一种通信机房空调室外机智能清洁节能系统

陈大裕 卢运运



一种通信机房空调室外机智能清洁节能系统

陈大裕 卢运运

中国移动通信集团广西有限公司梧州分公司网络运营中心，广西 梧州 543002

节能减排以科学发展观为指导，加快发展现代能源产业，坚持节约资源和保护环境的基本国策，把建设资源节约型、环境友好型社会放在工业化、现代化发展战略的突出位置，努力提高可持续发展能力。通信运营商积极开展各种节能减排措施的研究及应用，如基站智能通风系统、空调节能添加剂、反射材料等。提出一种广西移动自主研发的基于基站空调室外机智能清洁节能系统，并从此系统产生的背景、技术方案、应用效果及专利申请方面进行了介绍。

通信机房；空调室外机；智能清洁；节能系统

中国目前超过百万个移动通信基站。按照中国移动的统计，基站耗电占整个公司总耗电量的60%以上，加快节能减排技术研发，加快节能减排技术产业化示范和推广，加快建立节能减排技术服务体系，推进环保产业健康发展。本文提出一种广西移动自主研发的基于基站空调室外机智能清洁节能系统，并从此系统产生的背景、技术方案、应用效果及专利申请方面进行介绍。

1 基于基站热量控制的综合节能系统产生背景

1.1 研究基站空调节能的价值

通信基站是一个封闭的空调，主设备产生热量通过空调进行交换，经过统计空调用电在基站耗能中占40%～50%比例，在POE能耗中对基站空调节能研究具体较高的价值[1]。

1.2 空调室外机智能清洁应用情况

基于投资成本考虑，基站一般配置1台空调，空调在长时间运行后，室外机积聚大量的灰尘，导致空调室外机散热不良，室内机制冷效果变差，能耗增加、故障率增加，维修成本高。经过数据分析，空调室外机不及时清洗，造成空调故障率高达30%。

广西处于中国南部，亚热带季风气候，夏长在5个月以上，7月平均气温35 ℃。

因此针对性研发一种新的节能系统，从根本上提高空调运行效率，进一步提升空调节能效率。

2 基于基站热量控制的综合节能系统技术方案

2.1 系统总框架

根据空调室外机日常维护清洗方式进行改良，一套基于基站空调室外机智能清洁节能系统的框架模型被设想出来，如图1所示。

雨水被雨水收集装置收集后顺着管道流到过滤器；空调排水管收集空调冷凝水后汇流至储水罐；水泵将储水罐加压至喷淋装置；喷淋装置再向室外机喷发清洗。

①雨水收集装置；②空调排水管；③储水罐；④水泵：⑤喷淋装置。

系统分为五个部分：雨水收集器、储水器、喷淋控制器、水泵及喷淋装置。其中主要的节能部件为喷淋装置部分；雨水收集器为辅助部分。以下我们对系统进行介绍。

2.2 系统各部分功能及设计标准

2.2.1 清洗室外机的水源获取途径

（1）收集空调自身产生的冷凝水。空调在制冷时，室内机的盘管温度低于水的露点温度，这时候含有水分的空气经过室内盘管就会产生冷凝水，排向室外。

（2）雨水收集装置。根据机房排水进行截留，经过滤后流到储水箱，成为清洗用水，如图2所示。

图2 雨水收集装置

2.2.2 系统控制箱

采用RISC单片机作为主控单元控制器，分别对储水箱水位、时间和次数进行设定和控制。当达到设定的清洗条件后，会控制水泵将清水加压送到喷淋装置对室外机进行自动清洗。

图3 系统控制箱及电路图

控制箱的核心部件（如图3所示）：时间控制器是根据季节、时间段和次数等发送指令给控制系统以确定是否需要工作；RISC单片机主控系统是系统控制部分，供电经进电接线口输入，系统经时间控制器和RISC单片机进行数据处理，按设定进行工作。

控制器的核心算法：（1）水位控制器的信号线直接连接单片机主控系统，当集水箱水位到达设定高度时，水位检测器发送指令至单片机主控系统，开启水泵进行清洗，水位下降到指定位置时，关闭水泵；（2）时间控制器可以设定时间段进行清洗。到达设定条件后，时间控制器会发送信号给单片机主控系统，控制水泵工作[2]。

2.2.3 喷淋装置

喷淋装置根据空调室外机尺寸现场加工，距离空调冷凝器后及左右5～10 cm。喷淋装置由三横三纵的PVC管材加工，横向、纵向管道的相邻两个喷头为45度交叉方向，实现交叉喷淋，使喷淋清洗面积有效覆盖空调室外机，如图4所示。

