通信基站新風(fēng)節(jié)能系統(tǒng)在夏熱冬冷地區(qū)的節(jié)能分析

張蕾 雷威 楊彬 上海置信能源綜合服務(wù)有限公司

根據(jù)工信部最新發(fā)布的《2021 年通信業(yè)統(tǒng)計(jì)公報(bào)》數(shù)據(jù)顯示，2021 年，全國移動(dòng)通信基站總數(shù)達(dá)996萬個(gè)，全年凈增65 萬個(gè)。其中4G 基站達(dá)590萬個(gè)，5G 基站為142.5 萬個(gè)，全年新建5G 基站超65 萬個(gè)。2021 年5G網(wǎng)絡(luò)整體能耗約250kWh，碳排放超過1500萬t。

通信基站中各個(gè)設(shè)備的運(yùn)行需要恒定的溫度和濕度環(huán)境，全年24h 開啟，在實(shí)地調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，基站內(nèi)空調(diào)的溫度通常設(shè)定在26℃，在此溫度設(shè)定值下，空調(diào)能耗占整個(gè)基站耗電總量的40%左右。

在眾多基站節(jié)能改造技術(shù)中，基站新風(fēng)節(jié)能系統(tǒng)是成本較低,使用率較高的一種節(jié)能降耗措施。

1 基站新風(fēng)節(jié)能系統(tǒng)介紹

新風(fēng)節(jié)能系統(tǒng)主要由送風(fēng)機(jī)、排風(fēng)機(jī)以及控制系統(tǒng)組成，本身不帶制冷元件，根據(jù)室內(nèi)外環(huán)境的溫度差引進(jìn)自然新風(fēng)進(jìn)行降溫，通過氣流流通，帶走基站內(nèi)的熱量，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)溫度的降低。新風(fēng)節(jié)能系統(tǒng)與室內(nèi)外溫度采集數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，根據(jù)室內(nèi)外的溫差情況自動(dòng)啟動(dòng)或停止送風(fēng)風(fēng)機(jī)。由于不使用壓縮機(jī)，其耗電量與空調(diào)相比可大幅下降。此外，為了保證基站內(nèi)的環(huán)境要求，在進(jìn)風(fēng)口處采用HAPE 過濾技術(shù)，可有效過濾灰塵蟲蟻，保持室內(nèi)微粒小于5μm，保證了通信器材在一個(gè)清潔的室內(nèi)環(huán)境中工作。

空調(diào)與新風(fēng)系統(tǒng)的切換采用紅外指令的方式，通過遙控方式空調(diào)的啟停，為了防止空調(diào)的頻繁啟停，設(shè)置10min 的保護(hù)時(shí)間。同時(shí)新風(fēng)系統(tǒng)具備消防防火功能，防火調(diào)節(jié)閥平時(shí)為開啟狀態(tài)，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)自動(dòng)關(guān)閉。

2 夏熱冬冷地區(qū)基站節(jié)能分析

2.1 基站基本情況

選取站點(diǎn)時(shí)充分考慮了站內(nèi)負(fù)載、空調(diào)參數(shù)、蓄電池參數(shù)及圍護(hù)結(jié)構(gòu)等情況，基站情況如表1 所示。

表1 典型基站基本情況

2.2 基站節(jié)能量測試方式

根據(jù)YD/T 1821-2008《通訊中心機(jī)房環(huán)境條件要求》中規(guī)定，基站內(nèi)包含蓄電池設(shè)備的基站屬于三類機(jī)房，其溫濕度指標(biāo)如表2 所示。本文的測試數(shù)據(jù)均按室內(nèi)溫度不超30℃，濕度不超85%進(jìn)行新風(fēng)節(jié)能系統(tǒng)與空調(diào)的節(jié)能對比測試。

表2 通訊中心機(jī)房環(huán)境條件要求

測試參考GB/T 28750-2012《節(jié)能量測量和驗(yàn)證技術(shù)通則》，以一年為測試周期，采用新風(fēng)節(jié)能系統(tǒng)和空調(diào)系統(tǒng)間隔運(yùn)行的方式，即一天開啟空調(diào)，隔天開啟新風(fēng)節(jié)能系統(tǒng)，通過平臺(tái)實(shí)時(shí)監(jiān)測兩天的用電量、室內(nèi)外溫度和濕度。

2.3 基站節(jié)能情況分析

基站空調(diào)日節(jié)能量的計(jì)算如公式（1）所示

式中Es為新風(fēng)節(jié)能系統(tǒng)日節(jié)能量；Eb為空調(diào)開啟日的空調(diào)用電量；Er為新風(fēng)系統(tǒng)開啟日的用電量。

基站空調(diào)日節(jié)能率的計(jì)算如公式（2）所示

式中F為新風(fēng)節(jié)能系統(tǒng)日節(jié)能率；Es為新風(fēng)節(jié)能系統(tǒng)日節(jié)能量；Eb為空調(diào)開啟日的空調(diào)用電量。

