浅析智能通风系统在通信基站的节能效果

杨迁,韩利平,冯琛琛( 中国移动通信集团设计院有限公司陕西分公司，西安 70077； 中联西北工程设计研究院有限公司，西安 7008)

浅析智能通风系统在通信基站的节能效果

杨迁1,韩利平1,冯琛琛2
(1 中国移动通信集团设计院有限公司陕西分公司，西安 710077；2 中联西北工程设计研究院有限公司，西安 710082)

摘 要通过实测数据探讨了智能通风系统在陕西省通信基站的节能效果。结果表明：全省应用智能通风系统的基站单位面积的空调年节电量为60～100 kW•h/m2，节电率为10%～25%，能够实现较好的节能效果；同时，室外气温越低、低温的时间越长，智能通风系统的节能效果越显著，采用智能通风系统后，关中及陕南地区基站的空调制冷运行时间可缩短13%～20%，而陕北地区空调制冷运行时间可缩短20%～24%。最后，分别针对陕北、关中、陕南地区不同的气候特点，从适用条件及管理方式的角度给出了合理建议。

关键词通信基站；空调节能；智能通风系统；热工分区

1　背景

通信基站是通信网络的基础，其内的通信设备7×24 h不间断运行，具有设备发热量大、集中且随不同时段波动的特点。根据某运营商发布的通信电源、空调维护管理规定：基站机房环境温度应控制在10℃～35℃，相对湿度应控制在15%～95%。为了满足此规定，通信基站基本配置5P或3P的舒适性空调，且一年四季大部分为制冷模式。据统计，该运营商通信基站耗电量占通信系统总耗电量的76%，其中基站空调耗电量占基站总耗电量的15%～31.5%，由此可见，降低基站空调能耗可以有效减少基站耗电量。

2　基站空调常用节能措施

针对基站空调，目前已有相关理论研究以及实际措施能够实现良好的节能效果。常采用的节能措施主要从如下几个方面实现空调节能。

（1）通过智能通风或热管换热系统直接或间接利用自然冷源，缩短基站空调的制冷运行时长。结合不同气候分区的气象参数，基站采用分体空调配合智能通风或热管换热系统，能够实现较好的节能效果。

（2）根据基站所处气候分区，合理选择、优化基站围护结构。如在基站墙体外表面涂抹反射隔热涂料来降低外墙外表面太阳辐射吸收系数，从而减少空调冷负荷；结合气候条件及主设备发热功率确定围护结构的传热系数，确保基站冷、热负荷最小。

（3）从基站空调产品性能参数入手，提高空调设定温度或应用变频技术，从而减少压缩机启动及风机运行的时间，进而达到降低能耗的目的。

（4）优化空调系统管理。如通过远程监控系统实时监测、采集基站空调的相关信息；或增加基站内温度监

控点的数量，实现对基站环境温度的精准监测，从而合理控制空调的启停时间达到节能目的。

目前的研究结果表明，直接或间接利用自然冷源的节能潜力最大，本文重点讨论智能通风系统的节能效果。智能通风系统的工作原理是：在保证基站环境能够满足要求的前提下，通过采集、对比基站室内、外温度和室内湿度，来判断是否符合其运行条件，并在符合条件的情况下启动运行。相比传统的基站空调，智能通风系统在带走相同的热量时能耗更小，能够有效减少基站空调的制冷运行时长，进而降低基站制冷的总体能耗。

根据智能通风系统的工作原理，可知它的节能效果与其安装基站所在区域的气候条件及基站配置的通信设备功耗情况有很大关系，因此在应用中，需要根据不同情况进行推广。本文从热工分区的角度对陕西省智能通风系统的节能效果进行分析，并从其适用条件及系统管理方面提出建议，结论可推广应用至全国气候相似的其它地区。

3　智能通风系统节能测试

为了得到实测数据来对比分析陕西省智能通风系统的节能效果，制定了如图1所示方案。

图1　节能测试方案

3.1通信基站选样

为了综合考虑地域、气候环境因素形成全省一致的结论，本文采用横向对比法来分析测试数据。横向对比法是指选取一定数量的，基础条件基本一致的基站，将采用与未采用智能通风系统的基站样本作为对比组，横向对比其历史上一年的完整耗电数据，从而评价其节能效果。横向对比基站样本选取标准见表1所示。

