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【摘 要】中国通信企业每年用电能耗将近十亿人民币，而基站能耗占通信机房总能耗将近2/3，因此研究基站节能减排措施对降低通信企业能耗有重要意义。文章从系统产生的背景、技术方案、应用效果方面进行论述，提出一种基于基站热量控制的新型综合节能系统解决方案。
【关键词】节能减排；基站热量控制
1引言
中国移动公司目前超过40万个移动通信基站，基站耗电占总能耗量70%以上，降低基站能耗对企业实现节能减排有重要意义。目前通信基站节能措施主要包括智能通风、空调节能添加剂、反射涂料等。本文从方案产生的背景、技术方案、应用效果三方面提出一种基于基站热量控制的新型综合节能系统。
2节能减排方案现状
基站机房通常是一个相对封闭的空间，机房里面主设备产生的热量无法自动散发到外界空间，目前绝大多数情况是采用专业空调对机房进行降温，而空调能耗约占基站总耗的35%，故研究如何降低基站温控系统的能耗，对降低基站设备总能耗意义重大。
2.1提高空调能效比
通过技术升级，不断提高空调整机的能效比，可以在一定程度上降低机房总能耗，但是在空调机运行生命周期的中后期，由于空调机经过多次综合维修，整机综合性能下降，能耗会有所增加，故总体来看，采用能耗比更高的空调机，对运营商而言，投资收益比与预期的效果有差距。
2.2采用集中排热系统
对于大型数据机房、传输机房，采用诸如水冷系统、冷却水系统对整栋机楼设备热量进行集中收集、集中散热，能够明显降低机房总体能耗，但该方式只能应用于大型数据机房，且对设备安装空间、供水保障有一定要求，无法应用于普通基站机房。
2.3空调集群控制
对于大型数据机房，安装的空调机数量比较多，各个楼层除了正常制冷需要的空调机之外，还考虑了一定数量的备用空调机组，故可通过集群控制系统，对每一台空调主机执行联动控制，根据机房主设备的装机数量、环境温度的季度变化情况对各台机组进行工作轮换、定时启停控制、运行参数设定，这样从总体上看所有机组制冷输出与机房热量排放达到最优匹配状态。但该方式只适用于安装空调数量比较大、环境温度变大的情形，同时需要设计并安装空调机组集控系统，对于普通基站，应用受限。
2.4智能通风系统
通过墙面排风扇抽取机房外界自然新风进入机房内部，与机房内部热源混合后，强迫热量从另一出口排出机房的一种方式。由于冷源气流压强损失大、冷源流场路径多变、冷源无法与热源有效混合，导致冷源实际带出的热量效率很低，大部分热量依然驻留在机房内部，降温效果不佳。
基站智能通风系统对于室内外温差不大、热天天气比较多的南方地区，系统实际投入的运行时间较少，也会导致节能效果不理想。
3基站综合节能系统实施方案
3.1系统总框架
参照智能通风系统原理，采用管道式控制进出机房空气流代替自由式空气通道，实现冷源与热源充分结合交换热量。此外，对自然冷源经过地埋通道执行进一步调理，降低冷源温度以及清洁度，同时并采用反射保温材料隔挡太阳辐射，降低基站内部温度，从而减少空调运行时长，系统模型示意图如下：
系统主要包括四个部分：系统进风部分、系统排热部分、太阳辐射隔挡部分、基站温度分区部分。其中关键系统为进风部分和排热部分，太阳辐射隔离及基站温度分区部分为辅助部分。
3.2系统各部分功能设计
3.2.1进风环节
进风环节主要作用是为机房引入优质的冷空气，分为两个部分：进风口及进风管道，进风口可以直接采用智能通风系统的进风口，普通基站风机风量约1700 m?/h，系统如下图：
进气管道采用￠200阻热与防火性能较好的纤维管，一端与智能通风的进风口连接，另一端放置在楼梯间或大片树木阴凉区域，从而获得最低温度的空气，增大导入室内的冷量。
