C-RAN模式下5G BBU供電及散熱淺析（4）
——實(shí)施方案與創(chuàng)新

韓 嘯，侯福平

（1.中國(guó)電信亳州分公司，安徽 毫州 236800；2.中國(guó)電信廣州研究院，廣東 廣州 510630）

1 實(shí)施方案

1.1 方案說(shuō)明

中國(guó)電信安徽亳州分公司針對(duì)C-RAN模式下BBU集中部署中供電需要大、BBU設(shè)備發(fā)熱量大而密集等特點(diǎn)，以及按照產(chǎn)品規(guī)范在機(jī)柜中水平放置安裝BBU設(shè)備所出現(xiàn)的局部發(fā)熱量大、局部熱島，散熱不良等問(wèn)題，進(jìn)行了深入研究和不斷探索。通過(guò)對(duì)端局及以上機(jī)房（中型C-RAN機(jī)房）、接入網(wǎng)機(jī)房（小型C-RAN機(jī)房）等多個(gè)場(chǎng)景反復(fù)進(jìn)行了分析和30余次的測(cè)試，從BBU設(shè)備安全運(yùn)行和利于節(jié)能等方面綜合考慮，最終研究出一套“BBU設(shè)備豎立+自制高效熱導(dǎo)流板”的解決方案[1]。通過(guò)“機(jī)房空調(diào)-機(jī)柜-設(shè)備”之間合理的氣流組織，有效地解決了上述問(wèn)題。為BBU設(shè)備提供了良好的運(yùn)行環(huán)境，保證了BBU設(shè)備的正常運(yùn)行，并有效地降低了能耗，從而實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排。

1.2 自制BBU設(shè)備子框

為解決氣流組織和機(jī)柜內(nèi)部通風(fēng)不暢問(wèn)題，現(xiàn)場(chǎng)利用現(xiàn)有資源對(duì)原網(wǎng)絡(luò)機(jī)柜進(jìn)行了改造。利用倉(cāng)庫(kù)廢舊機(jī)柜的立柱和L型槽鋼廢物做成BBU豎立支撐的子框支架，自制了BBU設(shè)備豎裝子框，具體如圖1所示。

同時(shí)，立柱上的開(kāi)孔直接對(duì)應(yīng)BBU設(shè)備，由其上的耳角螺絲固定，可以牢固地將BBU設(shè)備固定到機(jī)柜子框上。

1.3 設(shè)置隔熱導(dǎo)流板

BBU設(shè)備豎裝后，一般每個(gè)機(jī)柜都可以布放兩層自制BBU豎裝子框。改造后BBU設(shè)備散熱的氣流組織流為從下到上，為了避免下層子框?qū)ι蠈幼涌虍a(chǎn)生影響，設(shè)置了材質(zhì)為鋁合金或鍍鋅并向上30°左右傾斜角的隔熱導(dǎo)流板，實(shí)拍如圖2所示。

設(shè)置隔熱導(dǎo)流板后，BBU設(shè)備及機(jī)柜內(nèi)部的氣流組織如圖3所示?？梢愿咝У亟鉀Q上下層子框氣流組織相互干擾的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)冷熱通道的隔離。

2 實(shí)際應(yīng)用案例

2.1 應(yīng)用情況

中國(guó)電信安徽亳州分公司從2019年11月份已經(jīng)陸續(xù)按照上述方案在工程中對(duì)BBU設(shè)備機(jī)柜進(jìn)行了改造。共計(jì)安裝了20個(gè)多機(jī)柜和40多個(gè)豎裝BBU子框，完成了“BBU設(shè)備豎立+隔熱導(dǎo)流板”的創(chuàng)新改造工作[2]。

為適應(yīng)不同的實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景，改造采用了兩種型式，一種是增強(qiáng)型豎裝BBU子框，一種是穩(wěn)定型豎裝BBU子框。改造后的實(shí)際效果如圖4所示。

