中国移动通信集团吉林有限公司网络部  李德锋
中国移动通信集团吉林有限公司通化分公司  王泽

摘要：移动通信基站是一个要求环境条件较高的机房，按其消耗电能负荷来分，空调负荷占总负荷的40%--60%，是整个移动通信基站电能消耗的主要设备，据不完全统计，最低总用电量也至少为基站总体电量的三分之一左右。板房基站室温上升比砖结构基站提前和延长各两个月，部分市区内基站常年占总用电量的三分之一，如何利用自然条件进行节能是一个十分有意义的课题。静止空气热交换器在少消耗不可再生资源的条件下利用室内外温差调解机房内温度，实现节约电能的目地。
关键词：室内外温差 静止空气热交换器  移动通信基站 节能

1、问题的提出
      目前，全球能源紧张已经成为制约和影响社会经济发展的重要瓶颈，如何建设节约型社会，创建能源消耗的再生系统，提高能源的利用率，加大能源消耗工作的管理已经成为摆在全球各国能源管理工作的首要位置。
      随着我国经济的快速发展，能源紧张问题日益突出，特别是在影响国家经济发展、社会进度得主要能源领域，如电力、煤炭、石油、通信等领域的能源消耗越来越重，上述领域的能源消耗已经占全国能源消耗的一半以上。同时由于在能源消耗使用方面控制手段和监管机制尚处于完善和优化阶段，因此导致能源消耗已经呈现预警状态，因此大力倡导节能降耗，建设资源节约型社会已经成为我国可持续发展的必然需要。
      电能消耗在通信企业能源消耗中占绝对比重。可靠性和节能性两项指标是通信电源永恒的主题，过去我们一直十分重视通信电源的可靠性，但对节能问题的重视程度尚待加强。目前，要提高电信运营企业的经济效益，既要增收，又要节约一切可能节省的开支。增收和节支已经成为电信企业成本管理的重要组成部分，已经成为各电信运营企业关注的焦点问题。在电信企业的节能方面，电源专业有比其他专业更具有广阔的空间。
      通信行业是一个对网络设备运行可靠性和安全性要求极高的命脉产业，且对外部环境要求相对较高。通信机房的电信设备运行可靠性要求达到100%，必须全年8760小时不停运转，而且通信机房负荷变化随业务量忙闲改变不大，因此可近似看作常年满负荷工作。由于通信设备属于高精度电子设备，对运行环境的温度、湿度、洁净度均有一定的要求，因此机房建设在考虑隔热、隔湿及清净度等方面的同时，机房几乎是全封闭的设计，机房建筑围护结构的保温性也很好，即使冬季，由于通信设备运行过程中产生大量的热量，因此即使无采暖设备的条件下部分机房仍然需要制冷。为满足要求，机房内的空调机必须全年运行。在东北地区春、秋、冬季是一种天然的冷源。现在利用自然冷源调节机房内环境温度的节能技术很多，但采用何种方式既满足机房环境要求，又不增加或少增加维护工作量的方式并不多。
2、静止空气热交换器原理
      在倡导建设节约社会，降低能源消耗为主题的今天，就必须最大化的提升创新能力和节约意识。针对目前机房运行特点，综合考虑室外冷源的现有资源，可有利用冬季的室外冷源实现对机房的温度控制，以达到节能降耗的目的。基站静止空气热交换器就是在此基础上，结合东北地区冬季相对较长、室外冷源充足的基础上应运而生。
      其原理是：当室外温度低于规定温度时，利用控制系统将风道打开，通过独立的风道，运用气流交互远离，实现能源之间的热量传递和交换。将室外冷风（23℃以下）及室内高温空气（23－28℃以上）引入空调内的热交换器，经过热量交换，室外低温空气温度升高并送回室外，从而将室内高温空气冷却后重新送回机房内，以保证机房温度维持在设定值，达到恒温的目的。由于采取了十字交叉式的方式进行设计，因此室内外的空气流通通道相对独立，相对湿度的室外空气通过各自通道的过滤，因此有效保证了机房内空气的洁净度及相对湿度。

静止热交换器工作原理框图

      为保证机房的洁净度，必须在热交换器内外空气通道加装空气过滤装置，而室外空气质量千差万别，尘土很大，需要经常清洁或更换过滤器，不仅造成了维护人力、物力的大幅增加，同时导致换热装置效率的不断下降，达不到预期的节能效果。虽然在一定程度上节省了经济成本的支出，但却增加了人工维护成本。根据几年来的理论和实践研究，基于流体力学和空气热交换原理，创造性地设计出不用过滤装置的移动基站静止空气热交换器。