精确进风管道能有效降低抽入室内冷空气的温度（一般能降低4℃-6℃），等效于显冷量提高40%。为降低进风管道风阻，需采用1700 m?/h大风量的进风风机，进风管道的弯角安装大于120度，根据计算每10米管道減少约12%的风量，则约进风量为1500 m?/h，对于60 m?的基站室内容积，每小时能换气25次，满足进风量要求。
3.2.2排风环节
经测算基站内部绝大部分的热量为BTS设备运行所排出，通过在主设备的机柜排热口加装定点排热管道系统，将设备产生的热量直接快速导出室外，有效减少热量在室内驻留时间。
聚热罩放置在BTS机柜的顶部，将主设备排出的热量进行聚集。聚热罩机柜尺寸600×300×200，罩内风速小于2米/秒。设计依据：聚热罩面积为600cm*300cm=0.18m2，每个BTS有3个排热风机，单个风机风量为180m?/h，即BTS总风量为：180*3=540m?/h（1h=3600s），密封盖板内风速为=风机风量/静压箱截面面积=540/0.18/3600（s）≈0.8m/s<2m/s。
排热管道的技术参数设置：采用￠200PVC管道，为保证室外噪声小于40DB，需满足出风口风速≤10M/S，管道风速=风机风量/管道截面面积= 540/0.18/3600（s）=9.55M/S，阻燃PVC塑料圆管作为风管材料，使得风阻小，安装方便，不易积尘，且进风和出风设备的风口均为圆口，减少流体阻力。
出风口与室外连通，排出热量，技术参数设置：防雨防虫，￠200PVC 弯头。
直接采用BTS机柜风机作为排风机，将室内主要设备散热热量直接导出室外，不需外加电源，在停电情况下排热仍然进行。
3.2.3太阳辐射隔挡部分
为降低太阳辐射热传导产生机房热量，通过基站内部安装隔热反射材料，隔离绝大部分太阳辐射热量。加装隔热材料后，外墙的传热系数K≤1.0 w/m2.k，即R≥1.0，有效降低了来自太阳的辐射热量，如下图： 3.2.4基站温度分区部分
基站蓄电池对运行温度要求为25℃，而室外温度大部分时间高于智能通风运行条件28℃。为了使用基站蓄电池恒温箱，将基站分为二个温度控制区域，即蓄电池恒温箱设置为25度，而基站室内空调设置为35度，提升节能效率。蓄电池恒温箱内安装自启小型400W空调。
4系统应用测试效果
为了测试系统的节能效果，分别对安装了定点排热系统的基站、智能通风基站和无节能措施基站进行基站主设备、空调、节能设备的独立电表安装，记录从3月22日至4月18日的能耗数据，执行对比分析。
节能效果评估计算方式：空调节能率=【无节能设备基站空调用电量-（有节能设备基站的空调用电+节能措施用电）】/无节能设备基站空调用电量*100%
图4-2表明在春季天气较冷期间，定点排热节能系统试点机房的空调运行时长较短，定点排热节能系统的节能率超过90%，智能通风的节电率为67%。
由图4-3可以看到，节能系统运行时间为空调运行时间的150倍以上，系统运行效率高。
夏季炎热天气期间，通过远程抄表功能，收集了9月9日至9月16日各基站用电量数据，通过分析得到节能系统的节电率超过70%，如下表：
为了提高测试数据的有效性，收集时间跨度为半年，从9月9日到次年3月5日共6个月的数据进行对比分析，空调与节能措施的用电量最低的基站分别为542度、537度，而同期無节能设备的基站空调用电量为4020度，可以得到基站定点排热系统的节能率为86%。
5节能系统的经济效益
5.1直接的经济收益
以定点排热装置成本为5000元、室外精确进风管道1200元、电池恒温箱为8000元、隔热材料3500元计算，整套系统总造价为17700元。
