“绿色基站”的实践与节能一体化空调
引言：
中国是世界上人均能源拥有量最低的国家，也是世界上能耗最高的国家之一，单位产值能耗是日本的6 倍，美国的3 倍，国内大部分城市经常受到限电的困扰。据估算，中国能源效率每提高1 个百分点，其直接的经济效益将达130 亿元。节能是21 世纪中国重要的战略举措，正日益受到政府和社会的重视。
随着我国移动通信事业的迅猛发展，通信基站的数量也与日俱增。特别是随着第三代移动通信网（3G）建设的启动，我国还将建设数以万计的3G基站。通信基站作为通信系统的重要组成部分，其内部温湿度和洁净度等环境参数不仅直接影响着通信设备的可靠运行和使用寿命，更关系到通信的顺畅与安全[1]。通信设备是环境要求较高的民用设备之一,所以工作环境等级也较高，实际长期运行,一般要求温度控制在13℃左右，准确的说是10-13℃之间。
中国目前有超过40万个移动通信基站。按照中国移动的统计，基站耗电占70%以上。开展基站节能降耗成为一个迫切需要解决的问题。对基站节能，运营商提出了很多解决方案，设备厂家也加大研发力度，纷纷提出了绿色基站的概念。 针对这几年绿色基站的实践和我们公司在这方面的研究及成果，本文介绍了利用节能一体化空调进行降温的机房节能解决方案：分析了移动基站的各类设备的耗电情况，结合室内外温度分析了采用一体化空调利用自然冷源节能的可行性，讨论了从基站主设备、配套及网络规划设计三个方面来节能降耗的方法。在此基础上，提出相应的节能系统解决方案并进行了产品设计。最后，对其它一些节能技术进行了分析和研究。
1 绿色基站的实践
1.1 移动基站的设备耗电情况
基站内的用电设备主要有基站主设备(基站收发信机)、传输设备、电源设备、空调、监控设备等5种。对不同的设备厂家及不同的设备类型，基站主设备的功耗不完全相同但差别不大，主设备功耗一般在2kW左右，传输设备功耗一般在100W以下，组合开关电源，其功率损耗较小，一般在50W以下，蓄电池组只有在充放电过程中产生能量消耗，可忽略不计。现有移动基站一般安装2台3P空调，耗电功率在2.5kW左右。监控设备耗电量小，低于10W。由上述设备功耗统计可知，基站总功耗约为4.66kW，主设备功耗占基站总功耗的43%左右，空调功耗约占基站总功耗的54%。由上述分析可知，基站内空调的耗电量占总耗电量的一半多，降低基站空调的耗电成为基站节能研究和实践探索的主要领域[2]。
1.2 全国各区域基站的室内外温度分析
根据基站现场观测结果，室外平均气温在0～25℃的月份，因基站室内设备连续运行发热，室内气温比室外气温高，基站内需开启空调进行散热。而此时，室内外有相当大的温度差，室外冷空气资源是可以被用来降低基站内的热量，这些月份通过节能一体化空调利用自然冷源来实现基站散热节能是非常可行的。
2．基站的节能及一体化空调 2.1 基站的节能降耗
基站耗电主要是主设备耗电和配套中的空调耗电。基站节能降耗的措施可以从主设备、配套及网络规划设计三个方面进行考虑。 2.1.1 基站主设备节能
基站主设备未来的发展趋势是高集成度、全IP化、多载频、高效率数字功放、模块化，这些特征将使新一代基站更省电。
1）提高功放效率及设备集成度 采用数字预失真技术，可以提高功放效率及功放的线性特性，减少基站的发热量。采用高集成度的设计和低功耗的芯片，能够降低基站占用空间，减少机柜数量，达到降低功耗的目的。
2）软件节能技术
通过基站设备耗电的组成可以看出，随着业务信道载频负荷的变化，基站系统耗电波动很大。运营商通过采用软件控制的闲时载频关断技术、时隙关断技术以及业务量分配优化等措施能够降低能耗。
3）分布式基站技术