3、移动基站静止空气热交换器
3.1 移动基站热负荷性质分析
      目前移动基站热负荷主要来源于以下几个方面，一是主设备设备运行中产生的热量，二是配套设备运行产生的热量，三是通过基站外围设备阳光对机房的热幅射，四时维护人员在现场带来的人体热量（此部分相对较少）。如不采取任何温度控制方式，由于多种负荷的不断散热，加之基站保温性能较好，室内温度是渐近方式增高的。因此要保证机房温度就必须采取必要的温控措施，以降低室温，提高设备运行的可靠性。目前应用的通信基站，大多数面积在30m2以下，只要有效的控制住温度提升，将发热量及时有效冷却，就能达到对基站制冷的目的。
3.2 移动基站静止空气热交换器结构
      移动基站静止空气热交换器由长方型过滤网、长方型引风箱、椎型引风导管、空气热交换管、散热翅、椎型回风导管、长方型回风箱、风机、导风板、保护罩及固定支架组成。
      静止空气热交换器器件的作用：
A、长方型过滤网—过滤室内空气，提高室内空气洁净度，保证空气热交换管工作效率。
B、长方型引风箱—汇集室内引入空气，均匀的导入空气热交换管。
C、椎型引风导管—减少室内空气进入空气热交换管的阻力。
D、空气热交换管—将室内热空气通过管壁与室外冷空气交换降温。
E、散热翅—增大散热发面积。
F、椎型回风导管--减少降温后空气回到室内的阻力。
G、长方型回风箱--汇集空气热交换管内空气，导回室内。
H、风机—加速吸入室内热空气，采用温控调速电机，根据室内外温差变速，提高换热效率。
I、导风阀—防止静止空气热交换器非运行时，室外热量进入室内；控制回风量和回风角度。
J、保护罩及固定支架—安装和保护室外静止空气热交换器部。
3.3 移动基站静止空气热交换器制冷过程
      当移动基站机房内温度上升到设定热交换器风机启动值时，风机加电启动运行，机房内热空气经过室内过滤网、引风箱进入机房外空气热交换管，空气热交换管内热空气在风机吸力作用下进入空气热交换管，空气热交换管内热空气在室外冷空气作用下温度降低，经回风箱、导风阀返回到室内，形成室内空气冷却循环，达到对室内空气制冷的目的。

热交换器工作部件构成图

      移动基站静止空气热交换器按照工作的结果可分为加热型和制冷型两种，制冷型采用薄壁铝合金管、薄壁铜管等利于散热管材；制热型采用太阳能管材。对于长年需要制冷基站在基站房屋阴面(如北面)安装制冷型。对于小型基站阴阳两侧分别安装制冷型和制热型热交换器，冬季制热，其它季节制冷。其控制部分和风机系统可采用交直流两用电气元件，以满足不同外电场所的使用。
      电气控制采用成熟的与空调联动的控制器，在室外环境温度不能满足制冷或制热需要时，空调启动运行来满足基站温度的需求。

4、经济分析
4.1 电费效益
      06年吉林公司在通化分公司英额布水库基站(没有空调)进行了引排风节能试验，引排风各用一台250W电机，用电功率为500W。
      我们对三处同类型、同配置、同容量基站的06年5月至9月份电费进行了统计，其中英额布水库基站采用的引排风制冷，葫芦套、石湖二处基站采用3P空调制冷，三处基站同为农村基站，同为2/2/2载频配置，在功耗、电价相同的情况下， 统计结果如下：

      从表中看出，每月最小电费差额为551.04元，最大电费差额为1018.09元，平均差额为424.58元，节约电费85%。扣除引排风与热交换效率差和话务量不同等影响，实际节能达到40%以上。
      以06年基站数和电费统计，采用基站静止热交换器，通化地区每年可节约电费支付170万。以整个吉林省范围来算，可节省电费近千万。 
4.2 投入产出经济效益分析
      该静止型空气换热器每台预估造价在4000元左右，每基站每年按照月平均节省电费400元计算，每年按照8个月使用效果统计，电费节支为3200元，即投资回收期为1.25年。按照每台换热器使用寿命为7年计算，每投产一台热交换器，可节省5.75年的电费支出，即每站总体可节省电费支出近2万元，其节能降耗效果比较明显。
      在目前倡导降低能耗，建设节约型社会的主流前提下，移动基站静止空气热交换器解决方案不仅适应节能社会发展的主流，同时也为节能减排工作各种方式的尝试积累经验。