通信基站通风冷却技术节能策略

2019-05-04 版权声明 举报文章

通信基站通风冷却技术节能策略

【摘要】 随着通信网络规模的迅速发展,通信基站作为通信网络的基础性建筑,其数量与规模均得到迅速扩大。而为了确保通信基站设备的安全与稳定运行,需要不间断的动力电源与设备使用环境的保障,这都导致基站的耗电量需求日益增大,并成为了当前网络运营成本的重要组成部分。在倡导节约型社会和经济可持续发展的今天,必须在通信基站节能减排工作上进行重点技术改进,寻找创新型的突破。本文结合实际工作经验,从通信基站的能耗构成出发,并就通信基站通风冷却技术的相关节能策略进行了探讨与研究。

【关键词】 通信基站 通风冷却技术 节能 策略

通风冷却技术即是利用机房室外的自然环境作为冷源,当机房室外空气温度低于一定值时(如冬季、春季或秋季晚期),通过对风机与空调智能联动系统将外部空气净化为符合机房环境质量要求的空气,然后再利用换热系统与机房内热空气进行直接的热量交换,从而降低机房内环境温度,以实现节省空调系统制冷量和节约电量的目的。

一、通信基站的能耗构成

从移动通信网络的能源消耗分布情况而言,通信基站所占据的能源损坏约为90%左右,而核心设备、动力系统等其它设备的比重不足10%。一个典型的移动通信基站是由BTS设备、天馈系统、传输设备、整流器、蓄电池组、交流配电屏、变压器、空调系统以及环境监控设备等组成的。而根据能源消耗主体的不同,通信基站的能耗主要包括了以下几个方面:(1)设备用电。通信设备用电主要取决于在网设备的数量与功耗,也受限于网络的负荷水平,通常情况下,通信设备用电占机房总用电量的30%左右。其中,天馈系统和传输设备耗电相对较小,绝大部分来自于BTS设备。(2)机房环境用电。通信基站机房对设备运行环境的温度、湿度、洁净度均有着一定的要求。为保障通信设备的正常运行与使用寿命,必须采取必要的温控措施来进行用电设备散热、室外热传导以及维护人员热辐射而引起的机房温度升高。其中,空调系统是基站机房中的主要耗电设备,其能耗比重可达到40%~50%。(3)配电系统用电。配电系统用电主要是指电能传输过程中产生的线损电量,可分为管理线损与技术线损。管理线损是由计量统计环节中出现误差所造成的,可通过一定的管理与组织措施来进行避免;技术线损则主要是传输过程中直接损失在配电设备上的电量,可采取一定的技术措施予以降低。(4)维护及其它用电。基站维护过程中将产生照明、检修及施工用电,蓄电池组的维护则涉及到充放电容量试验所带来的能耗。

综上所述,通信基站的节能措施应重点放在通信设备和机房环境这两个大的方向上,另外配电系统用电、维护用电等其它环节也同样不容忽视。而在本文中提出的通风冷却技术,即主要为机房环境的节能策略。

二、通风冷却技术的基本节能原理

如下图1所示,即为典型的通信基站中通风冷却技术的应用示例。

从图1中可以看出,通风基站通风冷却技术的应用,主要包括了通风系统与换热系统。

1、通风系统

通风系统的作用是利用室外冷源,通过控制新风系统的进、排风装置,引入室外冷空气对基站进行自然冷却,并与空调联动,以有效降低基站中设备的能耗。通风系统的基本工作流程为:室外自然冷源多级滤网风阀风机主设备风机风阀室外。通风系统的特点主要有:良好的节能效果、防尘防潮设计、防雨防盗设计及防火设计。

