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基站节能方法探索前言我公司基站耗电成本支出在整个网络运营成本支出中占到了近1/3，除主设备正常耗电外，为保证基站设备运行正常的工作环境，基站用空调也在大量消耗电能，基站空调电能消耗除与基站内设备发热多少、机房面积大小（影响热能扩散）以及机房类型（板房、砖混房）有关外，与室外气温（影响自然散热量）也有较大关系；另外，电源设备的转换效率中，无功功率的大小也对基站电能消耗有一定影响。以下我们将从空调自身耗电、内外部及气温环境影响、电源设备效能以及基站其它相关设备节能方法上探索基站的节能措施。一、 针对空调的节能换言之，针对空调节能即在保证基站内相关设备正常工作环境温度（节点站不超过24、普通基站不超过28）的前提下让空调不工作或少工作，减少空调电耗，下面我们先进行空调能耗影响相关数据整理：u 基站常用3P空调性能参数：1、 制冷功率：2250W（1P折合功率750W）2、 空调压缩机启动电流：28-31A（以基站常用3P为例）3、 空调压缩机工作电流：11A（以基站常用3P为例）4、 空调内风机功耗：150-200W（以基站常用3P为例）u 基站墙体传热系数：传热系数是指围护结构两侧空气温差为1度（），1秒时间通过1平方米面积传递的热量，单位是瓦/（平方米度），墙体越宽传热系数越低。1/传热系数=墙体厚度（米）/导热系数（通过此公式可以得出墙体越宽则传热系数越低），红砖的导热系数一般为0.49 W/(m.k)。1、 基站砖混结构墙体传热系数为1.8-3.0之间2、 活动板房墙体的传热系数为0.5以下3、 地面的传热系数一般取1.74、 基站传热面积为墙面面积与顶面和地面面积之和5、 通过传热系数和相关材质以及面积计算可以获知内外温差时的可传热功耗u 基站设备热功耗：基站设备内电能消耗多数均转换为热能释放出来，其计算方法一般是以直流负载总功耗*0.8（修正系数）再加上空调内风机功耗获取。示例：当基站的发热功率与通过传热功耗相等时达到热平衡状态。简单说如果室内发热功率为3000W时（室内温度要求24），若计算后温差1时通过传热传递的功率为300W，则需要室外温度达到14时才能保证在空调不工作的情况下达到使室内温度保持在24，如果室外温度低于14，则室内温度会低于24。u 基站内设备正常工作温度和耐受温度：设备类型工作温度（）耐受温度（）超过耐受温度表现BTS设备传输设备蓄电池2528容量下降、使用寿命缩短动环监控其它数据设备自贡1年各月天气情况：2006年温度变化范围（）平均气温（）1月份温度为5-10度平均温度为7度2月份温度为9-14度平均温度为9度3月份温度为12-19度平均温度为14度4月份温度为15-24度平均温度为18度5月份温度为18-28度平均温度为23度6月份温度为20-29度平均温度为25度7月份温度为23-32度平均温度为28度8月份温度为25-34度平均温度为30度9月份温度为23-30度平均温度为26度10月份温度为18-25度平均温度为20度11月份温度为13-19度平均温度为14度12月份温度为7-12度平均温度为9度2011年天气情况月份温度变化范围（）平均气温（）1月份温度为4-9度平均温度为7度2月份温度为5-13度平均温度为9度3月份温度为10-16度平均温度为13度4月份温度为16-23度平均温度为19度5月份温度为20-26度平均温度为23度6月份温度为22-26度平均温度为24度7月份温度为25-29度平均温度为27度8月份温度为24-30度平均温度为27度9月份温度为20-25度平均温度为22度10月份温度为16-20度平均温度为18度11月份温度为10-16度平均温度为13度12月份温度为6-11度平均温度为9度各年气象部门提供的月温度变化范围和月平均气温变化不大。