移动通讯基站节能技术及产品应用场景分析

常战庭，徐 华

（中国联通河南分公司，河南 郑州 450008）

1 节能减排的意义

节能减排（Energy－saving emission reduction），就是节约能源、降低能源消耗、减少污染物排放。《中华人民共和国节约能源法》所称节约能源（简称节能），是指加强用能管理，采取技术上可行、经济上合理以及环境和社会可以承受的措施，从能源生产到消费的各个环节，降低消耗、减少损失和污染物排放、制止浪费，有效、合理地利用能源。

我国“十二五”规划纲要提出单位国内生产总值能耗降低20%左右，主要污染物排放总量减少10%。国资委要求“十二五”期间央企万元GDP综合能耗下降20%，同时强调要加大节能减排技术创新投入，加快完成节能减排重点工程建设，建立推行清洁能源发展新机制和合同能源管理新模式，强化节能减排管理和完善节能减排考核。

通信行业为促进经济发展、社会进步，提高人民生活质量，提升经济社会发展的效率和信息化水平发挥了重要作用。随着信息化建设的加速，通信行业消耗的资源和能源也越来越多，因此节能减排成为通信行业必须要认真面对和切实抓好的一项紧迫任务。

2 基站节能减排的种类

为配合通信行业节能减排工作的实施，各生产厂家根据通信基站的机房结构特点，设备功耗，设计研发了不同类型的节能产品，并在相关测试中心进行模拟测试，确定其节能效果后在各通信基站推广应用。

目前，在通信基站已应用的节能产品主要有8种：智能新风节能系统、新风分区及精确送风节能系统、热交换节能系统、热管节能系统、蓄电池恒温柜、活动板房隔热涂料改造、开关电源模块休眠改造、室外机纳米涂层。

（1）智能基站新风节能系统

智能通风节能系统设计原理是通过直接引入室外温度较低的空气来使室内较高温度的空气降温。

智能通风节能系统工作原理：利用温湿度传感器探测机房内外的温湿度情况，当机房内温度达到某个设定值，且机房内外达到设定温差时，开启进风单元的新风风门，开启风机，将机房外冷空气吸入机房，冷空气与机房内热空气进行热交换，使机房内温度得以下降。同时，维持机房一定的正压开启排风单元的排风风门，依靠正压或风机排出机房内的热空气。机房外的冷空气被吸入时经过过滤装置的处理，如图1所示。

（2）新风分区及精确送风节能系统

新风分区及精确送风节能系统设计原理是以“设备为本，冷却设备为先”，改变传统的风道、风管及风帽上送风的方式，不以冷却环境为先，而是先冷却设备再冷却环境。

图1 智能新风节能系统工作原理图

新风分区及精确送风节能系统原理：利用基站内蓄电池组与基站设备对工作温度的不同要求，将两类设备进行冷热分区隔断，蓄电池区温度控制在25～30℃，基站主设备温度控制在35℃左右，系统通过自然冷源或空调冷源对基站机房进行温度分区控制，从而达到最佳的节能效果，如图2所示。

系统采取精确排热，按照设备的不同温度要求，进行精确输送冷量，使基站90%的热负荷，通过排热系统排出，剩余10%的热负荷，通过空调冷却。

图2 新风分区及精确送风节能系统示意图

（3）热交换节能系统

智能热交换系统节能技术通过隔离换热，排出基站内部的热量，在满足室内温度的同时，不影响室内空气的质量。从而延长基站内通信设备的寿命。

智能热交换系统节能技术采用显热换热器为核心部件，室内外空气在换热芯体内进行能量交换。系统将室外新风引入显热交换器，对室内空气进行冷却降温处理，然后再排出室外；被冷却后的室内空气在送回室内，达到为机房降温的目的。室外冷新风与室内空气本身无交换，仅交换热量，如图3所示。

（4）热管节能系统

热管换热器系统设计原理：当基站外温度低于基站内温度时，利用自然温差来冷却室内有空气，实现自然冷却降温功能，减少空调的工作时间，从而达到节能的目的。

热管换热器系统是利用蒸发制冷，使得热管两端温差很大，使热量快速传导。充分利用外界冷源，在完全隔离外界空气的粉尘、潮气的基础上，对内部环境进行散热，如图4。

图3 智能热交换节能系统示意图

图4 热管换热器系统工作原理图

（5）蓄电池温控柜

电池温控柜设计原理：是一款针对基站内蓄电池组设计的空调设备，可以为蓄电池组提供一个最适宜的局部温度环境，使基站内其他电子设备减少对制冷量的需求，从而大大降低基站制冷设备的总功耗，达到节能的目的，如图5。

基站内不同设备的工作温度存在差异，其中蓄电池的工作温度在25℃左右，而其它通信设备的温度可达35℃以上，同时蓄电池的功耗远远低于其它通信设备，因此采用电池温控柜，将蓄电池组温度单独控制，提高基站内空调的设定温度，从而达到节能目的。

