新型基站空調(diào)設(shè)計探討

張 靜 林燦洪 陳福婷 朱國遠(yuǎn)

（廣東志高空調(diào)有限公司 佛山 528244）

前言

近年來，隨著人民生活水平的不斷提高，手機(jī)及移動網(wǎng)絡(luò)已成為大家日常工作、生活中不可缺少的一部分。由于用戶數(shù)量的飛速增長，各運(yùn)營商也在不斷的增加基站建設(shè)。不管是4G網(wǎng)絡(luò)的全面覆蓋，還是5G網(wǎng)絡(luò)的興起，都意味著更多的通信設(shè)備的應(yīng)用，同時也意味著更大的用電量需求。用電量的增加不但加劇了能源的消耗，給環(huán)境帶來更大影響，同時也不利于運(yùn)營商的成本控制。根據(jù)現(xiàn)有數(shù)據(jù)，基站中用以維持設(shè)備正常運(yùn)行的空調(diào)又是主要耗電設(shè)備之一。不管是原有基站增加設(shè)備，還是新建基站，都需要同時優(yōu)化或增加空調(diào)系統(tǒng)用以降溫，空調(diào)系統(tǒng)對基站來說，是進(jìn)一步提升通信質(zhì)量的保證。而如何降低基站中空調(diào)系統(tǒng)的用量電，是通信行業(yè)必須面對的重要課題。重視基站設(shè)備的節(jié)能不但利于降低運(yùn)行成本，更有助于完成企業(yè)節(jié)能減排的目標(biāo)，踐行企業(yè)的社會責(zé)任。

1 我國基站機(jī)房用電現(xiàn)狀

1）機(jī)房電費(fèi)支出增大；

2）基站空調(diào)電費(fèi)支出所占比例較大；

3）基站空調(diào)多采用普通空調(diào)，能源利用率低。

目前大多數(shù)基站空調(diào)是按照常規(guī)空調(diào)操作。實(shí)際常規(guī)的空調(diào)操作設(shè)定是以人感模式為設(shè)定基礎(chǔ)的，人體感應(yīng)的舒適溫度在24～26 ℃。而通信基站中是設(shè)備降溫需求，與人感模式差異巨大，主要體現(xiàn)在溫濕度等方面?，F(xiàn)在大部分通信設(shè)備可長期安全運(yùn)行的環(huán)境溫度在30～35 ℃。以人感模式設(shè)置，對電量會造成嚴(yán)重的浪費(fèi)，存在很大的節(jié)能空間[1]。

2 通信基站用空調(diào)的特點(diǎn)

1） 根據(jù)電子設(shè)備運(yùn)行環(huán)境要求的相關(guān)規(guī)范，基站內(nèi)環(huán)境相對于居住環(huán)境具有耐受溫度高，濕度低的特點(diǎn)。

2）通信設(shè)備自身發(fā)熱量大，且位置固定。不同于用戶使用時發(fā)熱源時隨時變化的，基站中設(shè)備安裝后基本不會再移動，設(shè)備發(fā)熱量與位置都是固定?？照{(diào)設(shè)備如何設(shè)計安裝既能節(jié)省空間又可以最大程度解決設(shè)備遮擋和出現(xiàn)局部熱點(diǎn)是基站空調(diào)面臨的最主要的問題。

3）對室內(nèi)噪音不敏感，室外噪音敏感。需求送風(fēng)量大，送風(fēng)焓差小。

4）通信基站要求空調(diào)全年可靠穩(wěn)定運(yùn)行。基站空調(diào)不同于普通家用空調(diào)，常年處于制冷工況，夏季電網(wǎng)負(fù)荷大，并且由于室外高溫電源系統(tǒng)負(fù)載很大，而基站內(nèi)不能出現(xiàn)劇烈的溫度波動，對系統(tǒng)的可靠性要求很高。而冬季空調(diào)在室外溫度很低的情況下仍然需要制冷，這對就空調(diào)系統(tǒng)的穩(wěn)定性及可靠性甚至安全防盜性能有很高的要求。

5）空調(diào)壓縮機(jī)是空調(diào)產(chǎn)品的核心部件，約占空調(diào)整機(jī)材料成本的25 %～30 %，目前基站空調(diào)室外機(jī)被盜現(xiàn)象普遍，而室外機(jī)約占整機(jī)成本的55 %以上，一旦室外機(jī)丟失，就等于整臺空調(diào)報廢。如何降低室外機(jī)所占比重以及降低室外機(jī)被盜風(fēng)險是通信公司提出的急需改善的方向。