我们再以标准4m*4m*2.5m正方形机房为例，直流24V电源（实际电压为27V），空调内风机功耗200W，修正系数0.8，基站最大电流150A来核算为保证机房内设备正常工作温度为28度时在通过室内外传热平衡的情况下允许的最高室外温度（不考虑外部太阳光和风的影响），如下表：直流电流A总热功耗W传热面积m2单位温度传热W室内外温差室外温度150340072129.626.21.8140318472129.624.63.4130296872129.622.95.1120275272129.621.26.8110253672129.619.68.4100232072129.617.910.190210472129.616.211.880188872129.614.613.470167272129.612.915.160145672129.611.216.850124072129.69.618.440102472129.67.92066.221.8u 通过以上相关数据的收集，我们从如何节能上开展空调节能措施研究：1、 手动关断空调节能通过以上数据分析，手动关断空调节能需要保证在设备正常工作温度低于28的条件下，通过室内外传热使室内温度保持在28及以下时达到传热平衡。从上边的数据计算，我们可以综合得出，在每年的1、2、3、11、12五个月时间段，在基站总面积为72平方米以上以及直流设备负荷不超过80A（24V开关电源系统，48V开关电源系统的设备负荷应不超过40A）时可以进行手动关闭空调节能。手动关闭空调节能适用于砖混机房类型，而活动板房通过测算在直流负荷为30A（24V系统）时要保证机房内设备正常工作温度，室内外温差需要达到28以上，为此室外温度至少要在0度以下。在实际应用中还需要根据实际传热面积、光强和风力（影响传热效率）、室内发热设备多少、设备安装时的散热布局等来确定平衡点的室外温度。2、 智能关断空调节能智能关断空调节能方式是通过对室温的采集，以另外的控制部件实现空调自动关闭和开启。控制部件有两种实现方式：一种是采用温控仪进行控制（温控仪具有温度采集、相应设定温度值进行启停驱动控制的作用），另一种是通过基站动力环境监控系统进行控制（动环监控具有室温采集功能，同时具有根据温度设定条件输出控制通断信号的功能）这两种方式均为弱电驱动，需要外加相关的交流继电器。在实际应用中，通过相关设置（室温高于28时接通空调电源制冷、当室内温度降为24时关闭空调电源、空调设定制冷温度为24）可以达到节能的目的：1) 一种是在室外温度能保证通过室内外传热达到热平衡而室内温度不超过28时，长期保持空调关闭状态；2) 另一种是在1天中的某些时段或某几天因室外气温满足传热平衡而室温又能保证28时关断空调电源节能；3) 还有一种情况是传热不能使室内温度保持低于28时，通过在24和28两个温度点之间进行空调启停控制，这种工作方式能达到减少压缩机频繁启动（前面曾介绍过压缩机启动瞬间电流消耗功率是压缩机正常工作时的3倍），同时还可以减少压缩机工作时长两方面达到节电功能。不仅如此，在温度相差不大（24-28）时空调的制冷速度和效果最好（如果室内温度为30，制冷温度设定为20，则很长时间均感觉不到已达到20度制冷目的，而且空调还容易出现工作保护现象）。（通过前面曾介绍过的空调制冷功率以及内风机功率计算，一台空调按额定制冷功率满负荷工作，一天的耗电为58.8度，如果因室内发热量较大以及空调外机散热差，单台空调的日最高耗电量可达近70度，我们原来经过测试有基站曾达到过67度电）3、 新风系统节能新风系统工作示意图如下：室内热空气室外冷空气新风系统是在室外温度低于28条件下，在自然传热不能有效保证室内温度低于28时的补充热交换设备（与空调联动），其进行室内外的热量交换（将热量从室内交换到室外）的速度比自然传热快得多，交换的热量也比空调多、比空调快，唯一的条件限定是必须满足室外温度低于28。其工作原理是在室外温度低于28，达到设定的室内启动温度（如26）时开始工作，设备一般由控制器、抽风设备、排气设备构成，若通过新风热交换系统仍不能保持室内温度低于28时，控制器控制自动关闭新风系统运行转为空调运行制冷。通过前面收集到的自贡年各月天气情况，我们得出以下适用场景：1) 所有基站均适用，根据需求可以采用不同通风量的设备；2) 活动板房基站对空调的节电效果比砖混机房好，原因是活动机房因自然传热比砖混机房差，空调的耗电比砖混的要多，活动板房采用新风系统进行热交换与砖混采用热交换的换热量基本相同，这种情况下相对空调来说活动板房的空调耗电要比砖混机房的空调耗电更节约；3) 活动板房在室外温度低于28以及低温天气情况下采用新风系统的价值较高。