图5 机房内部布局图

（6）活动板房隔热涂料改造

由于条件限制，不少通信基站机房的建筑采用自建的活动板房，其主要材质为彩钢板。彩钢板房的一个主要特点就是保温。因此采用彩钢板的基站，其室内温度较其它形式的基站机房高。而隔热涂料是采用多功能底漆、隔热中间漆、氟硅面漆三合一组成，具有良好的基材附着力、隔热能力和防热辐射能力。

基站活动房外表面用热反射隔热涂料涂装后形成的涂膜可有效反射太阳辐射热能量由涂层表面向室内传导总量的83%以上，从而极大地抑制由于日光照射引起的室温升高。同时隔热涂料具有良好的防水效果，更适合恶劣的野外环境，可确保活动板房基站不受酸雨的侵蚀。

（7）空调室外机纳米涂料

通过一层很薄的、喷涂在换热器铝箔表面的纳米保护层，防止铝箔氧化、腐蚀、防水排尘、免积油垢。使空调换热器铝箔在纯铝的条件下工作，达到最佳的换热效果，保证空调压缩机更有效地被使用，能够快速达到制冷温度，更多地在省电模式下工作，以达到节能的效果。

（8）开关电源模块休眠改造

根据目前基站开关电源配置原则，开关电源模块的数量以保证负载最大功耗状态下的供电，同时有足够的容量用于电池充电，并考虑N＋1冗余。但在系统日常运行时，开关电源模块的负载率往往较低，系统效率也普遍不高。通过升级系统监控模块使其具备能控制整流模块休眠功能，实现基站开关电源模块休眠，设定整流模块轮流工作时间，不但延长整流模块寿命，而且提高了整流模块效率，达到节能减排目的。

系统通过关闭部分整流模块（休眠），将负载量集中于少数几个模块。系统会根据负载变化，动态调整实际运行的模块数量，使其保持工作于最佳效率点附近。

3 节能减排技术的研究目的

研究通信基站节能减排技术，主要是追踪各类节能设备在不同环境、不同气候、温度情况下节电效果，分析其最佳适应环境及场景，最终总结各类项目对应场景及能效，从而将节约一度电落实到每一个基站，以实现降低运营成本，进一步提升企业利润，增强企业自身的核心竞争力。通过该项目的研究，能为节能减排工作深化开展、制定节能减排规划提供支撑；为能源预算管理提供参考。

4 节能减排技术的原理及分析

分析各通信企业财务数据，其主要耗电量来自基站，基站耗电量主要来自于空调和通信设备，而空调的耗电量大约占基站总耗电量的40%。因此如能有效降低空调的使用时间，则能达到降低基站总能耗的目的。

4.1 基站应用节能减排技术的原理

统筹考虑当地的四季温度、昼夜温差、基站所处地理环境、基站内相关设备的数量和容量，将节能设备与空调设备进行联动，设定相应的温度，在室内温度和室外温度相差达到设定温度时，开启节能设备，同时空调停止工作。

4.2 基站节能减排技术效果分析

本文拟采用同比的分析方法，以节能设备使用前后电费变化为分析依据。即本年度同期指标与上年度同期指标进行对比，得到相关数据。通过对采用节能设备的某些基站在不同时期耗电量追踪进行同比计算，得到相对条件下准确的节电率。节能设备特点及节电率如表1。

（1）各类节能技术节电率的计算周期不同，节能设备采用不同的监测周期，本课题以1个月或1周为测试周期。即原空调系统在单独运行周期内基站的耗电量和电费，启动节能设备后，节能设备与空调联动，在相同周期内基站的耗电量和电费。

（2）当室内外温度在节能设备设定温度范围内时，节能设备运行，空调停止运行。当室内外温度超出节能设备设定温度范围内时，空调运行，节能设备停止运行。

（3）原基站耗电量及电费，使用节能设备后耗电量及电费。

节电率＝（使用前用电度数－使用后用电度数）／使用前用电度数×用电天数／365

表1 节能设备特点及节电率

5 基站节能减排应用场景分析

各类节能技术的节电效果，不仅受到基站环境条件、通信负荷、外界气候条件、空调及节能设备的工作效率等多种因素的影响，同时也需统筹考虑各基站实际情况。

通信基站的用电一般采用市电直接供电方式，节能技术的应用具有针对性，首先需针对基站设备能耗较高、电费结算单价比较高的基站，对于已实施合同能源管理项目的基站、电费外包的基站、存在偷电现象及跑冒滴漏的基站可暂不实施。各类节能设备的适应性对比如表2。

表2 各类节能设备的适应性对比

6 基站节能减排组合实施方式

根据每类节能技术的特点并结合各地市基站的实际情况，8类技术中可采用多种组合或一种方式实施，如表3。

7 结 论

节能减排已经成为我国的重要基本国策，通信运营商也在积极地开展节能减排工作，以减少对环境的影响，节约能源，节约成本。本文对目前基站节能设备的研究和分析，可协助通信企业降低运营成本，并实现企业可持续发展。