表1　横向对比基站样本选取标准

根据表1在陕西省10个地市分别选取4组样本，筛选后的40组样本满足如下条件。

（1）每组样本包含两个基站，一个基站采用分体空调的温度控制形式，另一个基站采用分体空调+智能通风的温度控制形式。

（2）样本基站采用的空调总功耗为4.8 kW，智能通风设备风量为3000 m3/h，智能通风设备总功耗为0.1 kW。

（3）样本主要为中、小型基站，通信设备功耗在5 kW以内。

（4）基站墙体材料主要为砖混结构或彩钢板（同一对比组中，墙体材料一致）。

（5）基站面积分布在20～25 m2，为了避免基站面积的不一致对结果带来的影响，本文统一采用基站单位面积的空调节电量与节电率进行分析。

3.2数据收集整理

选定样本基站后，通过基站设置的分项计量电表或日常维护数据分别记录样本基站历史上完整一年的耗电

量，包括通信设备全年耗电量以及基站空调全年耗电量，并分别计算40组样本基站的节电量、节电率。

图2　陕西省基站单位面积空调节电量与节电率

4　智能通风节能效果分析

根据陕西省的气候条件，可将其划分为3个热工分区，从北向南依次为严寒地区，寒冷地区及夏热冬冷地区，分别对应陕北、关中及陕南地区。

为了探讨气候条件对智能通风效果的影响，在选定了40组样本后，以基站单位面积的空调节电量及节电率作为研究对象，分别针对陕北、关中、陕南地区对智能通风系统的节能效果做分析讨论，计算结果见图2。同时，统计对比样本基站的空调制冷运行时长，结果见图3。

图2、图3中横坐标1、2、3、4序号分别代表各地市的4组样本。

由图2（a）及图3可见，陕北地区的基站单位面积空调年节电量约在60～100 kW•h/m2之间，节电率均保持在20%以上。主要原因为陕北地区全年温度较低，昼夜温差大，基站室内、外能够形成有效温差，有利于室外冷空气过滤后进入基站，带走室内的热量。与未采用智能通风系统的基站相比，陕北地区采用该设备的基站空调制冷运行时间缩短了20%～24%，实现了有效节能。但陕北地区空气品质较低，容易造成智能通风设备过滤网堵塞，降低通风效率。这就要求维护人员定期对智能通风设备进行维护，及时更换过滤网，从而保证基站新风的洁净度以及智能通风系统的运行效率。

由图2（b）及图3可见，关中地区的基站单位面积空调年节电量存在差异，大部分在50～70 kW•h/m2，节电率分布在10%～20%之间。关中地区春、秋、冬三季及夏季夜间适合使用智能通风系统为基站降温，并将制冷运行时间缩短为未采用该设备基站空调制冷运行时间的80%～85%。

由图2（c）及图3可见，陕南地区的基站单位面积空调年节电量基本保持在60～70 kW•h/m2，节电率分布在13%～19%，制冷运行时间缩短13%～19%。陕南地区的智能通风系统能够在一定程度上实现节能，但效果有限，在实际应用中，应结合具体情况考虑是否利用智能通风。

目前，PUE（Power Usage Effectiveness）值是衡量通信机房或数据中心能源效率的较常用指标，PUE=数据中心总设备能耗/通信设备能耗，该值越接近1则

表明该通信机房的能效水平越高。本文从陕北、关中、陕南地区分别选取一个城市，对比其PUE值，结果见图4所示。

图3　空调制冷运行时长对比

图4　基站PUE值对比

由图4可见，与未采用智能通风系统的基站相比，采用了智能通风的基站PUE值均有明显降低，表明其电源使用效率显著升高，而空调的耗电量均有所降低。

在结合气候条件利用智能通风设备的同时，运营商的维护部门还应注重基站系统的监控以及智能通风设备的维护：首先应保证智能通风系统与基站空调的联动反应，避免出现智能通风系统无条件运行时，基站空调无法正常启动，造成基站设备温度过高而宕机的后果；此外，发现智能通风系统出现故障时，应及时予以维修，保证智能通风系统的运行时间，从而将其节能效果最大化。

5　结论

通过对陕西省的智能通风系统节能效果进行对比，可以得到如下结论。

（1） 智能通风系统在陕西省能够获得较好的节能效果，全省基站单位面积的空调年节电量在60～100 kW•h/m2，节电率最低10%，最高可达25%。

（2）陕北地区属于严寒地区，利用智能通风系统的条件良好，可缩短空调制冷运行时间20%～24%，关中及陕南地区分别属于寒冷地区及夏热冬冷地区，利用智能通风系统可缩短空调制冷运行时间13%～20%。上述结论同样可以推广应用到全国其他气候条件相似的地区。