目前比较成熟的分布式基站技术，是把基站分为基带和射频两部分，用光纤代替传统的馈线将射频部分拉远，可以减少由馈线导致的损耗约3dB，基站消耗的功率将大幅降低。拉远单元可以采用自然散热技术，能够节省温控能耗，占地面积小，安装快捷，可广泛应用于室内覆盖、城区站址困难区域、热点覆盖等场景。
4）降低环境温度要求 设备厂商应通过设计、制造工艺的改进降低设备对运行环境温度的严格限制条件，提高设备正常运转的环境温度上限。通过这种措施也能减少空调的使用时间，达到节能的目的。 2.1.2 机房配套节能
1）基站环境温湿度智能监测控制
机房温度、湿度检测与通风系统、空调控制系统，形成基站机房环境智能监测控制系统，智能开启或者关断通风系统或者空调，可达到省电的目的。
2）基站电源治理
在早期，大量使用谐波电流大的电源，给电网带来严重的污染，使电网波形失真、降低实际负荷能力。开关电源的谐波治理，可以提高功率因数，降低发热损耗。
蓄电池对环境温度要求较高，运营商可以考虑采用专用设备降低蓄电池的温度，而不是把整个机房的温度给降低，这样能够达到节能的目的。采用半导体技术的温控蓄电池柜，可以使内部温度比环境温度低10℃，适合室内室外场景。
3）基站新能源的使用
在合适的站址利用太阳能、风能等新能源作为替代能源，运营商还可以顺利地将电信网络扩展到没有供电网或供电不稳定的地区。 2.1.3 重视网络规划优化
综合考虑基站新技术及成熟程度，运营商应结合实际在网络规划中采用，做到满足网络覆盖、业务需求的情况下，减少基站数量，降低基站发射功率。随着
城市建设及人员迁徙的变化，对无线通信覆盖的需求也会发生变化，通过网络优化可以提高网络资源的利用率，提高业务服务质量。因此，通过合理的网络规划优化可以降低基站数量，降低设备发射功率，提高设备利用率，从而达到降低基站能耗的目的。
2.2 节能一体化空调系统
根据GF014-1995《通信机房环境条件》规定：移动通信基站机房温度应保持在10～35℃之间，湿度应保持在10%～90%；空气洁净度应达到B级。基站节能系统的设计应确保达到上述规定的要求。 2.2.1 节能一体化空调系统工作原理
基站节能一体化空调是一种向通信基站提供诸如空气循环、空气过滤和冷却控制的整体型空气调节机。空调机具有新风自然冷却功能与机械制冷功能，在室外温度合适时，使用新风自然冷却功能，实现基站节能空气调节系统。联动控制系统通过测量室内外温湿度等环境参数，来判断、控制空调系统。在室外温度合适时，使用新风自然冷却功能，实现基站节能空气调节。节能系统充分利用自然环境冷源来进行隔离显热式热交换，以低功率的热交换系统代替高功率的空调工作, 最大限度减少空调使用时间，从而延长设备使用寿命，实现高效节能降耗、降低运营成本。同时，外部空气和内部空气只在芯体内部进行热量交换,外部空气不会进入机房内部, 避免了室外灰尘和湿气对基站环境的不良影响。 2.2.2 节能一体化空调系统的特点
1）节能一体化空调的适用温度范围很宽，为-40～45℃， 2） 高效节能
? 新风自然冷却：基站节能一体化空调根据使用环境特点，综合新风自
然冷却和压缩制冷技术，当室内与室外温差和湿度差达到规定的值时，压缩机自动关闭，打开风门，利用自然新风冷却，综合能效比4.3左右,相比市场上最好的普通基站空调能效比3.0,根据各个地区气候差异，节能率在30-60%之间。 ? 综合能效比高：假设：基站全年1／5时间能够利用室外新风自然冷却；
4／5时间需要启动压缩机制冷。一体机综合能效比：AEER=9.7×（1／5）+3×（4／5）=1.94+2.4=4.32，节能率＝(4.32-3.0)／3.0=44%， 以上节能率根据各个地区气候差异，新风可用时间数不同，节能率各
有差异。 3） 高显热比