2.2 改造投資成本

中國(guó)電信安徽亳州分公司C-RAN BBU設(shè)備“豎立+隔熱導(dǎo)流板”改造，本著節(jié)約利舊的原則。在條件許可情況下，創(chuàng)新性地充分利用了現(xiàn)場(chǎng)的廢舊網(wǎng)絡(luò)機(jī)柜作為原材料。利舊后主要材料投資成本情況如表1。

由表1可見(jiàn)，在利舊的條件下，1個(gè)機(jī)柜及2個(gè)子框改造投資成本可以控制在250元以下。若通過(guò)市場(chǎng)上采購(gòu)的BBU專用機(jī)柜，按照1個(gè)機(jī)柜配置2子機(jī)框來(lái)計(jì)算，加上工程安裝施工費(fèi)在內(nèi)，應(yīng)該在700～1 000元左右。

表1 BBU豎裝子框改造投資情況表

2.3 改造前后對(duì)比

BBU豎裝改造前，原采用的BBU集裝架主要存在以下問(wèn)題。

（1）散熱效果差。機(jī)柜內(nèi)氣流組織不暢，冷熱風(fēng)混流，難以實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)散熱。存在溫度過(guò)高局部熱點(diǎn)，一些局部熱點(diǎn)甚至高達(dá)50 ℃以上。

（2）機(jī)柜內(nèi)布線復(fù)雜。采用綜合集裝架，沒(méi)有設(shè)計(jì)布線通道。機(jī)柜內(nèi)飛線現(xiàn)象較多且較混亂，布線有一定困難。

改造后豎裝BBU機(jī)柜具有以下優(yōu)點(diǎn)。

（1）散熱效果好，無(wú)局部熱點(diǎn)。機(jī)柜內(nèi)冷熱風(fēng)道實(shí)現(xiàn)了隔離，氣流組織趨于合理。

（2）機(jī)柜內(nèi)布線簡(jiǎn)單美觀。機(jī)柜內(nèi)配有橫向和縱向的布線通道，并可綁扎線條。布線美觀大方，并實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)弱電線的分離布放。改造前后整體對(duì)比如圖5所示。

2.4 BBU設(shè)備運(yùn)行情況

豎裝改造后的BBU設(shè)備上電后，投入運(yùn)行最長(zhǎng)工作時(shí)間已經(jīng)超過(guò)一年。在正常的機(jī)房環(huán)境控制下，機(jī)柜內(nèi)整體溫度在30 ℃以下，沒(méi)有出現(xiàn)局部熱點(diǎn)現(xiàn)象。設(shè)備機(jī)柜、豎裝子框、隔熱導(dǎo)流板使用正常，BBU設(shè)備沒(méi)有出現(xiàn)因溫度過(guò)高引起的運(yùn)行中斷,故障率得到降低[3]。

從建設(shè)投資和維護(hù)運(yùn)營(yíng)取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)了一定意義上的節(jié)能減排。

從節(jié)能和利于BBU設(shè)備安全運(yùn)行等方面為方向，以解決局部熱島等問(wèn)題，進(jìn)行了自制創(chuàng)新改造。

3 實(shí)施方案創(chuàng)新點(diǎn)及實(shí)施成效

3.1 實(shí)施方案創(chuàng)新點(diǎn)

（1）利用BBU設(shè)備子框理順了BBU設(shè)備的散熱氣流方向，實(shí)現(xiàn)了合理的氣流組織。有效地解決了設(shè)備出現(xiàn)局部熱島的問(wèn)題。

（2）機(jī)柜內(nèi)部設(shè)置隔熱導(dǎo)流板。除進(jìn)行導(dǎo)流外，還起到了隔熱作用。解決了冷熱氣流混流的問(wèn)題。

（3）本次改造大部分材料都利舊來(lái)實(shí)現(xiàn)。1個(gè)機(jī)柜2個(gè)子框投資成本一般在300元左右，而若通過(guò)市場(chǎng)上的BBU專用機(jī)柜，按照1個(gè)機(jī)柜配置2子機(jī)框來(lái)計(jì)算，加上后期人工安裝施工費(fèi)應(yīng)該在700～1 000元左右。