（3） 室外气温越低、低温的时间越长，智能通风系统的节能效果越显著，根据智能通风系统在严寒地区、寒冷地区以及夏热冬冷地区的节能效果，可知其在夏热冬暖和温和地区的节能效果不显著，不建议使用。

（4） 采用智能通风系统可以减少空调耗电量，提高电源使用效率，从而显著降低基站PUE值。

目前，智能通风系统在陕西省应用已满5年，也取得了较好的节能效果。如何解决使用过程中出现的问题，实现智能通风系统的规模推广应用，如何结合其它的节能方式，从基站围护结构、空调产品性能以及系统管理方式入手，来实现基站空调节能效果的最大化，仍是需要我们解决的问题。

参考文献

[1] 曾秀全，洪舒平，朱小秋， 等. 通信基站“免空调”节能技术研究[J]. 通信电源技术， 2014，4：37-39.

News第五届TD-LTE技术与频谱研讨会在匈牙利召开

近日，第15届ITU（国际电信联盟）世界电信展在匈牙利布达佩斯开幕，当天下午，中国移动联合ITU、GTI（TD-LTE全球发展倡议）和TDIA（TD产业联盟）举办了第五届TD-LTE技术与频谱研讨会，ITU秘书长赵厚麟、欧洲CEPT ECC副主席、GSMA、GTI等国际组织高层，中国工业和信息化部党组成员及办公厅主任莫玮，中国移动副总裁李正茂、韩国KT 的CTO以及来自世界各地的管制机构、运营商高层出席了本次研讨会。

本次会议旨在进一步推动全球各国高效利用已经规划给移动宽带的频谱资源，特别是通过TD-LTE技术使得已规划但尚未投入的大量TDD频谱得到充分利用，并形成全球统一划分；同时在2015年世界无线电通信大会召开之际，推动全球管制机构争取更多的频谱资源，特别是TDD技术能够更高效发挥作用的C波段，以满足流量爆炸式增长以及未来移动宽带5G发展的需求。

会议上，与会者们分享了全球各区域4G发展情况，共同展望了5G等未来移动宽带技术的发展，并探讨了移动宽带技术飞速发展带来的频谱资源稀缺的问题，据ITU预估，2020年全球频谱需求量大致为1 340～1 960 MHz，约为2010年频谱需求的5倍。未来，获取更多频谱资源，并使有限的频谱资源高效利用成为全球移动通信产业发展的关键。在这样的背景下，TDD频谱的非对称特性、TDD系统灵活的上下行时隙配比以及TDD技术能够更加高效地采用连续大带宽频谱实现超高速率等优势和价值凸显。因此，除了2.3 G/2.6 G已经得到广泛应用的TDD频谱外，与会者们重点讨论了3.5GHz黄金频段在全球的规划及应用，认为使用TDD、连续大带宽的规划方式将能够更有效地利用这段频谱。目前包括加拿大、英国、日本等多个国家均已完成该频段牌照发放，全球约50%的TDD牌照为3.5 GHz，在该频段部署TD-LTE已成为全球热潮，截至2015年第二季度，已有11张3.5 GHz TD-LTE商用网，峰值速率可达1 Gbit/s。（徐佳楠）

Analysis on energy-saving effect of intelligent ventilation system in communication base station

YANG Qian1, HAN Li-ping1, FENG Chen-chen2
(1 China Mobile Group Design Institute Co., Ltd. Shanxi Branch, Xi'an 710077, China； 2 China United Northwest Institute for Engineering Desing & Research Co., Ltd., Xi'an 710077, China)

AbstractThis paper discussed the energy-saving effect of intelligent ventilation system in communication base station with measured data. The results showed that the yearly electricity-saving per unit area of base station with intelligent ventilation system distributed in 60～100 kW•h/m2,the electricity-saving rate distributed in 10%～25%. Furthermore, the energy-saving effect was more significantly with lower temperature outside and longer time with low temperature. In central and southern Shaanxi, the operation time of air-conditioning shorten 13%～20% in communication base station with intelligent ventilation system. While, the value was 20%～24% in northern Shanxi. Finally, it provided some proposals about the applicable conditions and management aiming at three thermal types.

Keywordscommunication base station； energy-saving of air conditioning； intelligent ventilation system； thermal type

收稿日期：2015-01-28

中图分类号TN915

文献标识码A

文章编号1008-5599（2015）11-0083-05