淺析智能通風(fēng)系統(tǒng)在通信基站的節(jié)能效果

楊遷,韓利平,馮琛琛( 中國移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司陜西分公司，西安 70077； 中聯(lián)西北工程設(shè)計(jì)研究院有限公司，西安 7008)

淺析智能通風(fēng)系統(tǒng)在通信基站的節(jié)能效果

楊遷1,韓利平1,馮琛琛2
(1 中國移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司陜西分公司，西安 710077；2 中聯(lián)西北工程設(shè)計(jì)研究院有限公司，西安 710082)

摘 要通過實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)探討了智能通風(fēng)系統(tǒng)在陜西省通信基站的節(jié)能效果。結(jié)果表明：全省應(yīng)用智能通風(fēng)系統(tǒng)的基站單位面積的空調(diào)年節(jié)電量為60～100 kW?h/m2，節(jié)電率為10%～25%，能夠?qū)崿F(xiàn)較好的節(jié)能效果；同時(shí)，室外氣溫越低、低溫的時(shí)間越長，智能通風(fēng)系統(tǒng)的節(jié)能效果越顯著，采用智能通風(fēng)系統(tǒng)后，關(guān)中及陜南地區(qū)基站的空調(diào)制冷運(yùn)行時(shí)間可縮短13%～20%，而陜北地區(qū)空調(diào)制冷運(yùn)行時(shí)間可縮短20%～24%。最后，分別針對(duì)陜北、關(guān)中、陜南地區(qū)不同的氣候特點(diǎn)，從適用條件及管理方式的角度給出了合理建議。

關(guān)鍵詞通信基站；空調(diào)節(jié)能；智能通風(fēng)系統(tǒng)；熱工分區(qū)

1　背景

通信基站是通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，其內(nèi)的通信設(shè)備7×24 h不間斷運(yùn)行，具有設(shè)備發(fā)熱量大、集中且隨不同時(shí)段波動(dòng)的特點(diǎn)。根據(jù)某運(yùn)營商發(fā)布的通信電源、空調(diào)維護(hù)管理規(guī)定：基站機(jī)房環(huán)境溫度應(yīng)控制在10℃～35℃，相對(duì)濕度應(yīng)控制在15%～95%。為了滿足此規(guī)定，通信基站基本配置5P或3P的舒適性空調(diào)，且一年四季大部分為制冷模式。據(jù)統(tǒng)計(jì)，該運(yùn)營商通信基站耗電量占通信系統(tǒng)總耗電量的76%，其中基站空調(diào)耗電量占基站總耗電量的15%～31.5%，由此可見，降低基站空調(diào)能耗可以有效減少基站耗電量。

2　基站空調(diào)常用節(jié)能措施

針對(duì)基站空調(diào)，目前已有相關(guān)理論研究以及實(shí)際措施能夠?qū)崿F(xiàn)良好的節(jié)能效果。常采用的節(jié)能措施主要從如下幾個(gè)方面實(shí)現(xiàn)空調(diào)節(jié)能。

（1）通過智能通風(fēng)或熱管換熱系統(tǒng)直接或間接利用自然冷源，縮短基站空調(diào)的制冷運(yùn)行時(shí)長。結(jié)合不同氣候分區(qū)的氣象參數(shù)，基站采用分體空調(diào)配合智能通風(fēng)或熱管換熱系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)較好的節(jié)能效果。

（2）根據(jù)基站所處氣候分區(qū)，合理選擇、優(yōu)化基站圍護(hù)結(jié)構(gòu)。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(shù)，從而減少空調(diào)冷負(fù)荷；結(jié)合氣候條件及主設(shè)備發(fā)熱功率確定圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)，確?；纠?、熱負(fù)荷最小。

（3）從基站空調(diào)產(chǎn)品性能參數(shù)入手，提高空調(diào)設(shè)定溫度或應(yīng)用變頻技術(shù)，從而減少壓縮機(jī)啟動(dòng)及風(fēng)機(jī)運(yùn)行的時(shí)間，進(jìn)而達(dá)到降低能耗的目的。

（4）優(yōu)化空調(diào)系統(tǒng)管理。如通過遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、采集基站空調(diào)的相關(guān)信息；或增加基站內(nèi)溫度監(jiān)

控點(diǎn)的數(shù)量，實(shí)現(xiàn)對(duì)基站環(huán)境溫度的精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)，從而合理控制空調(diào)的啟停時(shí)間達(dá)到節(jié)能目的。

