通信基站新风节能系统在夏热冬冷地区的节能分析

张蕾 雷威 杨彬 上海置信能源综合服务有限公司

根据工信部最新发布的《2021 年通信业统计公报》数据显示，2021 年，全国移动通信基站总数达996万个，全年净增65 万个。其中4G 基站达590万个，5G 基站为142.5 万个，全年新建5G 基站超65 万个。2021 年5G网络整体能耗约250kWh，碳排放超过1500万t。

通信基站中各个设备的运行需要恒定的温度和湿度环境，全年24h 开启，在实地调研中发现，基站内空调的温度通常设定在26℃，在此温度设定值下，空调能耗占整个基站耗电总量的40%左右。

在众多基站节能改造技术中，基站新风节能系统是成本较低,使用率较高的一种节能降耗措施。

1 基站新风节能系统介绍

新风节能系统主要由送风机、排风机以及控制系统组成，本身不带制冷元件，根据室内外环境的温度差引进自然新风进行降温，通过气流流通，带走基站内的热量，实现室内温度的降低。新风节能系统与室内外温度采集数据进行联动，根据室内外的温差情况自动启动或停止送风风机。由于不使用压缩机，其耗电量与空调相比可大幅下降。此外，为了保证基站内的环境要求，在进风口处采用HAPE 过滤技术，可有效过滤灰尘虫蚁，保持室内微粒小于5μm，保证了通信器材在一个清洁的室内环境中工作。

空调与新风系统的切换采用红外指令的方式，通过遥控方式空调的启停，为了防止空调的频繁启停，设置10min 的保护时间。同时新风系统具备消防防火功能，防火调节阀平时为开启状态，当发生火灾时自动关闭。

2 夏热冬冷地区基站节能分析

2.1 基站基本情况

选取站点时充分考虑了站内负载、空调参数、蓄电池参数及围护结构等情况，基站情况如表1 所示。

表1 典型基站基本情况

2.2 基站节能量测试方式

根据YD/T 1821-2008《通讯中心机房环境条件要求》中规定，基站内包含蓄电池设备的基站属于三类机房，其温湿度指标如表2 所示。本文的测试数据均按室内温度不超30℃，湿度不超85%进行新风节能系统与空调的节能对比测试。

表2 通讯中心机房环境条件要求

测试参考GB/T 28750-2012《节能量测量和验证技术通则》，以一年为测试周期，采用新风节能系统和空调系统间隔运行的方式，即一天开启空调，隔天开启新风节能系统，通过平台实时监测两天的用电量、室内外温度和湿度。

2.3 基站节能情况分析

基站空调日节能量的计算如公式（1）所示

式中Es为新风节能系统日节能量；Eb为空调开启日的空调用电量；Er为新风系统开启日的用电量。

基站空调日节能率的计算如公式（2）所示

式中F为新风节能系统日节能率；Es为新风节能系统日节能量；Eb为空调开启日的空调用电量。

2.3.1 基站日节能量分析

选取1～12 月的隔日对比数据制得图1 和图2，由图1 可知，当冬季室外温度较低时，机房内的热量可以通过建筑围护结构自然散去一部分，此时的空调用电量较低，当采用新风节能系统时，其换热效果好，可完全取代空调的运行。随着室外环境温度的升高，室内所需的冷量增加，空调能耗相应增加，新风开启时间延长，换热量增加，新风用电量也相应上升。到了夏季，新风系统可开启时间减少，可替代空调的时间也较低。

图1 节能量对比测试数据

图2 节能量对比测试数据

由图2 可知，冬季新风节能系统的节能率最高，可达90%以上，春秋季节的节能率在70%～80%，夏季的节能率在40%以内。随着季节的变化，其节能量呈现低-高-低-高的趋势。值得注意的是，空调节能量的高低和节能率之间并没有必然的联系，冬季虽然节能率高，但由于空调本身用电量的基数较低，其节能量并不显著。本项目中，节能量最高的月份出现在5 月，测试日的节能量为44.3kWh，节能率为78%。

2.3.2 基站节能可利用小时数分析

基站新风节能系统的基本控制逻辑为当室外温度低于室内温度4℃时，新风节能系统开启，空调关闭。即在室内环境温度设定为30℃，只要室外温度低于26℃时，就可满足新风系统运行条件，通过每10min 记录室外温度的实时数据进行累加分析。

宁波站全年新风节能系统可利用时间为6325h，全年有72.2%的时间可以使用新风节能系统。其中11～4 月，室外平均温度低于19℃，新风几乎全天24h均满足开启条件。5～6 月及10 月室外平均温度低于26℃，一天中60%～75%的时间满足新风开启条件。7～9 月随着室外平均温度突破26℃，新风可开启时间降低，9 月约为38%，7 月和8 月不足15%。

成都馆站全年新风节能系统可利用时间为7326h，全年有82.6%的时间可以使用新风节能系统。从统计的数据来看，新风可利用小时数受室外温度影响较大，该站7 月室外平均温度达到28℃，新风可利用小时数为215h，不足30%。10～4 月室外平均温度低于19℃，新风节能可利用小时数达到90%以上。

2.3.3 基站年节能量分析

宁波站从冬季到春季节能量呈上升趋势，其中节能量最高的月份出现在5 月，为460.4kWh。夏季由于大部分时间室外温度超过26℃，其新风可利用小时数低，节能效果不佳，节能量约为70～80kWh。在隔日对比测试条件下，全年空调节能量为3102.1kWh。

按成都站逐月节能量统计，全年节能量为3735.3kWh。与宁波站相比，由于新风可利用小时数增加，其夏季节能效果有所提升。节能量最低的月份出现在7 月，此时室外平均温度为28℃，月节能量为96.8kWh。 节能量最高的月份出现在5 月，月节能量为441.5kWh。

从经济性角度分析，若全年均采用新风节能系统，则宁波站全年预计节能量为6204.2kWh，成都站预计节能量为7470.6kWh。电费按0.7 元/kWh 计算，则年节约费用如表3 所示，回收期约为2～3a，具备良好的经济效益。

表3 节能改造收益

3 结语

本项目选取位于华东和西南的两座城市进行新风节能系统节能效果的测试，在基站环境温度控制在30℃的条件下，室外环境温度低于26℃时，新风系统具备运行条件。通过研究发现，系统的节能效果主要受新风可利用小时数的影响，在夏热冬冷地区，新风年可利用小时数在6000h 以上，全年平均利用率在70%以上，节能效果显著，具备良好的经济效益。