浅析郊外基站机房无空调智能换风

2012-09-25孙永龙

通信电源技术 2012年1期

孙永龙

（中国电信云南文山分公司）

0 引言

移动信号覆盖的广域性，决定了移动基站建设的点多面广、非集聚性。为保证基站各种设备正常运行，须为设备提供一个温湿度保持在一定范围内的环境，这就要求基站须建成相对封闭的机房。由于移动通信设备发热量较大，可能会因室内温度过高而导致系统瘫痪，目前最有效的降温方式是安装空调系统。空调系统所能达到的降温效果是显而易见的，但空调系统所消耗的能源是基站总耗能的一半以上，不但加大了基站的运营成本，而且有悖于当前节能减排的主题。

基站通信机房智能换风系统的出现，在为保证基站机房环境温度达到设备运行要求的同时，又有效减少了空调的运行时长，对降低能源消耗起到了重要作用。安装在高层建筑屋上或野外山顶的基站机房，在安装机房智能换风系统后能降低空调耗能的1／3以上。但存在着一个不可忽视的问题，野外山区机房地处无人居住地区，盗窃现象非常严重，有50%以上的山区无人基站均有被盗的经历，空调室外机被盗较为普遍。虽然各设备维护部门对基站空调设备（设施）采取了各种各样的防盗措施，实际效果却并不理想。空调室外设备被盗现象仍然十分严重。空调室外设备一旦被盗，基站便会因室温过高而导致移动通信设备瘫痪的现象发生。

本文探讨一种适用于郊外通信基站的免空调换风系统。该系统可替代空调系统，并有效保证基站室温达到通信设备正常运行要求。

1 无空调智能换风系统介绍

1.1 空调联动智能换风系统问题分析

空调联动智能换风系统是一种以空调降温为主，辅以正压（主进风、次排风）换风，视机房室温智能联动启停空调、风机进行转换方式的一种换风系统，如图1、图2所示。

图1 基站机房正面图

图2 基站机房俯视图

其工作原理为：以智能控制模块为中心，预设正常室温上限（如25℃～27℃）、低热室温下限及上限（28℃～30℃）、高热室温下限（30℃以上）等控制点。智能控制模块以室内外温度传感器为依托，当室内温度低于正常室温上限时，智能控制模块关闭空调系统及换风系统；当室温高于正常室温上限而低于高热室温下限，且室外空气温度低于正常室温上限时（由于野外基站建设选址通常都基于山坡或山峰顶部，空气流动速度较快，因此空气温度比受阳光照射的固定参照点低3℃～6℃），智能模块启动风机吸入室外空气对室内进行降温；当换风风机注入的低温空气不能满足降低室温而致使室温高于低热室温上限，达到高热室温下限时，智能模块启动空调系统并关闭换风风机，对室温进行降温；当室温降至高热下限、低热范围时，智能模块关闭空调系统并启动换风风机；当室温降至正常室温上限以下时，智能模块关闭换风风机。从而达到既保证通信设备在安全温度下正常运行，又节省了空调系统在低热室温的能耗，达到节能的目的。

但该系统存在着以下几方面的缺陷：一是智能换风系统以空调降温为主，风机换风为辅，风机降温效果较差，风机工作温域较窄，节能效果有限，一旦空调室外设备（设施）被盗（野外基站空调室外机被盗现象比较严重），系统在炎热季节基本不能保障正常室温；二是系统采用正压进风方式，风机吸入室外低温空气后同室内高温空气混合再排出，换热效率较低；三是进风风机同排风风机分设于机房两端，室内气流风道较窄，室内部分热空气得不到有效交换（包含部分发热设备空间），致使温度传感器探测到室温正常，从而发生部分设备温度过高的现象。为解决以上智能通风系统的弊端，现提出一种新型的智能换风系统。

1.2 空调联动智能换风系统原理介绍

“无空调智能换风系统”对基站机房无须要求安装空调系统，从某种意义上来说，建设空调设备的费用足以建成该系统，因此，该系统的投入并没有增加基站建设额外费用。系统采用弱负压换风方式（主排风、次进风）对基站机房进行降温（图3、图4、图5）。

图3 基站机房正面图

图4 基站机房侧面图

（1）系统工作原理

基站室内热源不外乎是各种通信设备，通常设备的摆放是以列为单位。一般情况下，一个野外基站也就摆放一列（大型宏站除外），也就是基站室内热量相对集中在这一列设备中及上方，对该部分强力排热降温，就能达到事半功倍的效果。