经测算，基站每台空调平均月用电量为900度，节能系统的年平均节能率为86%，基站平均电价为0.95元/度，则系统的年平均收益：900度*12个月*86%*0.95元/度=8823元。节能系统的成本回收周期约为17700/8823 = 2年。
5.2间接的经济收益
使用节能系统基站的空调可以大大减少运行时间，有效降低空调的故障率，可以大幅度降低基站空调的维修成本。
6节能系统创新点
针对如何获得更低温度的空气，本方案研发一种适合智能通风设备使用的精确进风管道，该管道能有效降低进风空气温度3-6度。
针对如何有效收集室内BTS设备所散发的热量，研发出基站BTS设备定点排热装置，该装置能够将95%以上BTS散发的热量直接导出室外，大幅度降低室内热量。
系统将带有精确进风的智能通风、定点排热、基站反射材料与蓄电池恒温箱等4种节能措施结合一体，由智能通风进行主控，集中机房内各个温控系统，从整体上提高了温控系统的效率。
7总结
基于基站热量控制的节能综合系统实现原理比较简单，需投入的整改资金比较少，节能效果明显，适合在冷天天气比较多、空气清新度高、站内设备较多的活动板房基站使用。
参考文献：
[1] 《艾默生机房空调解决方案培训教程》，艾默生网络能源有限公司，2012年
[2] 《精密空调用户培训教程》，艾默生网络能源有限公司，2006年
作者简介：
卢运运，工程师，中国移动通信集团广西有限公司梧州分公司网络运营中心动力维护主要负责动力系统电源日常运行、优化维护，对机房节能减排工作有深入研究，并获得2016年度集团公司“青年技术能手”称号。
甘顺水，工程师，中国移动通信集团广西有限公司网络运营中心动力室主要从事开关电源系统、蓄电池、机房专业空调日常运行维护优化整改，利用新电源技术降低机房整体能耗等工作。
陈大裕，工程师，中国移动通信集团广西有限公司梧州分公司网络运营中心动力维护主要负责动环监控系统及动力设备日常运行、优化维护，对动环监控系统及设备接入有深入研究。
（作者单位：1、中国移动通信集团广西有限公司梧州分公司网络运营中心；
2、中国移动通信集团广西有限公司网络运营中心；
3、中国移动通信集团广西有限公司梧州分公司网络运营中心）
【关键词】节能减排；基站热量控制
1引言
中国移动公司目前超过40万个移动通信基站，基站耗电占总能耗量70%以上，降低基站能耗对企业实现节能减排有重要意义。目前通信基站节能措施主要包括智能通风、空调节能添加剂、反射涂料等。本文从方案产生的背景、技术方案、应用效果三方面提出一种基于基站热量控制的新型综合节能系统。
2节能减排方案现状
基站机房通常是一个相对封闭的空间，机房里面主设备产生的热量无法自动散发到外界空间，目前绝大多数情况是采用专业空调对机房进行降温，而空调能耗约占基站总耗的35%，故研究如何降低基站温控系统的能耗，对降低基站设备总能耗意义重大。
2.1提高空调能效比
通过技术升级，不断提高空调整机的能效比，可以在一定程度上降低机房总能耗，但是在空调机运行生命周期的中后期，由于空调机经过多次综合维修，整机综合性能下降，能耗会有所增加，故总体来看，采用能耗比更高的空调机，对运营商而言，投资收益比与预期的效果有差距。
2.2采用集中排热系统
对于大型数据机房、传输机房，采用诸如水冷系统、冷却水系统对整栋机楼设备热量进行集中收集、集中散热，能够明显降低机房总体能耗，但该方式只能应用于大型数据机房，且对设备安装空间、供水保障有一定要求，无法应用于普通基站机房。
2.3空调集群控制
对于大型数据机房，安装的空调机数量比较多，各个楼层除了正常制冷需要的空调机之外，还考虑了一定数量的备用空调机组，故可通过集群控制系统，对每一台空调主机执行联动控制，根据机房主设备的装机数量、环境温度的季度变化情况对各台机组进行工作轮换、定时启停控制、运行参数设定，这样从总体上看所有机组制冷输出与机房热量排放达到最优匹配状态。但该方式只适用于安装空调数量比较大、环境温度变大的情形，同时需要设计并安装空调机组集控系统，对于普通基站，应用受限。
