移动通信基站空调节能探讨

2019-08-15 版权声明 举报文章

移动通信基站空调节能探讨

摘要:随着我国信息化建设的快速发展,对移动通信行业的要求越来越高。从 2G、3G 以及到 4G 技术的推广应用,通信基站的规模、数量以及基站内主设备的容量也随之大规模增加。同时,通信基站的能耗也大幅增加。为确保通信设备的正常运行,需要空调随基站主设备一起,全年不间断的运行,从而将基站内的温度控制在比较适宜的范围内。采用节能型的基站空调,可以大幅降低空调设备的能耗,从而降低通信基站的整体能耗。本文首先对通信基站能耗情况进行了分析,然后对基站通风系统关键环节进行了节能减排通用措施研究,并提出了解决建议。案例实践证明,方案简单易行,对运营商运维节能减排、提升企业精细化管理效益具有良好效果。

关键词:移动通信;基站空调;节能;能耗现状;技术方案;措施

中图分类号:TE08文献标识码: A

一、基站能耗现状分析与发展趋势

(一) 基站能耗现状

移动通信网能量消耗主要由中央机房、一体化基站及室内分布系统、室内基站等部分引起消耗。2013 年,室内基站能耗超过全网能耗总量的 70%。移动通信基站一般采用全封闭式,机房内部发热源头体主要为通信电源设备、传输设备、无线主设备等。而封闭式的通信机房空气循环较差,热量散发较慢。常规下,依赖基站空调降温,从而保障工作状态下的基站设备的环境温度。但是,长时间运行基站空调,既增加了耗电,又降低了使用寿命,明显地增加了通信运维量。当前,三大通信基础运营商的基站数量多、面积广,偏远乡镇站点、高山站点约超过 75%,增大了维护难度,提高了运营成本,仅仅依赖当前的人力、资金和资源进行网络服务质量保障,是缺乏创新及竞争力的。

通信基站能耗情况如下图 1 所示。超过总用电量的 40%用于空调系统的用电量。设备数量及其功耗程度组成了无线通信设备用电量。除此以外,伴随而来的基站系统耗电显著的波动主要来源于业务信道载频变化的负荷。工作环境下的电磁转好及电源滤波产生了大量的损耗,造成了基站能耗的大幅增加。因而,除了基站主设备以外,空调系统是的移动通信基站主要的耗能设备。

图 1 通信基站基站中设备能耗示意图

(二) 移动通信基站通风系统降本增效的可行性分析

目前移动基站为保证防尘防潮的要求,全部采用密闭设计,并未实现与室外热循环。当夏季温度升高,空调长时间超负荷工作,这些都造成基站能耗剧增。从上述分析可知,最大的能耗占比的是空调系统,具有非常大的运维护成本和管理难度。如果不使用空调,同时符合机房设备运行的环境温度需求,是非常行之有效的节能减排举措。按照通信基站国标规范的要求,通信机房温度应保持在 10~35C,湿度 10% ~90%。根据地区气候不同,全年气温保持在 0~38C 内。据此,可充分利用自然对流空气的原理,从而实现对设备的散热降温。经实践证明,除不能完全符合蓄电池温度外,可利用自然对流空气实现对其他机房设备的降温散热。因此,近期提出了效果显著的通风节能减排系统方案应用。

二、 通风系统及节能技术方案分析

(一) 空调通风系统

空调通风系统超过移动通信机房总耗能的 40%,是运维通信设备的的重要基础。在机房降本增效的措施中,降低空调能耗是移动通信基站主要的节能措施。下面就基站空调的关键技术进行介绍。

1、 变频空调节能技术

由于普通机房空调的压缩机不因机房内设备的热负荷改变而改变,而利用变频空调节能技术改变工作频率,调整压缩机功率,既有效降低了开关损耗,同时由于不因频繁开启压缩机,使压缩机维持稳定的工作状态。总体而言,这既能实现节能的空调系统效果,同时减少噪声干扰,并很大程度上增强了空调的使用期限。除此以外,在低于额定电流工作状态下,软启动功能的变频器使得工作流从零开始,充分使用滤波电容的作用,降低了对电网的要求以及对较大的供电容量,增强了功率因素,减低了无用的损耗。

2、新风系统节能技术

基本的新风系统节能原理是,利用机房室外的自然环境作为冷冻源,当室外空气温度低于室内一定限值时,通过通风对流降低机房内部的热量,有效降低室内温度,同时通过气压将部分空气排出通风口,减少运行空调时间,有效增加了空调的使用期限。新风系统在通信机房内空气温度低于室外温度情况下,非处于运行状态。这主要由室内外温度的差值状态决定。比如在室内温度与室外温度差别不大情况下,如频繁开启关闭空调,将容易损坏空调。所以,需要注意有效地对室内外温度等范围进行判断,可以有效地利用新风空调节能技术进行移动通信机房的降本增效。