目前的研究結(jié)果表明，直接或間接利用自然冷源的節(jié)能潛力最大，本文重點(diǎn)討論智能通風(fēng)系統(tǒng)的節(jié)能效果。智能通風(fēng)系統(tǒng)的工作原理是：在保證基站環(huán)境能夠滿足要求的前提下，通過采集、對(duì)比基站室內(nèi)、外溫度和室內(nèi)濕度，來判斷是否符合其運(yùn)行條件，并在符合條件的情況下啟動(dòng)運(yùn)行。相比傳統(tǒng)的基站空調(diào)，智能通風(fēng)系統(tǒng)在帶走相同的熱量時(shí)能耗更小，能夠有效減少基站空調(diào)的制冷運(yùn)行時(shí)長，進(jìn)而降低基站制冷的總體能耗。

根據(jù)智能通風(fēng)系統(tǒng)的工作原理，可知它的節(jié)能效果與其安裝基站所在區(qū)域的氣候條件及基站配置的通信設(shè)備功耗情況有很大關(guān)系，因此在應(yīng)用中，需要根據(jù)不同情況進(jìn)行推廣。本文從熱工分區(qū)的角度對(duì)陜西省智能通風(fēng)系統(tǒng)的節(jié)能效果進(jìn)行分析，并從其適用條件及系統(tǒng)管理方面提出建議，結(jié)論可推廣應(yīng)用至全國氣候相似的其它地區(qū)。

3　智能通風(fēng)系統(tǒng)節(jié)能測(cè)試

為了得到實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)來對(duì)比分析陜西省智能通風(fēng)系統(tǒng)的節(jié)能效果，制定了如圖1所示方案。

圖1　節(jié)能測(cè)試方案

3.1通信基站選樣

為了綜合考慮地域、氣候環(huán)境因素形成全省一致的結(jié)論，本文采用橫向?qū)Ρ确▉矸治鰷y(cè)試數(shù)據(jù)。橫向?qū)Ρ确ㄊ侵高x取一定數(shù)量的，基礎(chǔ)條件基本一致的基站，將采用與未采用智能通風(fēng)系統(tǒng)的基站樣本作為對(duì)比組，橫向?qū)Ρ绕錃v史上一年的完整耗電數(shù)據(jù)，從而評(píng)價(jià)其節(jié)能效果。橫向?qū)Ρ然緲颖具x取標(biāo)準(zhǔn)見表1所示。

表1　橫向?qū)Ρ然緲颖具x取標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)表1在陜西省10個(gè)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(gè)基站，一個(gè)基站采用分體空調(diào)的溫度控制形式，另一個(gè)基站采用分體空調(diào)+智能通風(fēng)的溫度控制形式。

（2）樣本基站采用的空調(diào)總功耗為4.8 kW，智能通風(fēng)設(shè)備風(fēng)量為3000 m3/h，智能通風(fēng)設(shè)備總功耗為0.1 kW。

（3）樣本主要為中、小型基站，通信設(shè)備功耗在5 kW以內(nèi)。

（4）基站墻體材料主要為磚混結(jié)構(gòu)或彩鋼板（同一對(duì)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(duì)結(jié)果帶來的影響，本文統(tǒng)一采用基站單位面積的空調(diào)節(jié)電量與節(jié)電率進(jìn)行分析。

3.2數(shù)據(jù)收集整理

選定樣本基站后，通過基站設(shè)置的分項(xiàng)計(jì)量電表或日常維護(hù)數(shù)據(jù)分別記錄樣本基站歷史上完整一年的耗電

量，包括通信設(shè)備全年耗電量以及基站空調(diào)全年耗電量，并分別計(jì)算40組樣本基站的節(jié)電量、節(jié)電率。

圖2　陜西省基站單位面積空調(diào)節(jié)電量與節(jié)電率

4　智能通風(fēng)節(jié)能效果分析

根據(jù)陜西省的氣候條件，可將其劃分為3個(gè)熱工分區(qū)，從北向南依次為嚴(yán)寒地區(qū)，寒冷地區(qū)及夏熱冬冷地區(qū)，分別對(duì)應(yīng)陜北、關(guān)中及陜南地區(qū)。

