浅谈空调节能在移动网络基站中的应用.docx
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浅谈空调节能在移动网络基站中的应用
谈空调节能技术在移动网络基站中的应用
摘要:
现今业界常用的5种基站冷却方式与节能方式,其中包括1、舒适性分体式空调系统;2、基站节能型空调系统;3、新风节能系统(包括新风一体机与智能通风系统);4、地源热泵节能系统;5、空调添加剂快速制冷节能系统,通过进行了详细的比较与分析,得出不同方式的优缺点分析,可供移动网络基站建设与节能改造提供理论分析与依据。
节能的重大意义:
气候变化将成为21世纪全球面临的最严重挑战之一
——世界经济论坛《2007年全球风险报告》
“十一五”规划纲要提出:
“十一五”期间单位国内生产总值能耗降低20%,主要污染物排放总量减少10%。
——温家宝
中国联通加大了节能减排的宣传和培训,08年有9万人次参加了节能减排宣传活动,利用宣传栏等很多形式宣传节能减排的重要性,并制订节能减排规章制度五百余个,营造了良好的节能减排氛围
——中国联通有限公司运营部王路
关键词:
空调节能移动网络基站舒适空调基站专用空调新风地源热泵制冷剂系统添加剂
前言
当前我国面临着经济快速发展与资源环境约束的突出矛盾,节约资源和保护环境已成为我们的基本国策。
节约能源和资源是深入贯彻落实科学发展观的应有之意,近几年党中央高度重视节能工作,党的十七大提出要深入贯彻落实科学发展观,这为节能减排提供了根本保证。
节约能源作为一项基本国策,已经被提到战略和全局的高度。
全国各行各业掀起节能高潮,节能技术和节能措施都在积极研究和推广中。
当今信息的时代已经到来,人类社会对沟通的需求不断增加,通信服务提供商(SP/ISP/)3G扩大网络的投入,增加网络的覆盖,从而以期达到任何时间、任何地点、可与任何人沟通的效果。
运营公司的移动基站、接入网站、模块局的数量不断增大,特别是移动基站的数量增加非常迅猛。
信息产业部科技司综合处处长钱航表示,目前我国的网络规模已经居于世界首位,随着网络规模的不断扩张,通信网络的核心设备、动力系统以及机房、基站等成倍增加,相关数据表明,目前我国通信网络有上万台的主交换设备、几十万个基站,大量设备的运行需要能源来保障。
我国的通信网络中仅基站配备的设备每年的耗电量就达146亿度以上,整个通信行业耗电量在200亿度以上。
可见,通信行业不仅是一个高科技的行业,也是一个高耗能行业。
同时,这也说明通信网络的节能空间和潜力非常大。
所以如何科学高效利用能源以及降低能源的成本已经成为热点,运营商对低能耗设备需求也不断加大。
据悉,目前基站耗能占据通信行业整体耗能的73%,其中基站主设备耗电占据46%,基站空调耗电占据53%,其他配套设备耗电1%。
目前,基站温度控制在18℃-24℃,空调大多被设置为制冷24℃自动,由于基站是无人值守,很多基站空调全年开启,浪费现象较为严重,如何降低基站空调能耗成为运营商迫切需要解决的问题。
本文对几种新兴的基站空调节能技术进行分析,从技术和经济可行性找出比较适合基站应用的方案。
一、通信基站空调概况
通信基站内通信设备需要24小时*365天连续运转,而且通信设备发热量大,需要快速进行散热以便保证通信设备正常运行,从目前格局来看,基站冷却仍然是以舒适性空调机组为主,部分机房采用了基站专用空调机组,近几年新风冷却系统、地源热泵、制冷系统添加剂等多种方式也有试点和部分应用。
1.1.舒适性分体式空调
舒适性空调机组是基站空调的主力,即采用家用空调柜机或分体机冷却机房,此方案初投资较低,但空调运行费用高,稳定性差,寿命短,而且冷却效果有限,从全寿命周期成本来看,费用并不低。
本文中各种方案经济效益均以舒适性空调作为对比基准。
舒适性空调特点
设计目的
针对为人提供舒适性环境设计
初投资
初投资成本非常低,供应厂家众多
适应能力
适应室外环境能力差,一般在10℃以下制冷就不稳定,而且对空调寿命有影响,冬天制冷效果差。
显热比
0.65左右,耗能严重
控制系统
功能较简单,只有温度显示和调节,风量显示和调节等基本功能,不能实现菜单操作。
网络管理功能
部分机组配有配置有监控口,但仅能实现简单的干接点报警
使用寿命和稳定性
采用舒适性空调设计,设计和运行工况不一致,在机房不间断运行时,故障多,寿命往往只有在办公室或家里的三分之一。
机组采用转子式压缩机、毛细管、塑料风叶及塑料部件,系统可靠性低。
空气过滤效果
采用简单的非常薄的过滤网,效果差
运行费用
显热比低,压缩机能效比低,风量小、蒸发面积小,整机效率低耗电量大
1.2.