图5 基站机房俯视图

“无空调智能换风系统”也是以智能模块为控制中心（带远程数据采集及监控遥信接口，可通过动环监控接入远程系统、也可通过独立移动通信模块接入远程系统），通过温度传感器采集数据为依托，采用以定位强力轴流风机吸风（热）方式排风为主，室外空气（新风）进风风机为辅的换风方式。根据空气动力学原理，热空气位于机房上方，冷空气位于机房下方；通信设备在运行过程中器件不断消耗能量，且部分能耗转化为热量通过器件外部同相对温度较低的空气进行热量交换，被加热的空气逐渐向上流动，带动下部的冷空气流动不断对器件进行降温，但由于机房处于封闭状态，室内空气几乎不能同室外空气进行交换，室内空气的持续加热导致机房室温持续上升，当室温上升到一定程度可能导致通信设备瘫痪和设备板件损坏。“无空调智能换风系统”根据预先设定的阀值，当机房室温达到风机预定开启温度时，智能模块启动进排风风机。由于系统采用弱负压换风方式，排风量略大于进风量，排风风机安置于设备上方顶部，而进风风机安置于机房墙角两方，排风风机距设备较近，进风风机则相对较远。风机启动初期排除的热风基本为机房内温度最高的热空气部分，而温度较低的新风则通过机房下方对角线的两个进风风机风口沿机房下部流至设备列下方并顺着设备架被上方顶部排风风机排除室外，换风风量以1／2～1倍机房容积／min的速度对机房空气进行更换，5～10分钟后，机房内的原空气基本更新完毕并持续地吸入低温空气。按此高效率并迅速地对机房室温进行降温，从而达到保障通信设备在正常室温下运行的目的。

排风风机及集热罩安置于设备列（偏后部）上方屋顶、通过密闭风道（风道截面积视机房面积和风量大小而定）引至室外，进风风机则分别安置于设备列前后对角墙壁（距地面40～60公分高度部位），室内温度探头安装于设备列上方，室外温度探头安装于进风风机室外雨罩内，进风风机室外部分要安装于机房阴面空气流动较大的地方。

（2）系统工作方式

当基站室温在正常室温下（26℃），换风风机处于待机状态；当室温达到27℃～28℃时（按要求设定），智能模块启动排风风机运转中速挡，在通信设备正上方将相对集中的热源强力吸出室外，安置于机房底部对角线上的两台进风风机将温度较低的新风吸入流向通信设备直至顶部，先排后吸的空气流动方式，更有利于空气中的热能交换；当室温超过28℃～30℃时，智能模块启动风机运转全速挡（也可只设一个全速挡，对于室外温度过高的地域可考虑在进风口部位加装水帘循环设施）；当室温降至26℃以下时，智能模块控制风机停机，从而保证通信设备在安全温度下运行，智能控制模块设有火灾风机电源切断功能，当机房发生火灾时自动关闭进、排风风道（口）并切断风机电源。

（3）换风风量分析

普通郊外基站机房室内面积一般为15～25 m2，机房层高为3～3.3 m，空气容积为45～83 m3，低热段换风量为30次／小时，风机风量为1 350～2 490 m3／h，高热段换风量为50次／小时，风机风量为2 250～4 150 m3／h，考虑到滤网的风阻量，风机风量应该比实际大10～15%。

（4）系统优点

一是定点吸热换风，针对热源进行换热，能最大限度的降低换风系统的损耗，换热效率较高；二是风机安装于室内（对于房屋层高较低的机房可考虑在房顶开孔安装），且无需安装空调系统，系统被盗的可能性较低；三是风机能耗较低（500 W以下），大大低于空调系统耗能量，节能效果明显。

（5）系统缺点

一是系统适用地域性，当室外空气温度高于28℃以上时（非室外温度），系统换热效果变差（在有水源的地方，可考虑安装水帘循环设施），因此该系统不适用于海拔较低的沿海及盆地地区以及室外空气流动性较小的基站；二是该系统由于采用负压进排气方式，对室外环境要求较高，不适用于机房室外风尘较大的地区；三是系统不适用于安装有对温度范围要求较高的精密设备的基站。

3 效益分析

一般基站安装两台2～3P空调设备，空调按年每天平均运行9小时计算耗电为：空调功率3.5 k W×9 h＝31.5 k Wh；换能设备排风风机功率为220 W，进风风机为75 W＋75 W，按年每天平均运行15 h计算耗电为：0.37 k W×15 h＝5.6 k Wh。每年节省电费365×（31.5－5.6）×0.8元＝7562.80 元。一年基本可收回“无空调智能换风系统”投资。