图4 喷淋装置安装效果图

3 基于基站空调室外机智能清洁的节能系统应用

3.1 系统节能效果

维护人员对梧州碳素厂及东山冲基站空调进行应用前后的数据测量和对比，见表1、表2。空调参考设定制冷温度28℃，如图5所示。

图5 现场测试数据

表1 梧州碳素厂基站空调应用室外机智能清洁系统前后数据对比

表2 梧州东山冲基站空调应用室外机智能清洁系统前后数据对比

3.1.1 电费节约

水泵功率370 W，次运行10 s，月运行4次，水泵能耗可以忽略不计。

梧州碳素厂：根据表1测算空调的节能率为：（4.18－3.77）/4.18=9.8%。

梧州东山冲：根据表2测算空调的节能率为：（5.21－4.41）/5.21=15.3%。

计算整套清洗系统的平均节能率为：12.5%。空调月均用电约为900度，则每基站年节省电费=900度×12.5%×12月×1元/度=1350元。

3.1.2 空调室外机清洗维护成本

根据维护规程空调室外机清洗每季度一次，按照代维服务框架，空调室外机清洗维护费用为550元/次，使用自动清洗装置后，一台空调年节约空调维护费550×4=2 200元。

3.1.3 清洁节能系统维护成本

水泵使用年限4～5年，日常维护成本对雨水过滤箱中的海绵进行更换，按代维框架巡检单价为160元/次。

3.1.4 有效降低空调设备维修费用

2016年4月完成梧州东山冲、碳素厂、医药公司、下三云、嘉禾基站的空调室外机智能清洁节能系统安装，在4～9月份期间运行良好，未发生故障。2014—2015年上述5个站点年维修约12站次。

3.2 节能系统的经济效益

3.2.1 直接的经济收益

系统投资成本：雨水收集装置1 200元，水泵500元，喷淋装置1 300元，安装调测费500元，系统的总造价为3 500元。

通过对基站空调用电量的测算，基站每年节能电费1 350，加上空调清洗维护成本2 200元，计算年平均收益3 550元。

节能系统的成本回收周期为：（3 500+160）/（1 350+ 2 200）=1.03年。

3.2.2 间接的经济收益

间接的经济收益即社会效益：积极响应国家的绿色环保、降耗节能号召，塑造绿色环保企业形象。

3.3 节能系统创新点

（1）无须使用外部水源，利用空调自身冷凝水及雨水，通过储水箱、喷淋控制器、水泵、喷淋装置四大部件构件形成空调室外机自动清洗系统实现室外机的自动清洗[3]。

（2）通过雨水收集器、储水器、喷淋控制器、水泵及喷淋装置五大部件构件形成空调室外机自动清洗系统并进行专利申请。通过专利检索，目前有一种类似专利产品。此专利产品使用的清洗水源仅仅来源于空调在制冷时产生的冷凝水。空调产生的冷凝水减少后便无法满足清洗的需求，不适用于移动通信基站。为保证与现有专利进行差异化挖掘，本系统融合了雨水收集与冷凝水收集装置，克服现有专利产品在天气干燥及密闭的机房环境中无法获取充足清洗水源上的缺点，并利用单片机自动控制技术。

4 总结

基于基站空调室外机智能清洁系统首次在通信行业应用，产品构造简单、投入成本低、实现智能化自动操作，适用性与灵活性强，具备低成本投入、高效能产出的特点。

该项目已经在梧州城区20个基站的空调上应用，取得了良好的应用效果，体现其实用价值。在结合项目应用的工作经验得出推广建议，该项目特别适用于空调运行时间长、无法获得水源的基站上使用。

[1]魏三强，朱军. 一种通信机房空调节能降耗技术方案设计[J]. 重庆理工大学学报（自然科学），2012，26（6）：102-106.

[2]徐兴江，宋亚军，侯福平. 通信机房用智能冷源塔节能空调系统的设计和应用[J]. 电信技术， 2017（4）：26-29.

[3]章若冰. 一种新型的通信机房通风节能控制器[J]. 科技创新导报，2010（12）：20-21.

Intelligent Clean Energy-Saving System for Communication Machine Room Air Conditioner Outdoor Unit

Chen Dayu Lu Yunyun

China Mobile Communications Corporation Guangxi Co., Ltd.,Wuzhou Branch Network Operation Center,Guangxi Wuzhou 543002

Energy conservation and emission reduction are guided by the scientific concept of development, accelerate the development of modern energy industry, adhere to the basic national policy of conserving resources and protecting the environment, and put a resource-conserving and environment-friendly society in a prominent position in the industrialization and modernization development strategy and enhance sustainability. Communication operators are actively engaged in the research and application of various energy-saving and emission reduction measures, such as intelligent ventilation systems for base stations, energy-saving additives for air conditioners, and reflective materials. The paper proposes a smart clean energy-saving system based on base station air conditioner outdoor research and development independently developed by Guangxi Mobile, and introduces the background, technical solutions, application effects and patent applications generated by this system.

communication room; air conditioner outdoor unit; intelligent cleaning; energy saving system

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