新型基站空调设计探讨

张 静 林灿洪 陈福婷 朱国远

（广东志高空调有限公司 佛山 528244）

前言

近年来，随着人民生活水平的不断提高，手机及移动网络已成为大家日常工作、生活中不可缺少的一部分。由于用户数量的飞速增长，各运营商也在不断的增加基站建设。不管是4G网络的全面覆盖，还是5G网络的兴起，都意味着更多的通信设备的应用，同时也意味着更大的用电量需求。用电量的增加不但加剧了能源的消耗，给环境带来更大影响，同时也不利于运营商的成本控制。根据现有数据，基站中用以维持设备正常运行的空调又是主要耗电设备之一。不管是原有基站增加设备，还是新建基站，都需要同时优化或增加空调系统用以降温，空调系统对基站来说，是进一步提升通信质量的保证。而如何降低基站中空调系统的用量电，是通信行业必须面对的重要课题。重视基站设备的节能不但利于降低运行成本，更有助于完成企业节能减排的目标，践行企业的社会责任。

1 我国基站机房用电现状

1）机房电费支出增大；

2）基站空调电费支出所占比例较大；

3）基站空调多采用普通空调，能源利用率低。

目前大多数基站空调是按照常规空调操作。实际常规的空调操作设定是以人感模式为设定基础的，人体感应的舒适温度在24～26 ℃。而通信基站中是设备降温需求，与人感模式差异巨大，主要体现在温湿度等方面。现在大部分通信设备可长期安全运行的环境温度在30～35 ℃。以人感模式设置，对电量会造成严重的浪费，存在很大的节能空间[1]。

2 通信基站用空调的特点

1） 根据电子设备运行环境要求的相关规范，基站内环境相对于居住环境具有耐受温度高，湿度低的特点。

2）通信设备自身发热量大，且位置固定。不同于用户使用时发热源时随时变化的，基站中设备安装后基本不会再移动，设备发热量与位置都是固定。空调设备如何设计安装既能节省空间又可以最大程度解决设备遮挡和出现局部热点是基站空调面临的最主要的问题。

3）对室内噪音不敏感，室外噪音敏感。需求送风量大，送风焓差小。

4）通信基站要求空调全年可靠稳定运行。基站空调不同于普通家用空调，常年处于制冷工况，夏季电网负荷大，并且由于室外高温电源系统负载很大，而基站内不能出现剧烈的温度波动，对系统的可靠性要求很高。而冬季空调在室外温度很低的情况下仍然需要制冷，这对就空调系统的稳定性及可靠性甚至安全防盗性能有很高的要求。

5）空调压缩机是空调产品的核心部件，约占空调整机材料成本的25 %～30 %，目前基站空调室外机被盗现象普遍，而室外机约占整机成本的55 %以上，一旦室外机丢失，就等于整台空调报废。如何降低室外机所占比重以及降低室外机被盗风险是通信公司提出的急需改善的方向。

3 新型基站空调的设计思路

本文设计的下出风型节能基站空调针是对基站特殊环境需求开发的功能性产品，可组根据室内、外温度自动选择运行模式，能够充分满足运用环境的各种特殊要求，确保设备运行安全、可靠。出于安全性考虑，室外机主要由外轴流风机和冷凝器组成，压缩机放置于室内。室内机根据基站散热特点，放弃舒适型空调采用的风量较小的贯流风轮及离心风轮，采用风量更大的轴流风轮，实行上部进风、下部出风，有利于空气对流。既节能，又可避免散热死角，保证通讯设备的散热安全。下出风型节能基站空调的开发主要包括节能系统设计及远程监控系统设计两部分。

3.1 节能系统设计

1）高显热比设计

针对通信基站的负荷特点（通信设备仅产生显热，且基站设备需要干燥的运行环境）而特别设计，更适合于基站等机房内使用。高显热比系统设计时需要对蒸发器的蒸发温度进行控制，使出风温度在露点以上，尽量减少冷凝水的产生。通过表1的对比可以看出，与普通舒适性空调同样冷量规格的机组相比，提高显热比的设计使冷量的利用率大大提高，因而节能效果也大大提高。