针对基站内90%以上都是显热量的特点，基站节能一体化空调为大风量、小焓差、高显热比（≥85%)设计。高效的系统设计，相对于普通基站空调节省20-30%的能耗，并因此避免过度除湿和送风带雾。 4） 室内外机一体化结构
能够满足无人值守基站设备的防盗要求，无室内外机连接铜管减少制冷剂泄漏的隐患，进入冷凝器的空气先由金属滤网过滤，减少维护。 5） 全自动控制，远程监控
控制逻辑如图1所示。
图1 控制逻辑示意图
6） 远程监控
超强的网络管理能力,RS485监控接口，标准通信协议。灵活的主备机切换功能。可实现远程开关机、告警及查询和远程故障处理。 7） 稳定、可靠
关键元器件采用工业等级可靠的知名品牌，确保机组连续、稳定、可靠运行。产品按照每年365天，每天24小时连续运行长寿命设计。
2.2.3 效益分析
1） 经济效益：基站全年的能耗中空调的能耗占到50%左右，同普通空调相
比，盾安基站节能一体化空调节能平均达4５%左右，可见，使用盾安基站节能一体化空调的基站全年的能耗将大大减少、减少了用户的运行成本。
一个基站内，普通空调全年的能耗为10000千瓦时，若采用
盾安一体化系列基站空调，则全年的耗电量将５５００千瓦时，一年下来，将为用户减少４５００千瓦时的电费投入。
由于盾安一体化空调大部分时间内制冷系统不运行，制冷系
统部件磨损大大减少，空调的整体寿命将比一般空调高出很多，普通空调的寿命约5-6年，盾安一体化空调的寿命则长达8-10年，减少了用户再次资金投入。
2） 社会效益：落实国家“节能减排”，建设资源节约型社会的发展观；
减少了空调更换时材料的浪费，为社会节约资源。
2.3 其它基站节能技术
2.3.1 空调添加剂
空调添加剂技术是通过对老化空调添加添加剂，提高空调的工作效率，降低空调能耗。现有通信机房和基站机房中，存在大量的寿命超过3年的空调，对这部分空调添加添加剂，可以起到较好的节能效果。 2.3.2 建筑节能
? 保温层设置优化：建筑保温层设置越好，室内外温度传导越慢，在南方，
增加建筑物的保温性能，可以在夏季节能，但是在冬季却可能不节能；而在北方，增加建筑物的保温性能，无论是夏季还是冬季都可以起到明显的节能效果。因此，在北方广大地区，应该加强基站机房的建筑保温层设置，而在南方，设置多少保温层才最节能则需要进一步的研究。目前，部分厂家已经能够提供可拆卸的门窗保温措施，在南方，夏天应该安装保温措施，而在冬天应该拆卸掉，以利于散热。
?
隔热节能：隔热是通过降低太阳能辐射，单方向影响室外热量传导进室内。因此，在南方采取隔热措施可以有效避免室外热量进入室内，从而降低空调负荷。而在北方，通过隔热，在夏季可以减少空调负荷，在冬季则会增加室内制热设备的能耗。另一方面，隔热涂料的投资比较大，而通过藤蔓覆盖，可以达到较好的投资效益，不过这也会增加蚊虫进入室内的可能性，存在影响基站室内环境的风险。因此，在建议日照强烈的地区，选择市区便于维护的基站进行藤蔓覆盖试点。
3 结语
根据国外先进机房的PUE 指标和国内初步调查的PUE 指标来看，我国的机房能耗比国外先进水平高30～60%，国内机房节能减排产业方兴未艾。通信行业亟需高效节能、高性价比的散热节能系统来实现原有机房的升级改造和新机房建设，机房节能在我国是大有潜力可挖的。
在开展节减排时，应针对各项技术的应用特点，综合考虑其节能效率和经济效率，逐步推进，从而达到更好的节能效果和紧经济效益。
参考文献
[1] 中国移动通信企业标准QB-W-004-2006．基站节能系统技术规范—智能换热器部分[S]。 [2] 杨世忠，侯福平．通信基站节能技术探讨[C]．2007 中国通信网络节能优秀解决方案
汇编：1-5
“绿色基站”的实践与节能一体化空调