基站专用空调
基站专用空调是专门针对基站环境和需求进行开发的空调机组,比舒适性空调机组可靠性更高、更加节能,更好的控制机房的温湿度。
其主要特点是高可靠性、大风量、低焓差、较高的空气过滤效率、以及加热、加湿、除湿等功能。
通讯机房内电子设备释放出大量的显热,基站专用针对机房特点实现0.9以上的高显热比,在机房环境下使用,相对于普通舒适性空调节省20-30%的能耗。
机房专用空调可以提供大风量,机房的空气循环次数每小时可达几十次,大风量有利于机房温度场的均匀分布,防止局部过热情况的出现,以保证精确的温、湿度控制。
同时1~2分钟可对机房内空气过滤一次,保证了机房的洁净度。
较高的出风温度可以避免出风时携带雾滴和过度除湿。
基站专用空调从机组设计、部件选择、保护功能设计等多个方面着手,如采用膨胀阀设计,金属结构件和风扇等,确保基站专用空调的高可靠性。
配备标准监控接口,灵活的主备机切换功能,实现机组自动切换、轮流值班功能。
机房专用空调特点
设计目的
专门针对基站空调设计
初投资
初投资成本高,供应厂家较多
适应能力
适应各种室外气候,可以在-34℃到45℃环境下正常制冷制热。
显热比
大于0.85,节省运行费用
控制系统
全中文大屏幕显示,菜单式操作,具有密码保护功能。
可以记录各主要部件的运行时间,设置参数自动保护,即使停电后也可以保存运行参数和告警记录,具有来电自启动及延时启动设定功能
网络管理功能
有完善的远程网络管理功能,可以实现远程监测和控制,方便集中管理,减少维护费用。
使用寿命和稳定性
选用优秀的部件和系统设计。
而且专为机房24小时不间断运行设计,MBTF可以达到10万小时以上。
机组采用金属结构件,寿命和稳定性有口皆碑。
空气过滤效果
采用ASHRAE20%过滤器,过滤效果好
运行费用
由于采用高能效的压缩机和高显热比设计,而且系统设计更加合理,在机房内运行是比一般舒适性空调节能20-30%
1.3.新风节能系统
新风节能系统利用室外低温自然冷源冷却机房,其基本工作原理是:
利用温湿度传感器探测机房外的空气温湿度情况,当温度低于某个设定值时,开启进风单元的新风风门,进风风机将机房外冷空气吸入机房,排风风机将室内设备产生的累计热量排出机房,通过通风口的设计让室外凉空气在室内形成一个循环再排出到室外达到降温效果。
新风技能系统主要包括两种形式:
新风一体机空调和智能通风系统。
新风一体机空调采用空调和新风节能一体化设计,室外温度高时采用空调制冷,室外温度低时采用新风冷却。
智能通风系统需要和基站空调配合使用,室外温度高时采用基站空调制冷,室外温度低时采用智能通风系统。
目前提供智能通风系统的厂家较多,但各厂家产品的设计理念和细节各不相同,例如与基站空调联动的功能等,例如过滤网设置与维护功能等,良莠不齐,需要实际试用与甄别。
图一:
新风一体机新风冷却模式
图二:
智能通风系统示意图
新风一体化空调和智能通风系统的对比见下表:
方式
新风一体化空调
智能通风
设计目的
针对无空调的基站设计