由于活动板房之前测算过传热平衡的室外温度基本为0左右，而且还要求设备负荷不超过800W，这样为保证机房内设备正常运行势必要求空调低温天气也要工作，这样不利于空调节能，若采用新风系统则能有效保证机房温度，同时可控制空调不工作达到空调节能的目的；4) 与第3）点同理，基站机房发热量大的基站在低温天气（一般要求气温低于20）情况下采用新风系统可替换空调制冷节能，这样即能保证自然传热，同时通过新风系统（只要新风系统的风机风量满足要求）换热可以保证发热和散热在设备正常温度范围内保持平衡。机房发热量大的基站在低温天气情况下通过自然传热作用可能达不到保证机房28环境的要求，而采用新风系统则很好的替换了空调的作用，相当于极大增加了自然传热；5) 普通砖混基站由于在低温天气情况下利用机房的自然传热可保持室内温度28，在室外温度不能保证自然传热平衡的情况下（15以上），采用新风系统换热加自然传热可以保持基站内设备正常工作温度，这时要求的室外温度一般为26以下。6) 夏季6、7、8、9月的夜间低温范围为20-25，显然，新风系统在夏季也有一定的工作时段，对夏季空调运行节能也可以起到一定作用，而且夏季因气温较高，空调设备基本处于长期运行，新风系统对空调的节能在绝对值上也较大，活动板房一天对单台空调的节能可达30度以上，同时基站设备较多且发热量较大的基站采用该类设备后的节电也能达到该节电水平。7) 通风系统的控制器和室内外温度传感器件因长期运行以及环境温度影响不太稳定，需要通过低成本维保方式保证通风系统能正常工作。4、 热交换系统节能热交换系统为室内外热交换完全密闭的换热系统，其中室外部份有下进风和上出风风口，用于将室外冷空气吸入换热系统内，通过在室内热交换系统内进行热交换后的热空气排出室外；而室内部份则包括上进风口和下出风口，上进风口将室内热空气（热空气因密度低处于机房上部）通过热交换系统的换热芯体进行换热处理，通过下出风口将热量较低的空气从热交换器下部排出。热交换器的主要部件包括了室外的进排风风机，室内的进排风风机，热交换器的换热芯体。其原理图如下：1) 适用环境要求：在室外温度低于28时可通过墙体自然传热进行一部份机房室内热量的传热（从室内到室外），使用换热系统后，另一部份热量通过换热系统加速室内外热量的交换，若室外温度超过28，则根据能量守衡的原理，若室内温度比室外温度高，则只能继续进行室内到室外传热，但不能保证室内温度保持在28。2) 换热系统因我公司还未试用，暂不能估算节能情况，在网上也未查到节能量情况。3) 根据换热系统原理来看，其节能情况比智能通风系统要低。其本身若要达到智能通风系统的节能量则需要通过压缩空气加速热交换，这样其压缩空气所涉及器件的耗电也较大，额外增加了耗电量。5、 外墙反射隔热节能外墙反射隔热节能原理是在室外温度高于室内温度时，通过进行热量的反射以减少通过自然传热作用从室外进入室内的热量，这样可以有效降低空调制冷量以节约空调耗电量的目的。反射隔热适用条件探讨：1) 反射隔热内部条件：空调能正常运行确保室内温度低于28；2) 反射隔热外部条件：室外温度高于28且有阳光直接辐射；3) 根据机房类型以及传热系数可以得出：由于活动板房的传热系数较低，室外温度除对空调外机散热影响空调制冷能耗外，对室内温度的累计影响较小，所以活动板房不适合采用反射隔热；而砖混等机房由于传热系数较高，其在室外温度较高以及阳光暴晒时，通过由外到内的热传递，会使砖混结构机房内的热量比正常设备发热量要大，空调需用从室内带走更多的热量才能保证设备正常工作，空调耗电量随之增大，砖混结构机房采用反射隔热后，其90%的热量均被反射掉，因而对室内的热量累计影响较小，不会因室外温度过高增加空调额外的负荷，仅仅会因为季节引起室外温度变化对空调外机散热影响空调制冷能耗（不可抗拒）。4) 室外气温低于28以下不适宜使用反射隔热技术节能，在较低温度下使用反射隔热技术，会导致室内温度因传热作用失效不能自然传热，增加空调负荷。