唐山联通推动基站热自排节能技术应用

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本文摘自《中国信息通信》2012年12期。作者：刘金才

信息时代3G阶段的到来让移动网承载了TD、WCDMA、GSM、CDMA等不同的通信系统，随着移动、电信、联通三家电信运营商移动基站共享共建工作的不断深入，移动网基站机房内的设备不断增多，功率密度不断增大，从整个移动网络设备的能源消耗分布来看，在整个移动网络中，基站设备的能源消耗占到了90%，成为通信行业的耗能大户，是通信行业的主要刚性成本。
　　从通信机房能耗结构上看，移动基站耗电主要是由通信主设备耗电和空调耗电组成。利用室外冷源是有效减少基站空调工作时长，降低基站空调耗电的主要方法之一。根据北方的气候情况，结合温度传导的特性，唐山联通开发试用了移动基站智能热自排系统，效果较好，目前已经大面积投入使用。
　　1 新系统实现节能创新
　　移动基站智能热自排系统的节能原理是利用空气的热物理特性，结合设备自身排热结构，实现机房热量的定向排出。
　　唐山联通是从2007年开始研究这个系统。该系统组成分两部分：热自排本身和配合单元。热自排本身包括控制模块、排热单元和气压平衡三个组件。配合单元包含温度分区模块、计量模块和防雷模块。该系统运行时，通信设备的热量被其收集，然后导出机房。主控机通过压力器感觉压力大小以进行适量的补充。
　　该系统具有五方面的运行特点，一是运行时间长，系统可一年四季使用；二是故障率低，系统利用空气对流的方式将设备热量直接导出机房，并没有复杂的电控机械结构，故障率很低。此举也避免了一般情况下气流组织不合理形成的热岛现象；三是机房洁净度高，系统的压力平衡系统可保证机房内处于微正压状态，使机房洁净度不会因使用该系统出现明显劣化；四是机房温度分区控制，对基站电池和传输系统进行温度分区管理，实现基站无空调运行；五是安全系统完善，系统的排热结构可实现温高告警后的强制排热，有效保护电池和基站设备。
　　2 具备七大优势
　　相比传统新风系统，该系统具备的七大优势可更高效实现基站机房能耗降低，还不影响设备的安全稳定性能（表）。具体而言，第一，该系统具有突破性。热自排与温度分区模块（蓄电池传输）配合使用，可实现基站无空调的突破。第二，系统低能耗。这个热自排系统具有一个压力风机和派热风机，总功率只有50W，比两个传统的日光灯的灯管耗电还要低。
　　第三，系统具有互补性。该系统可以再室内外温度不同情况下，进行智能调整工作状态。如当机房的室内温度在20度以下时，该系统会关闭压力平衡温系统的阀门，终止基站热量的收集与向机房外的对流，保障机房温度不会被排走。机房室内温度在27度以下，智能热自排关闭空调系统，设备热量由集热罩收集后排出。
　　第四、系统具有应急性。如果基站停电了，空调坏了，机房温度会很快变得很高。热自排系统能够强制运行，避免温高对蓄电池基站设备的寿命影响，而且热自排可以全年运行。
　　第五，系统易维护。智能热自排系统采用3级进风过滤装置，初效滤网、袋式高效滤网与静压防尘沉淀机构；空气首先经过初效滤网进行粗滤，再经袋式高效滤网进行过滤（G4），然后到达静压防尘箱进行沉淀后再把洁净的空气导入机房，确保机房的洁净度。
　　第六，采用智能远程监控。系统可以独立工作，也可与空调联动控制。与计量模块配合使用，可搭建远程监控抄表平台，实现智能热自排系统的远程监控与节能报表的输出。节省电量一目了然。
　　第七，基站障碍率低。智能热自排系统配合主动式雷电防护模块使用，能够主动阻断雷电由市电侧进入机房，有效保护基站设备、防止地电电压反击烧毁变压器、避免基站市电空开掉闸，此项技术可节省大量的维护资源，减少基站断站。
　　3 通过严格节能测试
　　为验证系统的性能，唐山联通进行了两次试点比较。第一次选择两组站点进行了节能测试数据对比。
　　一是砖混结构基站的节能测试，包括工业学校和财经学院两个基站，分别作为测试站和对标站。这两个基站同在学校院内，基站负荷一致。在测试初期，对标基站需要开启空调制冷，而测试基站已不再开启，节能效果明显。
　　二是彩钢结构基站对比。第五医院基站作为测试站，刘火新庄基站作为对标基站，两站地理位置和工作环境相近，2011年同期无停电记录。自节能设备安装以后，测试基站空调一直处于关闭状态，节能效果明显。
　　第二次选择某个基站与历史电费数据的对比。
　　第一是彩钢结构基站与历史电费数据的对比。韩城基站位于唐山市西郊，是一个高话务的A类共享彩钢结构基站。该基站机房空间小，设备发热量大，安装两台3P空调每月电费支出在5千元（人民币，下同）左右。自2011年2月底安装节能设备以来，空调负荷大大减轻，其中一台空调基本没有启动过，冬季空调基本处于关闭状态，其他季节空调处于受控运行状态。经过一年的运行，基站环境无明显劣化，设备运行良好。通过登陆电费系统查询电费台账，与2011年同期对比节省电费1.12万元。
　　第二是砖混结构基站与历史电费数据的对比。遵化洪家屯基站是一个高话务的A类共享砖混基站。本站机房空间约45m2，设备发热量大，加上夏季房间的热湿负荷等多重因素，使用一台3P空调明显不够。由于砖混基站保温性能低于彩钢结构，冬季可利用建筑围护结构进行散热降温，但夏季由于阳光直射与建筑围护传导作用，空调基本处于不停机状态，电量消耗严重。自2011年4月底安装节能测试设备以来，空调负荷明显减轻，空调大多处于关闭状态，基站环境无明显劣化，设备运行良好，从电费台账上分析，一年来以节省电费0.43万元。
　　4 未来应用前景看好
　　通过系统测试与使用数据的分析，平均单站空调节电率可达76%以上。保守估算，安装热导流自排节能系统后，一个负载电流40安培的机房（忽略围护因素），每年实现节能0.4万度，基站电流每增大10安培，节能量增高0.1万度。
　　一个地市级运营商单位一般拥有宏基站2000座左右，单站年电费1.8万元左右，安装智能热自排系统后保守计算每站可实现节能0.4万度，采用本方案全年可节省电费520万元。更重要的是，唐山联通对智能热自排系统的成功实践，可给通信行业节能工作带来较多借鉴。