基于热管空调的通信基站节能降耗研究

肖坤平，马卫兵

（中国移动通信集团湖南有限公司，湖南 长沙 410300）

0 引 言

社会对信息消费的特征从传统的语音、短信、邮件这些不连续型信息消费方式过渡到了以数据流量为主、以视频、APP为主的实时在线型消费模式，信息传输容量加大、信息处理能力增强，网络规模随之增大。据统计2018年中国移动年电费支出就达到290亿元，而基站机房电费占70%～180%，根据调查了解，在为数众多的基站中，其空调用电基本上占站点用电的45%左右，如何有效地节能[1-3]，降低电费开支，这是当今通信运营商们需要面对的一个课题。通信技术的迭代非常快，在网的通信主设备很节能了，缺乏可以节电的空间。电源系统和照明耗电占比不高，可以节约的电量有限。

造成基站空调能耗大的原因大致有：一是基站空调粗放式管理，二是基站采用用的是显冷比过低、能效比差的家用式普通空调。因此在降低基站空调节能可从管理和采用高效能空调着手。前期三大运营商不断尝试新风节能系统、热交换器节能系统、自适应控制空调节能系统、空调节能添加剂等节能技术在基站应用，但受制于投资、安全、后期维保等诸多问题，应用推广不甚理想。近年来新型空调节能技术—热管空调在数据中心大量使用，下面介绍热管空调在基站中的应用。

1 热管空调制冷原理

一般来讲，常用空调压缩机功耗，占整个空调功耗的70%～80%，因此降低空调能耗，首要工作是降低空调压缩机耗电，要么降低压缩机功率，要么减少压缩机工作时长，而减少压缩机工作时长节能效果最为明显。目前各节能技术都在减少压缩机工作时长上不断探索求新。

机房热管空调一体机是一种把空调技术和热管换热技术进行结合而构成的新型节能空调，其利用热管技术的工作原理，在低温季节，通过启用热管换热把机房内部的热量带到室外，无需开启压缩机就可对机房内部进行降温，在高温季节自动启动压缩机，通过空调模式对机房内制冷[4-6]。热管空调在全年减少压缩机的启动时长和耗电量，从而提高空调能效。产品设计上，加大蒸发器面积，减少单位面积产生的冷量，从而提高蒸发温度，加大循环风量，做到大风量小焓差设计，减少甚至消除冷凝水的产生，提升冷量有效利用率。

技术原理：热管是一种依靠自身内部工作液体相变来实现传热的传热元件。标准的热管模型由3部分组成：主体为一根封闭的金属管（管壳），内部空腔内有少量工作介质（工作液）和毛细结构（管芯），管内的空气及其他杂物必须排除在外。如图1所示。

图1 热管工作原理

循环过程：热管可分为蒸发段、绝热段及冷凝段。当附着于蒸发段管壁的次冷液体吸收外界热量时，会将液体加热汽化并且产生较高压力，称为蒸汽压，此蒸汽压力是造成蒸汽流往冷凝端（压力较低）流动的原动力，当蒸汽流到冷凝段时会释放出潜热并且凝结成液体，此液体最后利用热管的毛细结构所提供的毛细力回到蒸发处而形成一个循环。如图2所示。

图2 传统空调与热管空调工作原理

2 试点应用

该项技术目前已在湖南长沙、湖南少盐等地进行试点运营。试点安装如图3所示。

图3 试点安装

通过对试点站点挂表监测，一天使用传统空调，一天使用热管空调的方式进行节能评估。从2020年1月—12月，3台热管空调耗电与3台机房空调耗电对比数据如表1所示，热管空调同比全年节约耗电量19 367 kWh，节电率达25.8%。全年能耗曲线对比如图4所示。

图4 全年能耗对比

表1 长沙开福区月湖兰亭传输机房空调耗电量对比分析 单位：kWh

（1）在室外，温度5 ℃以下时，热管空调每台每天耗电20.8 kWh，机房精密空调每台每天平均耗电62.5 kWh，节电率74%；

（2）在室外温度10～15 ℃时，热管空调每台每天耗电35 kWh，机房精密空调每台每天平均耗电83 kWh，节电率57%。

3 结 论

通过热管空调在基站试点，可以看出，热管空调一体机具有良好的节能效果，

在我国除了广东、海南、香港和台湾等气候炎热的地区，全国大部分省市均适用，相较于基站传统空调，整机寿命更长，智能化程度高，可实现远程控制，且维护简便。因此，在基站采用热管空调来达到机房降温的目的，既安全又节能，能达到公司降本增效的目的，该项空调技术具有良好的市场应用前景。