行，從而達到節(jié)能的最佳效果。同時，當室內(nèi)溫度很低時，設備也可以控制空調(diào)進行加熱，直至溫度滿足要求，空調(diào)停止運行。

1.2 智能換熱設備組成 基站智能換熱設備多為一體化設備，機箱內(nèi)部主要由控制器（含LCD顯示、鍵盤）、室內(nèi)側(cè)風機、室外側(cè)風機、環(huán)境監(jiān)測傳感器、換熱芯體、交流接觸器或紅外發(fā)射器組成，以及室外防雨罩和其它安裝附件等。

控制器是系統(tǒng)的核心，通過各種端口對基站內(nèi)外各種環(huán)境參數(shù)的采集、存貯和運算及處理，根據(jù)設定的參數(shù)控制室內(nèi)外側(cè)風機及空調(diào)的工作，利用外部環(huán)境自然空氣的內(nèi)外交換來達到室內(nèi)溫度調(diào)節(jié)的作用，從而減少空調(diào)啟動時間，達到節(jié)能降耗的目的。

換熱芯體是基站內(nèi)外空氣熱量交換的載體。通過它的交換，使外界冷空氣溫度上升，使室內(nèi)熱空氣溫度降低，從而達到基站內(nèi)部空氣制冷的效果。

室內(nèi)側(cè)風機主要功能是將基站內(nèi)部的熱空氣通過風機引入到換熱芯體，經(jīng)過熱量交換后將溫度降低的冷空氣再次排回到基站。

室外側(cè)風機主要功能是將外界的冷空氣通過風機引入到換熱芯體，經(jīng)過熱量交換后將溫度升高的熱空氣排出到室外。

環(huán)境監(jiān)測傳感器用于采集基站內(nèi)外部溫度參數(shù)，為控制器提供環(huán)境數(shù)據(jù)。

交流接觸器或紅外發(fā)射器主要用來檢測空調(diào)的運行狀態(tài)以及控制空調(diào)的啟動與停止，通過交流接觸器或紅外發(fā)射器，換熱設備可以與空調(diào)進行聯(lián)動運行。

1.3 主要功能特點 ①節(jié)能：該換熱設備在一定時間內(nèi)可以代替空調(diào)制冷。通過換熱芯體，機房空氣熱量轉(zhuǎn)移，達到降低基站內(nèi)部溫度的效果，大大降低了基站電耗，同時由于該換熱設備的利用，空調(diào)機的工作時間大為減少，延長了其使用壽命，降低了通信運營商的投資成本及維護費用。②運行方式多樣：換熱設備獨立安裝，運行時可與空調(diào)設備聯(lián)動，也可單獨使用進行降溫。若基站內(nèi)部溫度、外界溫度、室內(nèi)外溫差滿足要求時，換熱設備單獨運行，通過熱量交換，及時把基站內(nèi)部的空氣熱量排出，降低基站內(nèi)部溫度，減少空調(diào)運行時間。若基站內(nèi)部溫度、外界溫度、室內(nèi)外溫差不滿足要求時，節(jié)能換熱設備將控制空調(diào)聯(lián)動運行，通過空調(diào)進行制冷，將基站調(diào)節(jié)到工作溫度。③防塵、防水：智能換熱設備是通過換熱芯體進行室內(nèi)、外空氣熱量交換，基站空氣同室外空氣是完全隔離的。室內(nèi)熱空氣進入換熱芯體內(nèi)側(cè)通道被降溫后又排入室內(nèi)、室外冷空氣進入換熱芯體外側(cè)通道被升溫后又排到室外，室外空氣中的灰塵和雜物，不會進入到室內(nèi)，不會影響到基站的潔凈度和濕度，完全起到了防塵、防水的功能。④故障應急：智能換熱設備作為通信基站溫度調(diào)節(jié)和控制的設備，當設備運行故障無法調(diào)控基站溫度時，自動切離，同時啟動空調(diào)系統(tǒng)，從而不影響原有空調(diào)設備的正常工作和控制功能。當空調(diào)設備運行故障時，在室外溫度低于基站內(nèi)溫度情況下，同時溫差滿足要求，開啟換熱設備也可以正常工作。⑤自啟動功能：開啟/關閉智能換熱設備的溫度、運行狀態(tài)等各類參數(shù)值，可根據(jù)用戶要求進行設置并保存。系統(tǒng)掉電時，具有保存參數(shù)設置值及告警信息的功能，供電恢復時，系統(tǒng)具有來電自啟動功能。⑥防止設備頻繁切換功能：在保證基站所要求的溫度前提條件下，智能換熱設備中風機、空調(diào)獨立運行時間可設定，可防止換熱設備與基站空調(diào)頻繁切換運行的狀況發(fā)生。⑦監(jiān)控功能：對室內(nèi)、外溫度、風機運行狀況、空調(diào)運行狀況，以及系統(tǒng)運行模式等信息的監(jiān)控功能，并向機房監(jiān)控系統(tǒng)上傳上述信息。⑧報警功能：智能換熱設備產(chǎn)生告警時，及時向機房監(jiān)控系統(tǒng)上傳告警信息，室外、室內(nèi)任何環(huán)境監(jiān)測傳感器故障，系統(tǒng)會發(fā)出告警，并停止風機，啟動空調(diào)來控制室內(nèi)環(huán)境。⑨智能控制：人性化可視界面，完善的控制邏輯。