2.4智能通风系统
通过墙面排风扇抽取机房外界自然新风进入机房内部，与机房内部热源混合后，强迫热量从另一出口排出机房的一种方式。由于冷源气流压强损失大、冷源流场路径多变、冷源无法与热源有效混合，导致冷源实际带出的热量效率很低，大部分热量依然驻留在机房内部，降温效果不佳。
基站智能通风系统对于室内外温差不大、热天天气比较多的南方地区，系统实际投入的运行时间较少，也会导致节能效果不理想。
3基站综合节能系统实施方案
3.1系统总框架
参照智能通风系统原理，采用管道式控制进出机房空气流代替自由式空气通道，实现冷源与热源充分结合交换热量。此外，对自然冷源经过地埋通道执行进一步调理，降低冷源温度以及清洁度，同时并采用反射保温材料隔挡太阳辐射，降低基站内部温度，从而减少空调运行时长，系统模型示意图如下：
系统主要包括四个部分：系统进风部分、系统排热部分、太阳辐射隔挡部分、基站温度分区部分。其中关键系统为进风部分和排热部分，太阳辐射隔离及基站温度分区部分为辅助部分。
3.2系统各部分功能设计
3.2.1进风环节
进风环节主要作用是为机房引入优质的冷空气，分为两个部分：进风口及进风管道，进风口可以直接采用智能通风系统的进风口，普通基站风机风量约1700 m?/h，系统如下图：
进气管道采用￠200阻热与防火性能较好的纤维管，一端与智能通风的进风口连接，另一端放置在楼梯间或大片树木阴凉区域，从而获得最低温度的空气，增大导入室内的冷量。
精确进风管道能有效降低抽入室内冷空气的温度（一般能降低4℃-6℃），等效于显冷量提高40%。为降低进风管道风阻，需采用1700 m?/h大风量的进风风机，进风管道的弯角安装大于120度，根据计算每10米管道減少约12%的风量，则约进风量为1500 m?/h，对于60 m?的基站室内容积，每小时能换气25次，满足进风量要求。
3.2.2排风环节
经测算基站内部绝大部分的热量为BTS设备运行所排出，通过在主设备的机柜排热口加装定点排热管道系统，将设备产生的热量直接快速导出室外，有效减少热量在室内驻留时间。
聚热罩放置在BTS机柜的顶部，将主设备排出的热量进行聚集。聚热罩机柜尺寸600×300×200，罩内风速小于2米/秒。设计依据：聚热罩面积为600cm*300cm=0.18m2，每个BTS有3个排热风机，单个风机风量为180m?/h，即BTS总风量为：180*3=540m?/h（1h=3600s），密封盖板内风速为=风机风量/静压箱截面面积=540/0.18/3600（s）≈0.8m/s<2m/s。
排热管道的技术参数设置：采用￠200PVC管道，为保证室外噪声小于40DB，需满足出风口风速≤10M/S，管道风速=风机风量/管道截面面积= 540/0.18/3600（s）=9.55M/S，阻燃PVC塑料圆管作为风管材料，使得风阻小，安装方便，不易积尘，且进风和出风设备的风口均为圆口，减少流体阻力。
出风口与室外连通，排出热量，技术参数设置：防雨防虫，￠200PVC 弯头。
直接采用BTS机柜风机作为排风机，将室内主要设备散热热量直接导出室外，不需外加电源，在停电情况下排热仍然进行。
3.2.3太阳辐射隔挡部分
为降低太阳辐射热传导产生机房热量，通过基站内部安装隔热反射材料，隔离绝大部分太阳辐射热量。加装隔热材料后，外墙的传热系数K≤1.0 w/m2.k，即R≥1.0，有效降低了来自太阳的辐射热量，如下图： 3.2.4基站温度分区部分
