【摘要】在国家大力号召各行业实施节能减排的背景下,文章通过分析基站节能减排思路引入了水冷空调,针对广西当地的气候条件阐述了其温控目标、系统配置、运行机制和适用场景,对其经济价值作了评估分析。
【关键词】基站 水冷空调 温控系统 电费成本 节能减排
1 概述
1.1 背景
节能减排和应对气候变化已经成为我国当前社会经济发展的一项重要而紧迫的任务,国家对此高度重视,在“十一五”规划纲要中明确提出了节能减排的目标,要求单位国内生产总值能耗和主要污染物排放总量在五年内分别降低20%和10%。
作为通信大国,我国通信行业每年消耗的能源巨大。特别是近几年通信事业飞速发展,基站大量增加,电能的消耗已成为电信运营企业的一项主要的开销,基站节能减排得到了各电信运营企业的高度重视。在通信网络运营生产工作中大力加强节能降耗,是当前通信运营商的一项重要工作。
1.2 基站节能减排思路
移动网络网运成本包含基站租赁费、基站水电费、维保费、代维费及运维费五部分,据广西联通南宁分公司财务部提供的2009年统计数据,移动网络网运成本中基站水电费占了一半以上的比例,而基站水电费中以电费为重。移动网用电模型见图1:
图1 移动网用电模型
从图1可以看出,通信设备用电约占60%,空调设备约占40%。根据目前的技术水平,降低通信设备用电的主要手段包括选用较为省电的设备、采用载频时隙瞬时关断的技术、选用转换效率高的开关电源等,但下降幅度均不大。而降低空调用电的手段则呈现多样化,只要能保证机房温湿度、空气洁净度达到使用要求,可以采用一切技术可行的更经济、更高效的新思路、新方法、新技术。因此,基站节能减排主要思路应是:降低基站耗电的关键是降低空调的耗电,应尽量降低空调的用电功率和减少空调的使用时间。
2 水冷空调介绍
2.1 技术原理
水冷空调专业术语为蒸发式冷气机,其工作原理是:通过风机抽风,机内产生负压,空气穿过湿帘,同时水泵把水输送到湿帘上的布水管,水均匀地湿润整个湿帘的接触面,湿帘的特殊角度使水流向空气进风的一侧,吸收空气中大量的热量,使通过湿帘的空气降温同时得到过滤,使送出的风变得凉爽、湿润且清新。而未蒸发的水落回底盘,形成水路循环。底盘上设有水位感应器,当水位降落到设定水位时,自动打开进水阀补充水源,当水位达到预定高度,自动关闭进水阀。
水冷空调与传统中央空调有本质的区别。传统中央空调必须是制冷量大于发热量才可以进行降温,因此传统中央空调必须紧闭门窗,隔绝冷气的流失才能达到降温效果。而水冷空调是将室外的新鲜空气经过降温、过滤后送入机房,使机房产生一定的正压将热空气交换出室外。因此使用冷气机必须敞开门窗,或加装负压排风扇才能达到使用效果。
2.2 降温能力
水冷空调的降温幅度与室外气温、相对湿度以及蒸发效率有关。在相对湿度一定的情况下,其降温幅度计算公式为:
Δt=(tw-ts*)×￡(1)
其中:tw、ts为夏季室外干、湿球温度,￡为蒸发效率。
按蒸发效率为85%计算,水冷空调降温效果与相对湿度关系如表1所示:
广西全区的气候多为高温、干旱、少雨,四季气温均偏高。根据气象部门提供的统计数据可知:
(1)广西夏季高温主要集中在6、7、8三个月,夏季平均气温在27℃左右;
(2)气温在27℃以上的时间约2138小时,约占全年时间的24.41%;
(3)全年平均相对湿度为79.1%,夏季6、7、8月平均相对湿度为82%。
在广西使用水冷空调,从表1可以看出:在室外温度27℃、相对湿度80%时,送风口温度约为25.2℃;在室外温度35℃、相对湿度80%时,送风口温度约为32.2℃,因此夏季水冷空调送风口温度约在25.2℃～32.2℃之间。
3使用方式
3.1 温控目标
按照规范,节能减排措施应用的前提是:不得降低通信系统运行的安全性,不得降低通信设备的使用寿命。
目前基站中对高温比较敏感的设备是蓄电池和光传输设备。光传输设备安全运行温度建议控制在35℃以下,温度过高会发生传输设备故障从而导致基站宕站。蓄电池的使用性能和寿命与温度有直接关系:
(1)环境温度越高,有效容量就越高。从0℃到25℃,温度对有效容量影响较大,环境温度每上升10℃,有效容量将增加10%;在25℃后,影响趋缓;到50℃后,影响趋于零。
(2)在适当的环境温度(25℃左右)和适度的电池充放电频率下,蓄电池的使用寿命可达10年。环境温度越高,蓄电池的寿命就越短,环境温度在25℃～35℃之间,寿命缩减50%。
综合上述,环境温度对蓄电池的影响很大,过低会影响其使用性能,过高会影响其使用寿命。而电池充放电频率主要取决于电网供电质量,为不可控因素。因此,可控的是蓄电池的使用温度,建议控制在15℃～25℃,保守计算其使用寿命可达8年左右。
3.2 系统配置
由于蓄电池和其他设备耐高温的程度不一样,将基站的环境分为2个区域,即电池工作区与非电池工作区。电池工作区的温度控制在15℃～25℃,其它工作区的温度控制在35℃以下,这样一来,电池工作区与非电池工作区就可以采取不同的散热方式,从而实现尽量降低空调的用电功率和减少空调的使用时间的目的。
基站分区进行温度控制的具体方案为:
为基站蓄电池配置一个电池恒温柜。由于蓄电池本身发热量较少,主要为防止外部的热量进入电池恒温柜内,因此柜体可采用隔热材料。恒温柜可采用空调制冷的方式,由于采用了分区温控,采用空调制冷的电池工作区空间体积大大缩小,因此恒温柜配置的空调功率也将大为降低。
非电池工作区主要有基站设备和传输设备,其耐高温性能较好。该区域温度控制目标为低于35℃,因此可以采用主用水冷空调+冷备用柜式空调的散热方案。水冷空调是第一散热系统,柜式空调是第二散热系统,在夏季温湿度较为恶劣、水冷空调满足不了温控目标的前提下,才启动第二散热系统柜式空调,从而大大降低了基站总体能耗。另外,由于柜式空调只是冷备用散热系统,因此只配置1台空调即可,无需每站配置2台空调采用自动倒换、轮流工作方式运行,能在一定程度上降低基站建设成本。
水冷空调总送风量视主设备功耗和机房面积而定,总送风量L总计算方法为:
L总=QL/﹛ρ·Cp×e×\[(tw-ts)+(tn-tw)]﹜ (2)
式中:L总,总送风量(m3/h);QL,总冷负荷(w);ρ,空气密度(kg/m3);Cp,空气比热(kJ/kg·K);e,冷气机饱和效率;tw、ts,干、湿球温度(℃);tn,室内设计温度(℃)。
根据广西气候条件数据测算,可得出经验值算法为:总送风量L总(m3/h)与基站总冷负荷需求(w)成1:1对应关系。广西联通典型基站配置如表2:
