移動通訊基站節(jié)能技術(shù)及產(chǎn)品應(yīng)用場景分析

常戰(zhàn)庭，徐 華

（中國聯(lián)通河南分公司，河南 鄭州 450008）

1 節(jié)能減排的意義

節(jié)能減排（Energy－saving emission reduction），就是節(jié)約能源、降低能源消耗、減少污染物排放?！吨腥A人民共和國節(jié)約能源法》所稱節(jié)約能源（簡稱節(jié)能），是指加強用能管理，采取技術(shù)上可行、經(jīng)濟(jì)上合理以及環(huán)境和社會可以承受的措施，從能源生產(chǎn)到消費的各個環(huán)節(jié)，降低消耗、減少損失和污染物排放、制止浪費，有效、合理地利用能源。

我國“十二五”規(guī)劃綱要提出單位國內(nèi)生產(chǎn)總值能耗降低20%左右，主要污染物排放總量減少10%。國資委要求“十二五”期間央企萬元GDP綜合能耗下降20%，同時強調(diào)要加大節(jié)能減排技術(shù)創(chuàng)新投入，加快完成節(jié)能減排重點工程建設(shè)，建立推行清潔能源發(fā)展新機(jī)制和合同能源管理新模式，強化節(jié)能減排管理和完善節(jié)能減排考核。

通信行業(yè)為促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會進(jìn)步，提高人民生活質(zhì)量，提升經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的效率和信息化水平發(fā)揮了重要作用。隨著信息化建設(shè)的加速，通信行業(yè)消耗的資源和能源也越來越多，因此節(jié)能減排成為通信行業(yè)必須要認(rèn)真面對和切實抓好的一項緊迫任務(wù)。

2 基站節(jié)能減排的種類

為配合通信行業(yè)節(jié)能減排工作的實施，各生產(chǎn)廠家根據(jù)通信基站的機(jī)房結(jié)構(gòu)特點，設(shè)備功耗，設(shè)計研發(fā)了不同類型的節(jié)能產(chǎn)品，并在相關(guān)測試中心進(jìn)行模擬測試，確定其節(jié)能效果后在各通信基站推廣應(yīng)用。

目前，在通信基站已應(yīng)用的節(jié)能產(chǎn)品主要有8種：智能新風(fēng)節(jié)能系統(tǒng)、新風(fēng)分區(qū)及精確送風(fēng)節(jié)能系統(tǒng)、熱交換節(jié)能系統(tǒng)、熱管節(jié)能系統(tǒng)、蓄電池恒溫柜、活動板房隔熱涂料改造、開關(guān)電源模塊休眠改造、室外機(jī)納米涂層。

（1）智能基站新風(fēng)節(jié)能系統(tǒng)

智能通風(fēng)節(jié)能系統(tǒng)設(shè)計原理是通過直接引入室外溫度較低的空氣來使室內(nèi)較高溫度的空氣降溫。

智能通風(fēng)節(jié)能系統(tǒng)工作原理：利用溫濕度傳感器探測機(jī)房內(nèi)外的溫濕度情況，當(dāng)機(jī)房內(nèi)溫度達(dá)到某個設(shè)定值，且機(jī)房內(nèi)外達(dá)到設(shè)定溫差時，開啟進(jìn)風(fēng)單元的新風(fēng)風(fēng)門，開啟風(fēng)機(jī)，將機(jī)房外冷空氣吸入機(jī)房，冷空氣與機(jī)房內(nèi)熱空氣進(jìn)行熱交換，使機(jī)房內(nèi)溫度得以下降。同時，維持機(jī)房一定的正壓開啟排風(fēng)單元的排風(fēng)風(fēng)門，依靠正壓或風(fēng)機(jī)排出機(jī)房內(nèi)的熱空氣。機(jī)房外的冷空氣被吸入時經(jīng)過過濾裝置的處理，如圖1所示。

（2）新風(fēng)分區(qū)及精確送風(fēng)節(jié)能系統(tǒng)

新風(fēng)分區(qū)及精確送風(fēng)節(jié)能系統(tǒng)設(shè)計原理是以“設(shè)備為本，冷卻設(shè)備為先”，改變傳統(tǒng)的風(fēng)道、風(fēng)管及風(fēng)帽上送風(fēng)的方式，不以冷卻環(huán)境為先，而是先冷卻設(shè)備再冷卻環(huán)境。

圖1 智能新風(fēng)節(jié)能系統(tǒng)工作原理圖

新風(fēng)分區(qū)及精確送風(fēng)節(jié)能系統(tǒng)原理：利用基站內(nèi)蓄電池組與基站設(shè)備對工作溫度的不同要求，將兩類設(shè)備進(jìn)行冷熱分區(qū)隔斷，蓄電池區(qū)溫度控制在25～30℃，基站主設(shè)備溫度控制在35℃左右，系統(tǒng)通過自然冷源或空調(diào)冷源對基站機(jī)房進(jìn)行溫度分區(qū)控制，從而達(dá)到最佳的節(jié)能效果，如圖2所示。

系統(tǒng)采取精確排熱，按照設(shè)備的不同溫度要求，進(jìn)行精確輸送冷量，使基站90%的熱負(fù)荷，通過排熱系統(tǒng)排出，剩余10%的熱負(fù)荷，通過空調(diào)冷卻。

圖2 新風(fēng)分區(qū)及精確送風(fēng)節(jié)能系統(tǒng)示意圖

（3）熱交換節(jié)能系統(tǒng)

智能熱交換系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)通過隔離換熱，排出基站內(nèi)部的熱量，在滿足室內(nèi)溫度的同時，不影響室內(nèi)空氣的質(zhì)量。從而延長基站內(nèi)通信設(shè)備的壽命。

智能熱交換系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)采用顯熱換熱器為核心部件，室內(nèi)外空氣在換熱芯體內(nèi)進(jìn)行能量交換。系統(tǒng)將室外新風(fēng)引入顯熱交換器，對室內(nèi)空氣進(jìn)行冷卻降溫處理，然后再排出室外；被冷卻后的室內(nèi)空氣在送回室內(nèi)，達(dá)到為機(jī)房降溫的目的。室外冷新風(fēng)與室內(nèi)空氣本身無交換，僅交換熱量，如圖3所示。

（4）熱管節(jié)能系統(tǒng)

熱管換熱器系統(tǒng)設(shè)計原理：當(dāng)基站外溫度低于基站內(nèi)溫度時，利用自然溫差來冷卻室內(nèi)有空氣，實現(xiàn)自然冷卻降溫功能，減少空調(diào)的工作時間，從而達(dá)到節(jié)能的目的。

熱管換熱器系統(tǒng)是利用蒸發(fā)制冷，使得熱管兩端溫差很大，使熱量快速傳導(dǎo)。充分利用外界冷源，在完全隔離外界空氣的粉塵、潮氣的基礎(chǔ)上，對內(nèi)部環(huán)境進(jìn)行散熱，如圖4。

圖3 智能熱交換節(jié)能系統(tǒng)示意圖

圖4 熱管換熱器系統(tǒng)工作原理圖

（5）蓄電池溫控柜

電池溫控柜設(shè)計原理：是一款針對基站內(nèi)蓄電池組設(shè)計的空調(diào)設(shè)備，可以為蓄電池組提供一個最適宜的局部溫度環(huán)境，使基站內(nèi)其他電子設(shè)備減少對制冷量的需求，從而大大降低基站制冷設(shè)備的總功耗，達(dá)到節(jié)能的目的，如圖5。

基站內(nèi)不同設(shè)備的工作溫度存在差異，其中蓄電池的工作溫度在25℃左右，而其它通信設(shè)備的溫度可達(dá)35℃以上，同時蓄電池的功耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其它通信設(shè)備，因此采用電池溫控柜，將蓄電池組溫度單獨控制，提高基站內(nèi)空調(diào)的設(shè)定溫度，從而達(dá)到節(jié)能目的。

圖5 機(jī)房內(nèi)部布局圖

（6）活動板房隔熱涂料改造

由于條件限制，不少通信基站機(jī)房的建筑采用自建的活動板房，其主要材質(zhì)為彩鋼板。彩鋼板房的一個主要特點就是保溫。因此采用彩鋼板的基站，其室內(nèi)溫度較其它形式的基站機(jī)房高。而隔熱涂料是采用多功能底漆、隔熱中間漆、氟硅面漆三合一組成，具有良好的基材附著力、隔熱能力和防熱輻射能力。

基站活動房外表面用熱反射隔熱涂料涂裝后形成的涂膜可有效反射太陽輻射熱能量由涂層表面向室內(nèi)傳導(dǎo)總量的83%以上，從而極大地抑制由于日光照射引起的室溫升高。同時隔熱涂料具有良好的防水效果，更適合惡劣的野外環(huán)境，可確?；顒影宸炕静皇芩嵊甑那治g。

（7）空調(diào)室外機(jī)納米涂料

通過一層很薄的、噴涂在換熱器鋁箔表面的納米保護(hù)層，防止鋁箔氧化、腐蝕、防水排塵、免積油垢。使空調(diào)換熱器鋁箔在純鋁的條件下工作，達(dá)到最佳的換熱效果，保證空調(diào)壓縮機(jī)更有效地被使用，能夠快速達(dá)到制冷溫度，更多地在省電模式下工作，以達(dá)到節(jié)能的效果。

（8）開關(guān)電源模塊休眠改造

根據(jù)目前基站開關(guān)電源配置原則，開關(guān)電源模塊的數(shù)量以保證負(fù)載最大功耗狀態(tài)下的供電，同時有足夠的容量用于電池充電，并考慮N＋1冗余。但在系統(tǒng)日常運行時，開關(guān)電源模塊的負(fù)載率往往較低，系統(tǒng)效率也普遍不高。通過升級系統(tǒng)監(jiān)控模塊使其具備能控制整流模塊休眠功能，實現(xiàn)基站開關(guān)電源模塊休眠，設(shè)定整流模塊輪流工作時間，不但延長整流模塊壽命，而且提高了整流模塊效率，達(dá)到節(jié)能減排目的。

系統(tǒng)通過關(guān)閉部分整流模塊（休眠），將負(fù)載量集中于少數(shù)幾個模塊。系統(tǒng)會根據(jù)負(fù)載變化，動態(tài)調(diào)整實際運行的模塊數(shù)量，使其保持工作于最佳效率點附近。

3 節(jié)能減排技術(shù)的研究目的

研究通信基站節(jié)能減排技術(shù)，主要是追蹤各類節(jié)能設(shè)備在不同環(huán)境、不同氣候、溫度情況下節(jié)電效果，分析其最佳適應(yīng)環(huán)境及場景，最終總結(jié)各類項目對應(yīng)場景及能效，從而將節(jié)約一度電落實到每一個基站，以實現(xiàn)降低運營成本，進(jìn)一步提升企業(yè)利潤，增強企業(yè)自身的核心競爭力。通過該項目的研究，能為節(jié)能減排工作深化開展、制定節(jié)能減排規(guī)劃提供支撐；為能源預(yù)算管理提供參考。

4 節(jié)能減排技術(shù)的原理及分析

分析各通信企業(yè)財務(wù)數(shù)據(jù)，其主要耗電量來自基站，基站耗電量主要來自于空調(diào)和通信設(shè)備，而空調(diào)的耗電量大約占基站總耗電量的40%。因此如能有效降低空調(diào)的使用時間，則能達(dá)到降低基站總能耗的目的。

4.1 基站應(yīng)用節(jié)能減排技術(shù)的原理

統(tǒng)籌考慮當(dāng)?shù)氐乃募緶囟?、晝夜溫差、基站所處地理環(huán)境、基站內(nèi)相關(guān)設(shè)備的數(shù)量和容量，將節(jié)能設(shè)備與空調(diào)設(shè)備進(jìn)行聯(lián)動，設(shè)定相應(yīng)的溫度，在室內(nèi)溫度和室外溫度相差達(dá)到設(shè)定溫度時，開啟節(jié)能設(shè)備，同時空調(diào)停止工作。

4.2 基站節(jié)能減排技術(shù)效果分析

本文擬采用同比的分析方法，以節(jié)能設(shè)備使用前后電費變化為分析依據(jù)。即本年度同期指標(biāo)與上年度同期指標(biāo)進(jìn)行對比，得到相關(guān)數(shù)據(jù)。通過對采用節(jié)能設(shè)備的某些基站在不同時期耗電量追蹤進(jìn)行同比計算，得到相對條件下準(zhǔn)確的節(jié)電率。節(jié)能設(shè)備特點及節(jié)電率如表1。

（1）各類節(jié)能技術(shù)節(jié)電率的計算周期不同，節(jié)能設(shè)備采用不同的監(jiān)測周期，本課題以1個月或1周為測試周期。即原空調(diào)系統(tǒng)在單獨運行周期內(nèi)基站的耗電量和電費，啟動節(jié)能設(shè)備后，節(jié)能設(shè)備與空調(diào)聯(lián)動，在相同周期內(nèi)基站的耗電量和電費。

（2）當(dāng)室內(nèi)外溫度在節(jié)能設(shè)備設(shè)定溫度范圍內(nèi)時，節(jié)能設(shè)備運行，空調(diào)停止運行。當(dāng)室內(nèi)外溫度超出節(jié)能設(shè)備設(shè)定溫度范圍內(nèi)時，空調(diào)運行，節(jié)能設(shè)備停止運行。

（3）原基站耗電量及電費，使用節(jié)能設(shè)備后耗電量及電費。

節(jié)電率＝（使用前用電度數(shù)－使用后用電度數(shù)）／使用前用電度數(shù)×用電天數(shù)／365

表1 節(jié)能設(shè)備特點及節(jié)電率

5 基站節(jié)能減排應(yīng)用場景分析

各類節(jié)能技術(shù)的節(jié)電效果，不僅受到基站環(huán)境條件、通信負(fù)荷、外界氣候條件、空調(diào)及節(jié)能設(shè)備的工作效率等多種因素的影響，同時也需統(tǒng)籌考慮各基站實際情況。

通信基站的用電一般采用市電直接供電方式，節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用具有針對性，首先需針對基站設(shè)備能耗較高、電費結(jié)算單價比較高的基站，對于已實施合同能源管理項目的基站、電費外包的基站、存在偷電現(xiàn)象及跑冒滴漏的基站可暫不實施。各類節(jié)能設(shè)備的適應(yīng)性對比如表2。

表2 各類節(jié)能設(shè)備的適應(yīng)性對比

6 基站節(jié)能減排組合實施方式

根據(jù)每類節(jié)能技術(shù)的特點并結(jié)合各地市基站的實際情況，8類技術(shù)中可采用多種組合或一種方式實施，如表3。

7 結(jié) 論

節(jié)能減排已經(jīng)成為我國的重要基本國策，通信運營商也在積極地開展節(jié)能減排工作，以減少對環(huán)境的影響，節(jié)約能源，節(jié)約成本。本文對目前基站節(jié)能設(shè)備的研究和分析，可協(xié)助通信企業(yè)降低運營成本，并實現(xiàn)企業(yè)可持續(xù)發(fā)展。