(1)良好的节能效果。主要体现在优越的送风性能上,经过实测结果表明,在一个面积为25平方米的通信基站中,送风量为1360m3/h的设备在3~5分钟以内即可使基站室内与室外的温度差值小于2℃,极大减轻了基站的能耗。(2)防尘防潮设计。通风系统中包括了三级滤网,第一级滤网为粗钢网,主要是防止小动物进入到基站内;第二级滤网为细钢丝网,主要起到防虫的功能;第三极滤网则是由粗纤维棉和细纤维棉所组成的双层滤网,以起到防尘防潮的作用。通过防尘防潮和防虫的设计,使过滤网能够过滤直径大于0.5um的灰尘,使进入机房内的空气冷源能满足洁净度和湿度的控制要求。(3)防雨防盗设计。在该通风系统中,其进出风口装置均采用的是L型管道设计,开口向下倾斜45°,可有效防止雨水渗入到基站机房内部。同时,在墙体的开孔孔径均小于200mm,可有效防止偷盗行为的发生。(4)防火设计。该通风系统中还装设有烟雾探测器和温度传感器,当有火情发生时能及时探知,然后通过系统能立即关闭进出风口的风阀和风机。同时,通风系统中的滤网、PVC管材均是采用的防火阻燃材料,可有效防止和避免火灾事故的发生。

2、换热系统

换热系统的功能主要是利用室外冷源,通过控制换热系统进行隔热,并引入室外冷源对基站进行自然冷却,以降低基站设备的能耗。换热系统的基本工作流程为:室外自然冷源外风道换热芯体内风道导气风管室外。换热系统的特点主要有:可保持基站的洁净度、应急降温、维护量少等方面。(1)保持基站的洁净度。换热系统采用的是内、外风道独立和隔离的设置,因此在换热过程中,室内的环境与设备不会受到外界恶劣环境的影响,有效保证了基站的洁净度。(2)应急降温。当基站发生停电问题,或者空调系统出现故障时,换热系统可强制启动换热设备,以保证基站设备的正常、稳定工作。(3)维护量少。是指换热系统是通过平板逆流式热交换芯或者平板交叉流热交换芯,直接进行室外冷源与室内热源的交换,而无需滤网,因此极大降低了设备的维护量。同时,换热系统通过空调自动联动使用,确保了基站机房内温度能稳定在维护规程规定的范围以内,降低了设备故障的发生率。

三、通风冷却技术应用的适用性及节能效益评价

1、通风冷却技术的适用性

通信基站内不同设备对温度的耐受度存在着较大的差异,目前基站的控制温度更多的是为了满足蓄电池组的要求而设置的,一般设定为25~28℃。而在我国大部分地区,户外温度绝大部分时间低于通信基站的控制温度。以北京地区为例,一年中户外温度低于25℃的时间长达7300小时,约占全年时间的83%。因此,通过通风冷却技术实现对自然冷源的有效利用,对于降低通信基站的能耗有着重要的意义。在下表1中,即为我国部分城市全年低于25℃的总小时数及总时间比率。

从表1中可以看出,全国各地多数城市中,全年低于25℃的总小时数占全年总时间的比率都在60%以上,而北方部分城市更是高达80%,因此通风冷却技术在通信基站中的应用潜力非常巨大,并有着广泛的适用性。

2、节能效益评价

本文选用某典型通信基站作为评价标准,探讨了该基站在采用通风冷却技术之后,其通风系统中的节能效益。基站通风系统选用的是220W的排风机,使机房达到50次/h换气次数的排风量要求。在采用通风冷却技术前后,该通信基站的各项技术参数值详见下表2所示。

在表2已计算得出,利用通风冷却技术该通信基站的节能率达到了49%。通风冷却技术的应用,主要是在原基站的基础上改装通风机组、过滤网、通风控制系统、防盗网、温湿度监测传感器以及含尘量监测传感器等等设备,其投资费用则主要包括了设备的购买费与工程建设费用,而其它如维护费、设备清洗费则相较偏低。可推算出,通风冷却技术在通信基站中的投资回收期小于两年。

以广州市为例,市内现有通信基站约有1000多个,平均年耗电费高达几千万元。而这些基站中除了少数因条件限制以外,其它绝大部分基站均利用通风冷却技术进行技术改造。按照技术改造1000个基站进行估算,则每年可节省电费达300万元以上,对大幅度降低基站电能消耗和运营成本都有着重要的意义。

四、总结

本文从通风冷却技术节能原理的角度出发,并就该技术在通信基站中的应用效果与节能效益进行了重点分析与阐述,以此希望对当前通信基站的实际节能改造工作,能提供一定的参考与借鉴。

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