5) 反射隔热节能随室外温度升高、阳光辐射热量增大而效果提升。6) 加装反射隔热时，应将反射隔热材料布设在阳光能暴晒到的基站机房外墙面。7) 投入产出比：未经试用暂无法进行测算。6、 空调日常维护节能（外机清洗、外机安装位置）做好空调的日常维护对基站空调节能也能起到较大作用，日常维护过程中主要是对空调内机过滤网以及外机散热片进行清洁，通过增加散热效率来节约空调制冷能耗。1) 空调外机散热片脏堵后，会对空调制冷（将室内热量带到室外散热掉）能耗产生较大影响，空调外机散热片脏堵后，其散热能力严重下降，使空调长期处理压缩机工作制冷状态，增大了空调耗电量。2) 空调外机散热片冲洗后其散热效率会明显提高，因此在需空调制冷的情况下，必须保证空调外机散热片无脏堵，尤其是在4-10月份应保证外机清洁，同时需每月进行外机冲洗。3) 在空调制冷能力较差的情况下，若外机散热片已清洁，为尽快降低基站室内温度，可以通过对空调外机散热片淋水的办法通过蒸发作用增大空调外机的散热能力来进行应急散热。4) 空调外机是保证制冷散热的关键部件，除外机脏堵外，外机的安装位置也直接影响空调制冷能耗，空调外机宜安装于遮荫、通风位置，安装于阳光能直晒的地方会影响散热片的散热效率，通不通风也对外机散热有较大影响。二、 开关电源节能开关电源除正常供给负载用电外，还有部份电能消耗在器件热损、磁损以及因容性和感性元器件的存在造成功率因数降低（功率因数=有功功率/视在功率，视在功率=有功功率+无功功率）上面，因此，如何进行开关电源节能，一般从功率因数校正、提高转换效率、通过模块休眠降低热损等办法实施。1) 通过新技术的采用，在开关电源的整流模块输入前级植入功率因数校正电路，现在的开关电源的功率因数一般可以达到0.99（最高为1），所以现在的开关电源从功率因数校正方法上节能的空间已经较小。2) 开关电源通过总负载情况核算，其配置了相应数量的整流模块，交流供电正常情况下，其负荷不超过总额定输出的50%（另有50%为电池组放电后充电预留），但在不外加相应功能的前提下，其整流模块的转换效率现在最大只能达到92%，所有整流模块均开机工作，额外增加了整流模块的热损和磁损。通过开关电源附加的休眠节能技术，可以保证在满足正常负荷输出的前提下，确保部份整流模块轮流休眠节能。3) 加装高效整流模块可以提升开关电源整流模块的转换效率（从92%提高到97%），高效模块一般为2000元左右/块，根据测算若需要一年收回成本，则需要负载电流达到177A（24V系统）或90A（48V系统），现在基站由于通过规整和128工程替换，负载电流满足以上条件的基站不超过100个，而且高效模块现仅艾默生公司有推出，其它厂家暂未涉及，由此满足使用高效模块节能的基站不足50个，根据现有满足条件规模采用高效模块后每年可节约成本10万元。三、 基站载频节能华为基站节能原理：DTRU的功耗是基站(DTRU)功耗的主要部分，其与载频配置数目、业务流量、载频输出功率以及工作方式等因素相关。DTRU各个功耗部分的分布与关系如下图：基带功耗DSP/FPGA/CPU等核心处理器件。射频信号功耗数字中频电路，DA/AD，射频小信号电路。功放静态功耗为保证功放管处于线性区工作的静态电流产生的静态偏置功耗。功放动态功耗有业务的时候，功放管发功率时的动态功耗，相对于静态功耗新增的功耗。它和静态功耗一起构成功放工作时消耗的功耗。华为基站节能减排的主要适用设备与支持版本：设备：BTS3900、BTS3006C、BTS3012；软件版本：V100R008C11华为基站的节能方式有：1、 时隙级功放关断（又称：智能关功放），它是对整个BSC的节能进行属性修改来实现的。功放管是载频中向天馈发射功率的主要器件，由于器件线性特性限制，即使它不发射功率，也需要施加一个固定的偏置电压，使得功放工作在线性区域，这部分消耗的功耗就叫做静态功耗。功放功耗还包括另外一部分功耗，即动态功耗，有话务情况下，动态功耗发生，且载频输出功率越高动态功耗越高；无话务情况下，动态功耗为0。实际情况时，载频并非一直需要发射功率，如果可以根据业务来选择关闭该部