基站蓄电池对运行温度要求为25℃，而室外温度大部分时间高于智能通风运行条件28℃。为了使用基站蓄电池恒温箱，将基站分为二个温度控制区域，即蓄电池恒温箱设置为25度，而基站室内空调设置为35度，提升节能效率。蓄电池恒温箱内安装自启小型400W空调。
4系统应用测试效果
为了测试系统的节能效果，分别对安装了定点排热系统的基站、智能通风基站和无节能措施基站进行基站主设备、空调、节能设备的独立电表安装，记录从3月22日至4月18日的能耗数据，执行对比分析。
节能效果评估计算方式：空调节能率=【无节能设备基站空调用电量-（有节能设备基站的空调用电+节能措施用电）】/无节能设备基站空调用电量*100%
图4-2表明在春季天气较冷期间，定点排热节能系统试点机房的空调运行时长较短，定点排热节能系统的节能率超过90%，智能通风的节电率为67%。
由图4-3可以看到，节能系统运行时间为空调运行时间的150倍以上，系统运行效率高。
夏季炎热天气期间，通过远程抄表功能，收集了9月9日至9月16日各基站用电量数据，通过分析得到节能系统的节电率超过70%，如下表：
为了提高测试数据的有效性，收集时间跨度为半年，从9月9日到次年3月5日共6个月的数据进行对比分析，空调与节能措施的用电量最低的基站分别为542度、537度，而同期無节能设备的基站空调用电量为4020度，可以得到基站定点排热系统的节能率为86%。
5节能系统的经济效益
5.1直接的经济收益
以定点排热装置成本为5000元、室外精确进风管道1200元、电池恒温箱为8000元、隔热材料3500元计算，整套系统总造价为17700元。
经测算，基站每台空调平均月用电量为900度，节能系统的年平均节能率为86%，基站平均电价为0.95元/度，则系统的年平均收益：900度*12个月*86%*0.95元/度=8823元。节能系统的成本回收周期约为17700/8823 = 2年。
5.2间接的经济收益
使用节能系统基站的空调可以大大减少运行时间，有效降低空调的故障率，可以大幅度降低基站空调的维修成本。
6节能系统创新点
针对如何获得更低温度的空气，本方案研发一种适合智能通风设备使用的精确进风管道，该管道能有效降低进风空气温度3-6度。
针对如何有效收集室内BTS设备所散发的热量，研发出基站BTS设备定点排热装置，该装置能够将95%以上BTS散发的热量直接导出室外，大幅度降低室内热量。
系统将带有精确进风的智能通风、定点排热、基站反射材料与蓄电池恒温箱等4种节能措施结合一体，由智能通风进行主控，集中机房内各个温控系统，从整体上提高了温控系统的效率。
7总结
基于基站热量控制的节能综合系统实现原理比较简单，需投入的整改资金比较少，节能效果明显，适合在冷天天气比较多、空气清新度高、站内设备较多的活动板房基站使用。
参考文献：
[1] 《艾默生机房空调解决方案培训教程》，艾默生网络能源有限公司，2012年
[2] 《精密空调用户培训教程》，艾默生网络能源有限公司，2006年
作者简介：
卢运运，工程师，中国移动通信集团广西有限公司梧州分公司网络运营中心动力维护主要负责动力系统电源日常运行、优化维护，对机房节能减排工作有深入研究，并获得2016年度集团公司“青年技术能手”称号。
甘顺水，工程师，中国移动通信集团广西有限公司网络运营中心动力室主要从事开关电源系统、蓄电池、机房专业空调日常运行维护优化整改，利用新电源技术降低机房整体能耗等工作。
陈大裕，工程师，中国移动通信集团广西有限公司梧州分公司网络运营中心动力维护主要负责动环监控系统及动力设备日常运行、优化维护，对动环监控系统及设备接入有深入研究。
（作者单位：1、中国移动通信集团广西有限公司梧州分公司网络运营中心；
2、中国移动通信集团广西有限公司网络运营中心；
3、中国移动通信集团广西有限公司梧州分公司网络运营中心）