针对已经有空调的基站设计
初投资
初投资较高
初投资较低
节能率
20%-50%
20%-60%
显热比
显热比大于0.85,运行节能
取决与基站原有空调,如为舒适空调,仅为0.65左右,夏季开启空调时仍严重耗能
网络监控
有完善的远程网络管理功能,可以实现远程监测和控制,方便集中管理,减少维护费用。
部分厂家提供的产品有远程网络管理功能,可以实现远程监测和控制,方便集中管理,减少维护费用。
控制
原厂控制,稳定性好
空调和智能通风分别控制,易产生故障
机房空间
一体化设计,节省机房空间
基站空调和制冷通风分别安装,占用空间大
洁净度
如过滤系统设计不合理,维护不及时,易造成有灰尘等进入机房
如过滤系统设计不合理,维护不及时,易造成有灰尘等进入机房
适用范围
适用于空气质量较好、灰尘小的,或方便维护的城市地区
适用于空气质量较好、灰尘小的,或方便维护的城市地区
土建施工
施工较容易,工作量不大,设备体积较小
空调和智能通风需两次施工
防盗
无室外机,防盗性能好
基站空调室外机易被盗
可维护性
需定期清理过滤网
需定期清理过滤网
1.4.地源热泵
在空调应用领域中,利用地源能量主要是以获取热能为主,目前业内将温度150℃以上称为高温地热能,小于150℃,大于90℃称为中温地热能,25℃以下的地源热能(称为浅层地能),它是可再生能源一种形式。
要想开发和利用大量存在的浅层地源能,当前的技术手段必须是通过热泵技术进行转化方可利用,所谓热泵技术就是一种利用较少的高位能(电、燃油等)将低位能量中的热量转化为高位能量的提升装置。
换言之,热泵也就是像水泵一样,可以把不能直接利用的低位热能(如空气、土壤、水中所含的热能及太阳能、生活和生产排弃废热等)转换为可以直接利用的高位热能,从而达到节省日益紧缺、存量有限的高位能源。
在北方地区,冬季寒冷季节基站需要加热来维持机房的温度,加热目前的空调系统基本采用电加热,效率较低,地源热泵可以有效的利用地下热源,运行效率高。
地源换热系统就是通过导热介质---水,在埋设地下或江河湖泊、海洋中的管路内的循环,进行吸热或排热。
制热时吸取地下热能。
制冷时将房间的热能排于地下。
地源热泵是由:
地源换热系统、热泵机组、室内终端三大部分组成。
地源热泵特点
设计目的
针对有地热资源应用设计
初投资
初投资成本非常高
适应能力
适应室外环境能力差,一般在10℃以下制冷就不稳定,而且对空调寿命有影响,冬天制冷效果差。
显热比
0.65左右,耗能
控制系统
功能较简单,只有温度显示和调节,风量显示和调节等基本功能,不能实现菜单操作。
网络管理功能
部分机组配有配置有监控口,但仅能实现简单的干接点报警
使用寿命和稳定性
采用舒适性空调设计,设计和运行工况不一致,在机房不间断运行时,故障多,寿命往往只有在办公室或家里的三分之一。
机组采用转子式压缩机、毛细管、塑料风叶及塑料部件,系统可靠性低。
空气过滤效果
采用舒适性空调过滤器,过滤效果差
运行费用
节能40%-60%
1.5.