2 當前移動通信基站的節(jié)能現(xiàn)狀分析

通信基站利用自然空氣為冷源進行節(jié)能，主要有通風換氣和智能換熱兩種設備實現(xiàn)。通風換氣設備本身工作原理很簡單，當室外空氣溫度較低時，直接用風機將室外低溫空氣送至基站內(nèi)部，為室內(nèi)降溫。相對于智能換熱設備來說，節(jié)能方式更直接，效果也更好。但系統(tǒng)受外界天氣約束比較大，外界溫度過低時引入，會使室內(nèi)空氣冷凝，增大濕度，影響設備運行，風沙大時灰塵會增多，影響機房的潔凈度，均會破壞到機房的工作環(huán)境。智能換熱設備，利用換熱芯體隔離交換的方式，所以外界空氣不會影響到機房的工作環(huán)境，所以智能換熱設備工作范圍更廣，工作時間也會更長。

3 節(jié)能應用舉例

3.1 案例介紹 2008年4月份，在廣東省聯(lián)通基站對換熱設備節(jié)電量進行了測試，選取了5個基站。每個基站采用空調(diào)獨立運行和換熱設備空調(diào)聯(lián)動系統(tǒng)運行兩種方式進行，分別記錄每個基站空調(diào)或換熱設備的耗電量，同一基站耗電量進行對比，計算出節(jié)電量、節(jié)電率。

在測試時間內(nèi)，通信設備運行正常，基站業(yè)務量也比較穩(wěn)定。兩種運行方式測試起始終止時間完全相同，節(jié)能設備工作小時數(shù)與空調(diào)單獨工作小時數(shù)完全一致，運行時間周期是一樣的。外界環(huán)境，包括天氣、溫度等基本一致。所以，這段期間空調(diào)或換熱設備的耗電量、節(jié)電量、節(jié)電率等數(shù)據(jù)具有可靠性、參考性。

3.2 測試分析

從表一基站耗電量分析表中，我們可以看到，采用換熱設備工作時，耗電量明顯減少，節(jié)電率也相當不錯，節(jié)電量效果非常好。

3.3 經(jīng)濟效益 根據(jù)智能換熱設備的工作原理及基站要求溫度，在該地區(qū)，該設備的最佳節(jié)電時間在1、2、3、11、12月份，其它月份在外界溫度合適的情況下也可達到節(jié)電的效果。

智能換熱設備每年有5個月節(jié)電效果非常良好，按全年平均34.88%的節(jié)電率，每個基站每天節(jié)電5.4度計算，每個基站每年可節(jié)電810度，節(jié)省空調(diào)電費接近648元，按該地區(qū)約300個自建基站計算，每年可以節(jié)省空調(diào)電費19.44萬元，經(jīng)濟效益非常明顯，大大節(jié)約了基站成本。

4 結(jié)束語

綜上所述，通信基站智能換熱設備的研發(fā)，具有顯著的節(jié)能、節(jié)電效果，大幅降低了運營商的成本，不僅有助于國家的節(jié)能減排工作，對促進通信行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，增強企業(yè)市場競爭力具有非常重要的經(jīng)濟效益和社會效益。

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