2.3.1 基站日節(jié)能量分析

選取1～12 月的隔日對比數(shù)據(jù)制得圖1 和圖2，由圖1 可知，當(dāng)冬季室外溫度較低時(shí)，機(jī)房內(nèi)的熱量可以通過建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)自然散去一部分，此時(shí)的空調(diào)用電量較低，當(dāng)采用新風(fēng)節(jié)能系統(tǒng)時(shí)，其換熱效果好，可完全取代空調(diào)的運(yùn)行。隨著室外環(huán)境溫度的升高，室內(nèi)所需的冷量增加，空調(diào)能耗相應(yīng)增加，新風(fēng)開啟時(shí)間延長，換熱量增加，新風(fēng)用電量也相應(yīng)上升。到了夏季，新風(fēng)系統(tǒng)可開啟時(shí)間減少，可替代空調(diào)的時(shí)間也較低。

圖1 節(jié)能量對比測試數(shù)據(jù)

圖2 節(jié)能量對比測試數(shù)據(jù)

由圖2 可知，冬季新風(fēng)節(jié)能系統(tǒng)的節(jié)能率最高，可達(dá)90%以上，春秋季節(jié)的節(jié)能率在70%～80%，夏季的節(jié)能率在40%以內(nèi)。隨著季節(jié)的變化，其節(jié)能量呈現(xiàn)低-高-低-高的趨勢。值得注意的是，空調(diào)節(jié)能量的高低和節(jié)能率之間并沒有必然的聯(lián)系，冬季雖然節(jié)能率高，但由于空調(diào)本身用電量的基數(shù)較低，其節(jié)能量并不顯著。本項(xiàng)目中，節(jié)能量最高的月份出現(xiàn)在5 月，測試日的節(jié)能量為44.3kWh，節(jié)能率為78%。

2.3.2 基站節(jié)能可利用小時(shí)數(shù)分析

基站新風(fēng)節(jié)能系統(tǒng)的基本控制邏輯為當(dāng)室外溫度低于室內(nèi)溫度4℃時(shí)，新風(fēng)節(jié)能系統(tǒng)開啟，空調(diào)關(guān)閉。即在室內(nèi)環(huán)境溫度設(shè)定為30℃，只要室外溫度低于26℃時(shí)，就可滿足新風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行條件，通過每10min 記錄室外溫度的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行累加分析。

寧波站全年新風(fēng)節(jié)能系統(tǒng)可利用時(shí)間為6325h，全年有72.2%的時(shí)間可以使用新風(fēng)節(jié)能系統(tǒng)。其中11～4 月，室外平均溫度低于19℃，新風(fēng)幾乎全天24h均滿足開啟條件。5～6 月及10 月室外平均溫度低于26℃，一天中60%～75%的時(shí)間滿足新風(fēng)開啟條件。7～9 月隨著室外平均溫度突破26℃，新風(fēng)可開啟時(shí)間降低，9 月約為38%，7 月和8 月不足15%。

成都館站全年新風(fēng)節(jié)能系統(tǒng)可利用時(shí)間為7326h，全年有82.6%的時(shí)間可以使用新風(fēng)節(jié)能系統(tǒng)。從統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)來看，新風(fēng)可利用小時(shí)數(shù)受室外溫度影響較大，該站7 月室外平均溫度達(dá)到28℃，新風(fēng)可利用小時(shí)數(shù)為215h，不足30%。10～4 月室外平均溫度低于19℃，新風(fēng)節(jié)能可利用小時(shí)數(shù)達(dá)到90%以上。

2.3.3 基站年節(jié)能量分析

寧波站從冬季到春季節(jié)能量呈上升趨勢，其中節(jié)能量最高的月份出現(xiàn)在5 月，為460.4kWh。夏季由于大部分時(shí)間室外溫度超過26℃，其新風(fēng)可利用小時(shí)數(shù)低，節(jié)能效果不佳，節(jié)能量約為70～80kWh。在隔日對比測試條件下，全年空調(diào)節(jié)能量為3102.1kWh。

按成都站逐月節(jié)能量統(tǒng)計(jì)，全年節(jié)能量為3735.3kWh。與寧波站相比，由于新風(fēng)可利用小時(shí)數(shù)增加，其夏季節(jié)能效果有所提升。節(jié)能量最低的月份出現(xiàn)在7 月，此時(shí)室外平均溫度為28℃，月節(jié)能量為96.8kWh。 節(jié)能量最高的月份出現(xiàn)在5 月，月節(jié)能量為441.5kWh。

從經(jīng)濟(jì)性角度分析，若全年均采用新風(fēng)節(jié)能系統(tǒng)，則寧波站全年預(yù)計(jì)節(jié)能量為6204.2kWh，成都站預(yù)計(jì)節(jié)能量為7470.6kWh。電費(fèi)按0.7 元/kWh 計(jì)算，則年節(jié)約費(fèi)用如表3 所示，回收期約為2～3a，具備良好的經(jīng)濟(jì)效益。

表3 節(jié)能改造收益

3 結(jié)語

本項(xiàng)目選取位于華東和西南的兩座城市進(jìn)行新風(fēng)節(jié)能系統(tǒng)節(jié)能效果的測試，在基站環(huán)境溫度控制在30℃的條件下，室外環(huán)境溫度低于26℃時(shí)，新風(fēng)系統(tǒng)具備運(yùn)行條件。通過研究發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)的節(jié)能效果主要受新風(fēng)可利用小時(shí)數(shù)的影響，在夏熱冬冷地區(qū)，新風(fēng)年可利用小時(shí)數(shù)在6000h 以上，全年平均利用率在70%以上，節(jié)能效果顯著，具備良好的經(jīng)濟(jì)效益。