（4）由于采用了自制的方式，因此改造機(jī)柜、子框和隔熱導(dǎo)流板針對(duì)性更強(qiáng)，靈活性更大。這也是本實(shí)施方案最大的優(yōu)勢(shì)之一。

3.2 實(shí)施成效

“BBU設(shè)備豎立+隔熱導(dǎo)流板”方案實(shí)施以來(lái)，收到了良好的效果。包括以下幾方面：

（1）保證了C-RAN模式下BBU設(shè)備的正常運(yùn)行，有效地提升了機(jī)房BBU集中部署的合理性。同時(shí)，規(guī)范了設(shè)備分區(qū)，有利于實(shí)行分等級(jí)差異化維護(hù)管理。

（2）BBU設(shè)備得到了高效的散熱，延長(zhǎng)了設(shè)備使用壽命，減少了設(shè)備的故障率。同時(shí)，也避免了因BBU自身發(fā)熱量大，影響周圍其他通信設(shè)備的運(yùn)行，提高了運(yùn)行效率。

（3）通過(guò)合理的氣流組織，有效減少了設(shè)備局部熱點(diǎn)，避免了機(jī)房及機(jī)柜內(nèi)的局部熱島，從而提升了機(jī)房整體的機(jī)房運(yùn)行環(huán)境質(zhì)量。

（4）減少了機(jī)房空調(diào)制冷和BBU設(shè)備風(fēng)扇的耗電量。據(jù)測(cè)算將降低10%～30%耗電量。中國(guó)電信安徽亳州分公司從2019年11月份以來(lái)共計(jì)改造了20個(gè)左右機(jī)柜，涉及到5個(gè)機(jī)房，近5個(gè)月來(lái)共節(jié)能用電量4 320 kW·h。

3.3 投資回報(bào)分析

（1）根據(jù)上面所述，通過(guò)市場(chǎng)上采購(gòu)的BBU專用機(jī)柜，按照1個(gè)機(jī)柜配置2子機(jī)框來(lái)計(jì)算，加上工程安裝施工費(fèi)在內(nèi)，應(yīng)該在700～1 000元左右。投資成本是本“豎裝+隔熱導(dǎo)流板”方案2～3倍。以中國(guó)電信安徽亳州分公司已部署的20個(gè)機(jī)柜40余子框來(lái)測(cè)算，節(jié)約投資成本14 000元左右。后期在分公司推廣，計(jì)劃針對(duì)近98個(gè)局站，共238個(gè)機(jī)柜，476個(gè)子框進(jìn)行改造，預(yù)估節(jié)約投資166 600元。

（2）改造方案在分公司全面實(shí)施后，預(yù)測(cè)BBU設(shè)備的散熱耗電量將可減少10%～30%。按照98個(gè)局站、共238個(gè)機(jī)柜、476個(gè)子框計(jì)算，每年將節(jié)約用電1.045×106，真正實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的效果。同時(shí)，也可以降低運(yùn)營(yíng)成本。

4 結(jié) 論

5G建設(shè)正在如火如荼的開(kāi)展，有權(quán)威數(shù)據(jù)顯示，5G系統(tǒng)的最大功耗比4G高出3～4倍。目前幾家主流廠商的5G基站單系統(tǒng)功耗如下，華為3 500 W，中興為3 255 W、大唐為4 940 W。如何在5G建設(shè)組網(wǎng)和運(yùn)營(yíng)維護(hù)實(shí)現(xiàn)高效、節(jié)能，是一直要解決的問(wèn)題。相信以后建設(shè)和維護(hù)過(guò)程中會(huì)有更好、更優(yōu)的解決創(chuàng)新方案被挖掘出來(lái)，讓網(wǎng)絡(luò)高質(zhì)量發(fā)展與節(jié)能減排齊頭并進(jìn)，為實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國(guó)、經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和人民美好生活做出新貢獻(xiàn)。