三、传统通信机房通风措施

常规上,排风扇系统、进风口、蓄电池槽等几个部分组成了基站通风系统。位置布局的通风系统如图 2 所示。

图 2 常规的通信基站通风系统分布图

如按照以下要求的采用通风系统各组成部件尺寸及进行施工,将可以达到通风节能显著效果:

(一) 进风口大小采用 70CM×70CM基于 G11/G13 工程基站标准设计规范,安装两个 70CM×70CM 的进风口在机房门左右两侧,对齐进风口与原机房设计的空调外机散热窗的安装位置,以便引入室外的冷空气。

(二) 排风扇系统

1、利用交流接触器安装再电力排风扇供电回路,加装温度感应器在控制环路的接触器的线圈,当机房温度大于 30度时,将吸合交流接触器,从而排风扇进入工作状态。当温度小于 30 度时,接触器将被温度探头利用电压比较器进行切断,从而终止了运作电力排风扇。如此,既能自动控制排风扇电路,又能自动调控温度,降低空调时延。

2、安装 300W 的排风扇。增加安装防盗、防雨和防虫网在排风扇的开孔地方,根据进风窗的防盗和防虫网指标实施。

(三) 蓄电池组槽技术

1、乡镇基站蓄电池槽升级举措增加地下蓄电池槽,大小为 2500mm×600mm×500mm。

2、城区移动基站电池槽升级举措由于城区移动基站电池槽,缺乏开挖条件,需要采取镀锌材料制作的电池槽,隔离蓄电池与其他设备,减少热传递。

在高温时段,可以加注电池槽冷却水,保障正常工作的蓄电池的环境所需温度。

3、通风节能产品选用及安装策略

沿海城市的机房通风节能产品数量大于内地城市,而大多取代采用热交换式,利用直排式。主要是因为:首先,沿海城市容易接受新事物,开放程度高;其次,节电效率而言,直排式效果较好,投入市场较早,对高电价的沿海城市有显著的节电效果;最后,沿海空气质量交良好。利用产品性能分析及工程实践,节能产品适应性较好。我国不同地区的环境、温差、空气质量区别较大。参考不同节能产品功能,根据奇恩及空气质量差异,有助于节能产品的选取及施工。按照运营商总部机房标准,基站机房环境温度必须在10℃~32℃范围之间,机房湿度必须保持在 5%~80%范围内。据此,我们可以得到节能产品营销的重要策略就是:温差大,空气质量好的地方适合采用直排式,而在温差小的地方不用安装通风节能产品;在温差大,空气质量差的地方适合采用安装热交换式。

四、通风系统节能测试与效益分析

按照以上的措施进行测试,采用了通风节能系统之后,外界温度高于室内机房温度 1~2℃,基站温度高于电池槽温度 4~5℃。同时,利用隔离蓄电池会产生更佳的效果;而从基站运维的角度而言,升级改造不会带来掉站率和故障率,不产生网络瘫痪等问题。

(一) 降低电费措施

以 2013 年和 2014 年的四个基站的用电量进行比较,可以发现,在采用通风节能减排系统后,2014 年 5 月消耗电能2998 度,同比 2013 年节约了 2098 度用电量,站均节约 500度。同时,结合站型,负荷,地理条件,房屋构造,设备密度,空调大小的不同,对实验数据进行收集并且综合分析,测算出每个基站每个月可以节约用电量 45~50 度,如果参照最低标准计算每月节约电量,以 1 元/度计算单价,那么对每个基站而言可节约成本 345 元/月。按照目前的空调运作状态来看,每年工作 5 个月,那么一年可以降低运维费用约 1750元/站。3.2 抑制空调运维费用单台基站空调运维成本约为 520 元/年。通过安装通风节能减排系统,大大降低了基站电费成本,不仅可以实现节能

减排的目标,同时确保了公司财产安全。该项改造在建站建设中推广意义深远。

结束语:

为了进一步实现降低网络能耗,建立绿色环保的网络目标,不仅仅是基站通风系统要综合考虑每个节点的环境节能,还需要制定统一的,可以执行的标准。而在节能产品的推广过程中,必须要考虑经济性与适用性,为了把投资风险控制在一定范围之内,优先考虑低风险的合作经营,并采用电费分成营销方案。只有在保证机房和设备安全的条件下,才能更好实现节能增效目标。

本文首先对当前的基站通风系统的能耗和发展趋势进行了分析,接着对基站通风节能系统关键技术进行了探讨,从而提出了降本增效措施,并对效果进行了测试和分析。案例和实践证明,利用大量移动基站的通风系统,进行降本增效,可以实现显著的效果。

参考文献:

[1]周宇. 基于3G通信基站节能减排解决方案研究[J]. 大众科技,2013,01:26-28+31.

[2]张斌. 通信基站节能规划建设方案探讨[J]. 科技创新与应用,2013,21:75.

[3]孙. 节能减排技术在移动通信机房中的应用[J]. 吉林大学学报(信息科学版),2014,02:138-144.

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