DCS分布式冷却系统在通信基站的应用研究



DCS分布式冷却系统在通信基站的应用研究

杨攀，杨帆，刘礼庚，侯宁，吴俊

（中国移动通信集团广西有限公司，南宁 530022）

摘 要针对基站柜式空调耗电量大的问题，创造性地使用基站分布式冷却的方式，达到精确送风，节能高效的目的。在应用实践中检验了分布式冷却系统实际节能量和应用效果，总结出分布式冷却系统应用场景和范围，为更大范围推广应用DCS分布式冷却系统提供实践依据。

关键词分布式；节能；空调

现阶段的基站温度调节方式主要采取传统的柜式空调对整个机房进行冷却降温，温度控制在恒温28℃，机房大小不一，且冷却对象一致，只要是机房中的设备都进行冷却降温，未能对基站设备进行精确降温，制冷效率低，用电量大。此类较粗放的温控方式，导致企业用电成本高，给维护成本带来不必要的支出。

1　基站温控现状及解决办法

目前，基站主要设备包含交流配电箱、开关电源、基站传输设备、蓄电池和基站主设备（收发信设备）等。基站主设备用电负荷大，发热量高，为了确保基站设备在安全温度下运行，需要采用冷却设备对基站进行温度控制。目前主要基站温度控制设备是传统柜式空调。

传统柜式空调采用对整个机房进行冷却降温的方式，无法根据基站设备安全使用温度不同的情况实现精确冷却功能。虽然柜式空调具有结构简单、维护简便和技术成熟等优点，但是无法实现基站设备分区精确降温，制冷有效利用率低，用电量大。

为了解决传统柜式空调用电量大的缺点，减少传统柜式空调不必要的冷量使用，我们提出采用分布式冷却系统（DCS）方式。DCS分布式冷却方式可以在不影响基站正常运行情况下，实现设备精确送冷，提高制冷利用率，达到节约电能的目的。

2　基站分布式冷却系统技术原理

基站分布式冷却系统是一款智能基站专用冷却系统，根据基站制冷需求选择启动大/小压缩机，冷却单元直接对基站设备进行冷却，实现精确分区温控，降低用于冷却基站内部空气环境的冷负荷，提高制冷系统的制冷效率。可实现全年的各种不同气候条件下基站内部冷却需求，冷却方式实现高效节能、稳定可靠运行。其设备运行原理如图1所示。

3　分布式冷却系统特点

针对性强，能量利用率高。DCS系统采用“面向对象的冷却方法”，利用安装在基站室内“分布式”的冷却单元（室内机），有针对性地对基站核心设备进行冷却。DCS设备的此种布局方式，相比传统的空调冷却方式，不仅优化了气流组织，很大程度上降低用于冷却基站内部空气环境的冷负荷，减少基站室外导入的热负荷，同时还可从原理上提高制冷系统的制冷效率，从而减少了制冷机的能耗，实现基站空调节能。

智能控制，实时监测。DCS系统配置的智能控制单元，可根据基站内外的实际温度环境，智能地控制系统的启停以及负荷匹配。此外，DCS系统的智能通信功能可实现等同于现有基站设备的动力监控环境接入，方便实现运行状态远程监测。

4　安装方法

4.1 设备组成

分布式冷却系统的主要组成：室外机、分布式室内机、数据采集及远程监控系统。

DCS室外机：将室内机中排出的高压高温气体在室外（通过风扇）降温散热，冷凝之后的制冷剂液体再经过毛细管送到室内机的蒸发器中去蒸发变成气体以吸收室内的热量，如此反复循环，室内的温度就会逐渐下降。

DCS室内机：直接安装在需要冷源设备的进风口，将冷风送到设备实现降温。可以根据设备冷量需求送冷风，避免不必要的冷量浪费，是实现节能的重要设备。

数据采集及远程监控系统：自动管理DCS分布式空调运行状态，实现温度采集、能耗采集、数据收发和温度控制等功能。

根据被冷却对象布局，配置如下。南宁市福寿养老院基站配置7个DCS末端：5台BTS机柜共5个、传输机柜1个、电池组区域1个，如图2所示。

南宁市民院2基站配置8个DCS末端：6台BTS机柜共6个、传输机柜1个、电池组区域1个，如图3所示。

4.2 现场安装效果

4.2.1 蓄电池区域安装DCS设备

基站铅酸蓄电池对温度要求高，高温会造成蓄电池加速老化，因此电池组区域加装阻燃围帘避免冷源损失增加用电量，通过一个DCS室内机对围帘内温度进行控制，确保蓄电池区域温度控制在25℃左右。

4.2.2 基站设备安装DCS室内机

为了充分利用冷源，DCS室内机安装在设备机柜内，DCS室内机直接对设备送冷风，使设备有效快速降温，冷源有效利用率高，从而达到相比传统柜式空调节能的目的。

图1　分布式冷却系统运行原理图

图2　南宁市福寿养老院基站设备布局示意图

4.2.3 DCS室外机

DCS室外机和柜式空调室外机结构相同，它将由室内机中排出的高压高温气体在室外（通过风扇）降温散热，冷凝之后的制冷剂液体再经过毛细管送到室内机的蒸发器中去蒸发变成气体以吸收室内的热量，如此反复循环，室内的温度就会逐渐下降。

DCS室外机采用双压缩机设计，不同工作模式满足不同的冷负荷，减小压缩机的起停频率，减少能源的浪费。在冬季和过度月份，自动开启载冷剂循环，充分利用室外冷源，减少系统输入功率，降低冷却系统用电量。

4.2.4 数据采集及远程监控系统

智能电表箱负责记录基站原柜式空调和分布式冷却系统实时用电量并通过控制柜上传到能耗管理系统。

控制柜作为整个分布式冷却系统的主控单元，可以检测基站内外的实际温度环境，智能地控制系统的启停以及负荷匹配。此外，DCS系统的智能通信功能可实现等同于现有基站设备的动力监控环境接入，方便实现运行状态远程监测。

5　测试方法及数据记录

5.1 测试方法

本测试采用“同站对比”的测试方法。即选取南宁移动所辖的2个典型基站，基站中分别安装DCS系统1套、智能电表2块（基站原空调和DCS分别单独计量耗电量）、数据采集及EES远程监控系统1套。

测试期间，DCS与基站原有空调轮流运行，运行间隔为24 h，切换由远程监控系统定时完成，切换时间点为每日的00:00。数据采集系统实时记录并上传采集的设备运行状态、温度传感器读数、智能电表读数。测试期结束，根据上传记录的电表读数统计并生成节电分析报告。

5.2 数据记录方法

测试期间，由中程节能和南宁移动共同完成测试数据记录，记录数据包括基站室内环境温度、被冷却对象（主设备）内部温度、电池组区域温度、计量电表读数、DCS及基站空调运行异常报警情况等。根据记录两种冷却系统运行期间的各自耗电量，按照如下公式计算节电率。

6　效果分析

6.1 福寿养老院基站

如表1所示，通过2013年12月至2014年8月福寿养老院基站DCS设备运行数据分析，基站温度正常，基站设备运行良好，DCS节电效果明显。

冷却效果对比：12月～4月DCS冷却效果优于原有空调。5月～8月DCS冷却效果与原有空调持平。

节电效果：DCS运行116天，共节电2078.5 kWh;节电率46.3%。

从福寿养老院基站逐月冷却效果分析图（图4）可以看出，DCS分布式冷却系统节电效果显著的同时机柜温度控制在30℃以下，温度控制效果良好，满足基站使用条件。

6.2 南宁市民院2基站

如表2所示，通过2013年12月至2014年8月福寿养老院基站DCS设备运行数据分析，基站温度正常，基站设备运行良好，DCS节电效果明显。

图3　南宁市民院2基站设备布局示意图

冷却效果对比：12月～2月原有空调冷却效果优于DCS。3月～8月DCS冷却效果优于原有空调。

节电效果：DCS运行118天，共节电2070.5 kWh。节电率36.6%。

从南宁市民院2基站逐月冷却效果分析图（图5）可以看出，DCS分布式冷却系统节电效果显著的同时机柜温度控制在30℃以下，温度控制效果良好，满足基站使用条件。

7　总结

本次测试结果表明，DCS系统可替代基站原有空调满足基站设备运行的温度要求，DCS设备运行稳定可靠。测试周期内的总节电率为南宁市福寿养老院基站46.3%，南宁市民院2基站36.6%，达到预期的30%以上的空调节电目标。参与测试的2个基站具备高负荷基站的代表性，预计在南宁移动整体应用DCS系统可以实现空调节电30%以上的整体效果。总之，DCS分布式冷却系统具备良好的降温和节电效果，具有良好的推广应用前景。

表1　福寿养老院基站数据综合分析

图4　福寿养老院基站逐月冷却效果分析图

图5　南宁市民院2基站逐月冷却效果分析图

参考文献

[1]王鹏英. 新编空气调节[M]. 上海：上海工程技术大学机械工程学院，2003.

[2]陈沛霖，岳孝. 空调与制冷技术手册[M]. 上海：同济大学出版社，1990.

[3]郑爱平. 空气调节工程[M]. 北京：科学出版社，2002.

[4]魏红. 移动基站设备与维护[M]. 北京：人民邮电出版社, 2009,3.

[5]韦惠民等编. 移动通信技术[M]. 北京：人民邮电出版社, 2008,7.

表2　南宁市民院2基站数据综合分析表

Application of DCS distributed cooling system in communication base station

YANG Pan, YANG Fan, LIU Li-geng, HOU Ning, WU Jun

(China Mobile Group Guangxi Co., Ltd., Nanning 530022, China)

Abstract Aiming at the base station cabinet air-conditioning power consumption is big problem, creative use of base stations distributed cooling mode, to achieve accurate air, the purpose of energy efficiency. Test of the distributed cooling system energy saving and practical application effect in practice, summed up the application scenarios and range of distributed cooling system, provide the practice basis for the distributed cooling system promote wider application of DCS.

Keywords distributed; energy saving; air-conditioning

收稿日期：2015-02-28

文章编号1008-5599（2015）04-0014-05

文献标识码A

中图分类号TN929.5