為了探討氣候條件對(duì)智能通風(fēng)效果的影響，在選定了40組樣本后，以基站單位面積的空調(diào)節(jié)電量及節(jié)電率作為研究對(duì)象，分別針對(duì)陜北、關(guān)中、陜南地區(qū)對(duì)智能通風(fēng)系統(tǒng)的節(jié)能效果做分析討論，計(jì)算結(jié)果見圖2。同時(shí)，統(tǒng)計(jì)對(duì)比樣本基站的空調(diào)制冷運(yùn)行時(shí)長，結(jié)果見圖3。

圖2、圖3中橫坐標(biāo)1、2、3、4序號(hào)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(qū)的基站單位面積空調(diào)年節(jié)電量約在60～100 kW?h/m2之間，節(jié)電率均保持在20%以上。主要原因?yàn)殛儽钡貐^(qū)全年溫度較低，晝夜溫差大，基站室內(nèi)、外能夠形成有效溫差，有利于室外冷空氣過濾后進(jìn)入基站，帶走室內(nèi)的熱量。與未采用智能通風(fēng)系統(tǒng)的基站相比，陜北地區(qū)采用該設(shè)備的基站空調(diào)制冷運(yùn)行時(shí)間縮短了20%～24%，實(shí)現(xiàn)了有效節(jié)能。但陜北地區(qū)空氣品質(zhì)較低，容易造成智能通風(fēng)設(shè)備過濾網(wǎng)堵塞，降低通風(fēng)效率。這就要求維護(hù)人員定期對(duì)智能通風(fēng)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)，及時(shí)更換過濾網(wǎng)，從而保證基站新風(fēng)的潔凈度以及智能通風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

由圖2（b）及圖3可見，關(guān)中地區(qū)的基站單位面積空調(diào)年節(jié)電量存在差異，大部分在50～70 kW?h/m2，節(jié)電率分布在10%～20%之間。關(guān)中地區(qū)春、秋、冬三季及夏季夜間適合使用智能通風(fēng)系統(tǒng)為基站降溫，并將制冷運(yùn)行時(shí)間縮短為未采用該設(shè)備基站空調(diào)制冷運(yùn)行時(shí)間的80%～85%。

由圖2（c）及圖3可見，陜南地區(qū)的基站單位面積空調(diào)年節(jié)電量基本保持在60～70 kW?h/m2，節(jié)電率分布在13%～19%，制冷運(yùn)行時(shí)間縮短13%～19%。陜南地區(qū)的智能通風(fēng)系統(tǒng)能夠在一定程度上實(shí)現(xiàn)節(jié)能，但效果有限，在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)結(jié)合具體情況考慮是否利用智能通風(fēng)。

目前，PUE（Power Usage Effectiveness）值是衡量通信機(jī)房或數(shù)據(jù)中心能源效率的較常用指標(biāo)，PUE=數(shù)據(jù)中心總設(shè)備能耗/通信設(shè)備能耗，該值越接近1則

表明該通信機(jī)房的能效水平越高。本文從陜北、關(guān)中、陜南地區(qū)分別選取一個(gè)城市，對(duì)比其PUE值，結(jié)果見圖4所示。

圖3　空調(diào)制冷運(yùn)行時(shí)長對(duì)比

圖4　基站PUE值對(duì)比

由圖4可見，與未采用智能通風(fēng)系統(tǒng)的基站相比，采用了智能通風(fēng)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(diào)的耗電量均有所降低。

在結(jié)合氣候條件利用智能通風(fēng)設(shè)備的同時(shí)，運(yùn)營商的維護(hù)部門還應(yīng)注重基站系統(tǒng)的監(jiān)控以及智能通風(fēng)設(shè)備的維護(hù)：首先應(yīng)保證智能通風(fēng)系統(tǒng)與基站空調(diào)的聯(lián)動(dòng)反應(yīng)，避免出現(xiàn)智能通風(fēng)系統(tǒng)無條件運(yùn)行時(shí)，基站空調(diào)無法正常啟動(dòng)，造成基站設(shè)備溫度過高而宕機(jī)的后果；此外，發(fā)現(xiàn)智能通風(fēng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，應(yīng)及時(shí)予以維修，保證智能通風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)間，從而將其節(jié)能效果最大化。