空调添加剂快速制冷系统
制冷系统添加剂产品作用空调系统内部,对其管路、蒸发器、冷凝器的油膜进行深度清洗,使其回到压缩机,并且在蒸发器、冷凝器管路形成一层永久性的保护膜,提高空调系统的热交换效率,减少压缩机的运行电流和运行时间,达到节能的目的。
制冷系统添加剂目前并没有得到空调、压缩机厂家的广泛认同和应用,仅仅在用户端进行小范围的改造,其持久性和节能原理还有待验证。
制冷系统添加剂
设计目的
针对氟利昂类空调系统
初投资
初投资成本比较低
运行费用
节能10%-15%
二、各种方案技术和经济分析
为比较各种方案的综合性能,需要对其技术优劣和全寿命周期成本进行分析比较。
空调系统的全寿命周期成本主要包括空调初投资,运行费用,维护费用。
本文为便于比较,仅仅考虑空调初投资和运行费用,并在以下前提进行比较:
⏹比较的基准为目前基站使用量最大的普通舒适性空调机组
⏹在不同温度下机房负荷会发生变化,假设室外温度为35℃时机房负荷为100%,室外温度为-5℃时机房负荷为0%。
⏹由于基站设备仅散发显热,所以考虑空调显热比对空调冷却机房效果的影响。
⏹不考虑随室外温度变化机组能耗和制冷量的变化
⏹假设室内温度设定点为25℃,新风冷却在15℃时切换为新风制冷模式
分析对比如下表:
方案
技术对比分析
每年
节能率
初投资增加(元)
投资回收周期
机房环境保障
可靠性
维护
舒适性空调
提供基站基本的环境保障
较低
维护量大
0
0
0
基站专用空调
提供良好的环境保障
高
维护量小
20-30%
8000
2.6-4
新风一体化空调
提供基本的环境保障,有可能引入灰尘/湿气污染
较高
过滤网维护量大
30-50%
10000
1.6-3
智能通风
提供基本的环境保障,有可能引入灰尘/湿气污染
较低
比较小(舒适性空调&新风过滤)
20-60%
5000
2-8
地源热泵
提供基本的环境保障
较高
维护量大
40-60%
35000
5-10
制冷系统添加剂
提供基本的环境保障
尚未得到空调和压缩机厂家认同与应用
维护原有空调
10%
1500
2-3
结论:
基站内不同的冷却方案有各自的特点,新风一体化空调综合性价比最高,不但具有较高的节能率和较短的投资回收周期,而且可靠性和可维护性也较好,但需要注意不要应用在室外风沙灰尘特别严重,或不方便维护的地区。
智能通风也具有比较好的性价比,特别是应用在老机房改造方面有其优势,可以方便的在原有条件下加装,但必须验证其设计的可靠性。
但同样需要注意不要应用在室外风沙灰尘特别严重,或不方便维护的地区。
基站专用空调机组可以提供最好的机房环境,而且有较好的节能效果,在比较重要的基站,或偏远、不易维护的基站,应用基站专用空调机组是最佳的选择。
地源热泵技术有比较好的节能率,但其投资回收周期比较长,目前技术成熟度有限,而且地源热泵需要经过相关部门批准才能采用,所以只能在局部地区做些补充和试点。
制冷系统添加剂技术制冷系统添加剂技术虽具有一定的节能效果,但目前并没有得到空调、压缩机厂家的广泛认同和应用。
总之,基站空调节能是必须关注的问题。
采用节能方案时,需要详细分析和实践,并积极推行各种已经成熟的节能措施,完善节能规范,建设安全、节能型通信局站的示范局点并进行总结推广,以达到通信局站既安全可靠又节约能源的目的,将节约型通信企业的建设推向深入。
希望本文能够为基站节能工作提供帮助。
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- 浅谈 空调 节能 移动 网络 基站 中的 应用