3 新型基站空調(diào)的設(shè)計思路

本文設(shè)計的下出風(fēng)型節(jié)能基站空調(diào)針是對基站特殊環(huán)境需求開發(fā)的功能性產(chǎn)品，可組根據(jù)室內(nèi)、外溫度自動選擇運(yùn)行模式，能夠充分滿足運(yùn)用環(huán)境的各種特殊要求，確保設(shè)備運(yùn)行安全、可靠。出于安全性考慮，室外機(jī)主要由外軸流風(fēng)機(jī)和冷凝器組成，壓縮機(jī)放置于室內(nèi)。室內(nèi)機(jī)根據(jù)基站散熱特點(diǎn)，放棄舒適型空調(diào)采用的風(fēng)量較小的貫流風(fēng)輪及離心風(fēng)輪，采用風(fēng)量更大的軸流風(fēng)輪，實(shí)行上部進(jìn)風(fēng)、下部出風(fēng)，有利于空氣對流。既節(jié)能，又可避免散熱死角，保證通訊設(shè)備的散熱安全。下出風(fēng)型節(jié)能基站空調(diào)的開發(fā)主要包括節(jié)能系統(tǒng)設(shè)計及遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計兩部分。

3.1 節(jié)能系統(tǒng)設(shè)計

1）高顯熱比設(shè)計

針對通信基站的負(fù)荷特點(diǎn)（通信設(shè)備僅產(chǎn)生顯熱，且基站設(shè)備需要干燥的運(yùn)行環(huán)境）而特別設(shè)計，更適合于基站等機(jī)房內(nèi)使用。高顯熱比系統(tǒng)設(shè)計時需要對蒸發(fā)器的蒸發(fā)溫度進(jìn)行控制，使出風(fēng)溫度在露點(diǎn)以上，盡量減少冷凝水的產(chǎn)生。通過表1的對比可以看出，與普通舒適性空調(diào)同樣冷量規(guī)格的機(jī)組相比，提高顯熱比的設(shè)計使冷量的利用率大大提高，因而節(jié)能效果也大大提高。

空調(diào)種類標(biāo)稱制冷量能效比顯熱比實(shí)際能效比節(jié)能率見表1。

2）下出風(fēng)設(shè)計

因基站空調(diào)相對舒適型空調(diào)對噪音敏感度低，可采用風(fēng)量更大的軸流風(fēng)輪用于蒸發(fā)器，風(fēng)量遠(yuǎn)大于同能力的舒適型空調(diào)。采用下送風(fēng)上回風(fēng)的方式，可減少無效冷量損失[2]。

3）定點(diǎn)送風(fēng)

定點(diǎn)送風(fēng)的設(shè)計思路是把最多的冷量送到發(fā)熱量最大的地方?；緝?nèi)主要的發(fā)熱量來著主設(shè)備和蓄電池。通過建立空調(diào)與設(shè)備或蓄電池之間的送風(fēng)通路，如圖1所示，在溫差最大的區(qū)域換熱，可有效提高制冷效率，起到節(jié)能的效果。

4）壓縮機(jī)放置于室內(nèi)側(cè)。

針對大多數(shù)基站處于無人狀態(tài)，需要考慮安全性及噪音對周邊居民的影響問題，基站空調(diào)選擇將壓縮機(jī)置于室內(nèi)側(cè)，可有效降低室外噪音，減少盜竊事件，提高系統(tǒng)舒適性及可靠性。

3.2 基站空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

表1 不同顯熱比系統(tǒng)的實(shí)際能效對比

基站房間環(huán)境相對密封，溫度高，不適宜工作人員長期進(jìn)駐工作，所以遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)就成為了基站空調(diào)的一個客觀需求。

1）硬件架構(gòu)?？照{(diào)與空調(diào)之間采用RS485通訊總線連接，空調(diào)與電腦之間采用“協(xié)議轉(zhuǎn)換器+RS485通訊總線”的方式進(jìn)行連接，RS485利用差分信號傳輸數(shù)據(jù)，具有良好的抗干擾能力，RS485的最長傳輸距離能達(dá)到1 200 m[3]。

2）兼容和通用性

應(yīng)采用被廣泛使用的基于X86處理器的電腦為基礎(chǔ)運(yùn)行平臺，在WindowsXP、Windows7等主流操作系統(tǒng)上應(yīng)通過兼容性測試。

為保證系統(tǒng)兼容性和軟件運(yùn)行的穩(wěn)定性，應(yīng)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用程序安裝包，并擁有完善的安裝流程。

為了能夠利用同一個軟件對不同機(jī)型的空調(diào)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控，軟件內(nèi)部需要通過數(shù)據(jù)庫內(nèi)置不同機(jī)型的信息數(shù)據(jù)，并且在UI界面上設(shè)計有機(jī)型選擇功能。

圖1 下送風(fēng)方式示意圖

圖2 新型基站空調(diào)室內(nèi)機(jī)

3）數(shù)據(jù)監(jiān)控

軟件應(yīng)能夠?qū)崟r顯示空調(diào)的壓縮機(jī)狀態(tài)、盤管溫度、室內(nèi)環(huán)境溫度等數(shù)據(jù)，以便使用者在不進(jìn)入基站房間的情況下掌握空調(diào)的運(yùn)行信息；軟件應(yīng)能夠發(fā)送開關(guān)命令、工作模式、設(shè)定溫度等控制信息到基站空調(diào)，以便遠(yuǎn)程控制空調(diào)的運(yùn)行狀態(tài)。

4）定時切換

基站房間內(nèi)，設(shè)備發(fā)熱量大溫度高，應(yīng)設(shè)計有兩臺空調(diào)輪流工作的功能，以平衡兩臺空調(diào)的工作時間，降低故障率。

用戶能夠在軟件內(nèi)部設(shè)置定時切換時間，并打開定時切換功能，空調(diào)便能夠在規(guī)定的時間到達(dá)時主動切換開關(guān)狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)兩臺空調(diào)的交替工作。

當(dāng)基站房間室內(nèi)環(huán)境溫度明顯高于設(shè)定溫度值時，軟件應(yīng)同時開啟兩臺空調(diào)，以便使室內(nèi)溫度盡快達(dá)到設(shè)定溫度。

用戶可以設(shè)置這個同時開啟的溫度閾值，即室內(nèi)環(huán)境溫度與設(shè)定溫度之差大于這個閾值時，軟件將同時開啟兩臺空調(diào)使其同時工作。

5） 可靠性設(shè)計

基站環(huán)境要求整體系統(tǒng)有高可靠性。在一臺空調(diào)出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)應(yīng)能夠維室內(nèi)持環(huán)境溫度在合理的范圍內(nèi)，以便為后續(xù)的維修工作爭取時間。

因此，在空調(diào)發(fā)生故障時，軟件應(yīng)及時呈現(xiàn)出故障信息，以主動通知用戶。當(dāng)正在運(yùn)行的空調(diào)發(fā)生嚴(yán)重故障導(dǎo)致不能工作時，另外一臺空調(diào)應(yīng)自動開啟代替其工作。

6） 高溫報警

為進(jìn)一步提高系統(tǒng)整體的可靠性，應(yīng)設(shè)計有室內(nèi)溫度高溫報警功能。

使用者可以在軟件中設(shè)置高溫報警溫度值，當(dāng)基站室內(nèi)溫度高于此設(shè)定值時，軟件應(yīng)能夠自動發(fā)出警報。

4 總結(jié)

圖3 監(jiān)控系統(tǒng)操作界面

圖4 雙機(jī)模式示意圖

實(shí)際使用證明，對于基站這種需要全年制冷、可靠性要求高的環(huán)境，采用正確、合理的設(shè)計方案可以有效提高空調(diào)的效率，節(jié)約用電量及人力資源。既減少了支出，緩解電力供需壓力，又相應(yīng)了國家號召，達(dá)到了節(jié)能減排的目，可有效提升公司整體社會形象。

在互聯(lián)網(wǎng)+時代，對于數(shù)據(jù)中心的需求將為機(jī)房空調(diào)市場增長注入無窮動力，節(jié)能型基站空調(diào)產(chǎn)業(yè)化、規(guī)?；a(chǎn)運(yùn)用的前景十分廣闊。