5　結(jié)論

通過對(duì)陜西省的智能通風(fēng)系統(tǒng)節(jié)能效果進(jìn)行對(duì)比，可以得到如下結(jié)論。

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

（2）陜北地區(qū)屬于嚴(yán)寒地區(qū)，利用智能通風(fēng)系統(tǒng)的條件良好，可縮短空調(diào)制冷運(yùn)行時(shí)間20%～24%，關(guān)中及陜南地區(qū)分別屬于寒冷地區(qū)及夏熱冬冷地區(qū)，利用智能通風(fēng)系統(tǒng)可縮短空調(diào)制冷運(yùn)行時(shí)間13%～20%。上述結(jié)論同樣可以推廣應(yīng)用到全國其他氣候條件相似的地區(qū)。

（3） 室外氣溫越低、低溫的時(shí)間越長，智能通風(fēng)系統(tǒng)的節(jié)能效果越顯著，根據(jù)智能通風(fēng)系統(tǒng)在嚴(yán)寒地區(qū)、寒冷地區(qū)以及夏熱冬冷地區(qū)的節(jié)能效果，可知其在夏熱冬暖和溫和地區(qū)的節(jié)能效果不顯著，不建議使用。

（4） 采用智能通風(fēng)系統(tǒng)可以減少空調(diào)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(fēng)系統(tǒng)在陜西省應(yīng)用已滿5年，也取得了較好的節(jié)能效果。如何解決使用過程中出現(xiàn)的問題，實(shí)現(xiàn)智能通風(fēng)系統(tǒng)的規(guī)模推廣應(yīng)用，如何結(jié)合其它的節(jié)能方式，從基站圍護(hù)結(jié)構(gòu)、空調(diào)產(chǎn)品性能以及系統(tǒng)管理方式入手，來實(shí)現(xiàn)基站空調(diào)節(jié)能效果的最大化，仍是需要我們解決的問題。

參考文獻(xiàn)

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

News第五屆TD-LTE技術(shù)與頻譜研討會(huì)在匈牙利召開

近日，第15屆ITU（國際電信聯(lián)盟）世界電信展在匈牙利布達(dá)佩斯開幕，當(dāng)天下午，中國移動(dòng)聯(lián)合ITU、GTI（TD-LTE全球發(fā)展倡議）和TDIA（TD產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟）舉辦了第五屆TD-LTE技術(shù)與頻譜研討會(huì)，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(yè)和信息化部黨組成員及辦公廳主任莫瑋，中國移動(dòng)副總裁李正茂、韓國KT 的CTO以及來自世界各地的管制機(jī)構(gòu)、運(yùn)營商高層出席了本次研討會(huì)。

本次會(huì)議旨在進(jìn)一步推動(dòng)全球各國高效利用已經(jīng)規(guī)劃給移動(dòng)寬帶的頻譜資源，特別是通過TD-LTE技術(shù)使得已規(guī)劃但尚未投入的大量TDD頻譜得到充分利用，并形成全球統(tǒng)一劃分；同時(shí)在2015年世界無線電通信大會(huì)召開之際，推動(dòng)全球管制機(jī)構(gòu)爭(zhēng)取更多的頻譜資源，特別是TDD技術(shù)能夠更高效發(fā)揮作用的C波段，以滿足流量爆炸式增長以及未來移動(dòng)寬帶5G發(fā)展的需求。

會(huì)議上，與會(huì)者們分享了全球各區(qū)域4G發(fā)展情況，共同展望了5G等未來移動(dòng)寬帶技術(shù)的發(fā)展，并探討了移動(dòng)寬帶技術(shù)飛速發(fā)展帶來的頻譜資源稀缺的問題，據(jù)ITU預(yù)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(dòng)通信產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。在這樣的背景下，TDD頻譜的非對(duì)稱特性、TDD系統(tǒng)靈活的上下行時(shí)隙配比以及TDD技術(shù)能夠更加高效地采用連續(xù)大帶寬頻譜實(shí)現(xiàn)超高速率等優(yōu)勢(shì)和價(jià)值凸顯。因此，除了2.3 G/2.6 G已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用的TDD頻譜外，與會(huì)者們重點(diǎn)討論了3.5GHz黃金頻段在全球的規(guī)劃及應(yīng)用，認(rèn)為使用TDD、連續(xù)大帶寬的規(guī)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(gè)國家均已完成該頻段牌照發(fā)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(wǎng)，峰值速率可達(dá)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(hào)TN915

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

文章編號(hào)1008-5599（2015）11-0083-05