空调种类标称制冷量能效比显热比实际能效比节能率见表1。

2）下出风设计

因基站空调相对舒适型空调对噪音敏感度低，可采用风量更大的轴流风轮用于蒸发器，风量远大于同能力的舒适型空调。采用下送风上回风的方式，可减少无效冷量损失[2]。

3）定点送风

定点送风的设计思路是把最多的冷量送到发热量最大的地方。基站内主要的发热量来着主设备和蓄电池。通过建立空调与设备或蓄电池之间的送风通路，如图1所示，在温差最大的区域换热，可有效提高制冷效率，起到节能的效果。

4）压缩机放置于室内侧。

针对大多数基站处于无人状态，需要考虑安全性及噪音对周边居民的影响问题，基站空调选择将压缩机置于室内侧，可有效降低室外噪音，减少盗窃事件，提高系统舒适性及可靠性。

3.2 基站空调监控系统设计

表1 不同显热比系统的实际能效对比

基站房间环境相对密封，温度高，不适宜工作人员长期进驻工作，所以远程监控系统就成为了基站空调的一个客观需求。

1）硬件架构。空调与空调之间采用RS485通讯总线连接，空调与电脑之间采用“协议转换器+RS485通讯总线”的方式进行连接，RS485利用差分信号传输数据，具有良好的抗干扰能力，RS485的最长传输距离能达到1 200 m[3]。

2）兼容和通用性

应采用被广泛使用的基于X86处理器的电脑为基础运行平台，在WindowsXP、Windows7等主流操作系统上应通过兼容性测试。

为保证系统兼容性和软件运行的稳定性，应设计标准的应用程序安装包，并拥有完善的安装流程。

为了能够利用同一个软件对不同机型的空调实现监控，软件内部需要通过数据库内置不同机型的信息数据，并且在UI界面上设计有机型选择功能。

图1 下送风方式示意图

图2 新型基站空调室内机

3）数据监控

软件应能够实时显示空调的压缩机状态、盘管温度、室内环境温度等数据，以便使用者在不进入基站房间的情况下掌握空调的运行信息；软件应能够发送开关命令、工作模式、设定温度等控制信息到基站空调，以便远程控制空调的运行状态。

4）定时切换

基站房间内，设备发热量大温度高，应设计有两台空调轮流工作的功能，以平衡两台空调的工作时间，降低故障率。

用户能够在软件内部设置定时切换时间，并打开定时切换功能，空调便能够在规定的时间到达时主动切换开关状态，从而实现两台空调的交替工作。

当基站房间室内环境温度明显高于设定温度值时，软件应同时开启两台空调，以便使室内温度尽快达到设定温度。

用户可以设置这个同时开启的温度阈值，即室内环境温度与设定温度之差大于这个阈值时，软件将同时开启两台空调使其同时工作。

5） 可靠性设计

基站环境要求整体系统有高可靠性。在一台空调出现故障时，系统应能够维室内持环境温度在合理的范围内，以便为后续的维修工作争取时间。

因此，在空调发生故障时，软件应及时呈现出故障信息，以主动通知用户。当正在运行的空调发生严重故障导致不能工作时，另外一台空调应自动开启代替其工作。

6） 高温报警

为进一步提高系统整体的可靠性，应设计有室内温度高温报警功能。

使用者可以在软件中设置高温报警温度值，当基站室内温度高于此设定值时，软件应能够自动发出警报。

4 总结

图3 监控系统操作界面

图4 双机模式示意图

实际使用证明，对于基站这种需要全年制冷、可靠性要求高的环境，采用正确、合理的设计方案可以有效提高空调的效率，节约用电量及人力资源。既减少了支出，缓解电力供需压力，又相应了国家号召，达到了节能减排的目，可有效提升公司整体社会形象。

在互联网+时代，对于数据中心的需求将为机房空调市场增长注入无穷动力，节能型基站空调产业化、规模化生产运用的前景十分广阔。