摘  要：本文主要从基站的节能要求、节能效率和节能效率的评估等几个方面对基站机房的通风节能设备进行了系统的分析。
关键词：空调、通风节能和节能效益评估

一、前言
      能源是经济发展的物质基础，也是经济社会可持续发展的重要制约因素。自改革开放以来，我国经济快速增长，取得了举世瞩目的成就，但能源不足的矛盾也日益显现。特别是近年以来，全国各地的电力消费急剧增长，电力供应形势十分严峻，已成为我国经济持续快速健康发展的重要制约因素。大力开展节能节电工作，对缓解我国电力供应紧张瓶颈制约，促进经济增长方式转变，建设节约型经济、节约型社会，确保经济社会稳定发展，具有十分重要的意义。
      近年来，中国卫星通信集团公司全国运营网络和用户在不断扩大，企业设备运行耗电已经成为企业增加的重要成本支出。通信设备运行、空调环境制冷、办公及照明设备都消耗了大量电能，因此建立高效节能管理制度、推广节能技术措施都是通信生产节能的重要手段。
      在为数众多的用电成本支出中，空调的用电费用又占有相当大的比例。一般基站机房内，空调耗电占基站总用电50%左右，而通信设备用电一般仅占40%左右。因此利用各种节能技术降低空调系统用电量是电信公司节能降耗的主要方向。
      节能技术的使用会因地区和环境的差别而产生不同的效果，所以在分析节能效益时，要综合考虑气候、环境、设备情况等不同因素的影响，在此基础上采用公正、高效的效益评估方法从而得出较为公平合理的节能效益指标。

二、机房节能系统要求
1.     节能降耗的原则要求
      在引进节能技术的同时应该注意到，通信机房是一个特殊的应用环境，机房因为运营设备的需求，必需保持着恒温、恒湿及少尘的要求。所以在设计节能系统时，应该满足一些基本原则要求： 
      保证机房安全 
      节能技术可行高效 
      满足环境需求 
      评测机制有效可行 
      具备组网能力
2.    节能系统指标要求
      在衡量节能系统的性能时，不应只局限于局部，而应从更广泛的范围内展开。若要全面的、公正的来衡量一种节能技术，必须遵循一套完善的标准。在这些标准中，有一些关键性的指标最能够体现一种节能技术性能的优劣。

2.1 环境指标要求
1）室内温度
     功能描述：运行节能系统以后机房内所能够控制的温度。无论室外温度的高低，室内温度都要保持恒定，并且保持在规范要求的范围之内。温度变化率小于5℃/h。
     规范要求：中国卫通的机房维护规程中对通信机房的环境温度要求指标如下表：

     测试方法：使用高精度温湿度检测仪进行测试。测试时应根据机房设备分布情况进行多点测试，取平均值。
2）室内湿度
     功能描述：运行节能系统以后机房内所能够控制的湿度。无论室外湿度高低，室内湿度都要保持恒定，并且保持在规范要求的范围之内。
     规范要求：中国卫通的机房维护规程中对通信机房的环境湿度要求指标如下表：

      测试方法：用高精度温湿度检测仪进行测试，测试位置为节能系统湿度传感器安装位置。
3）出风温度
     功能描述：运行节能系统以后，节能风机的出风口的温度。要求要控制在露点温度以上，防止室内结露。
     规范要求：规范没有具体要求，但应能有效控制出风口温度，防止外气新风的进入导致机房内设备结露。所以应该要求节能技术具备可靠设计，如采用与一定比例的室内空气混合，或增加预热段……等技术，以适当提高系统出风口的温度。
     测试方法：用高精度温湿度检测仪进行测试，测试位置为节能系统温度传感器安装位置。
4）洁净度
     功能描述：运行节能系统以后，对室内的尘埃度所能控制的指标。要求节能系统所配置的过滤器应能满足机房的洁净度要求，尤其对于交换、数据、传输机房的节能系统应配备粗中效、高中效（中国 GB/T14295标准）两级过滤器，粗中效过滤器过滤效率规格不低于G4（欧洲CEN标准），高中效过滤器过滤效率规格不低于F8（欧洲CEN标准）。所配过滤器防火等级不低于U.L.2（U.L900标准）。
     规范要求：直径大于0.5微米的灰尘粒子浓度≤18000粒/升，直径大于5微米的灰尘粒子浓度≤300粒/升的要求。

2.2 效益指标要求
      在效益指标中，衡量节能系统效率的主要包括三个指标：节能率、节费率、投资回报周期。
1）指标定义 
       节能率：指节能系统在一个时间段内所节约的电能占节能前设备耗电量的比例，一般是以年为单位。该指标主要用来衡量节能系统的节能程度，节能率越大所节约的电能越多，节能效率越高。 
       总体经济效益：指节能系统在一个时间段内所节约的费用，一般是以年为单位。该指标主要用来衡量节能系统的节费程度，节费率越大所节约的电能越多，节能效率越高。在衡量该指标时，应注意控制好维护成本，避免出现“节能不节费”的现象出现。 
       投资回报周期：指运行节能系统后可以回收投资成本的周期。该指标受节能空间、机房环境、气候环境等因素的影响，存在较大的不确定性，但一般要求应控制在3-5年内。
2）计算方法 
       节能量：
采用新风系统后总节能量：⊿E=E-E1

式中：E、E1分别为不运行新风系统的能耗量、运行新风系统的能耗量（kWh）。 
       节能率： 
           
       总体经济效益： 
           年运行电费节省量P：  
           式中：t为电费（元/kWh）。 
       投资回收周期： 
           投资回报周期m： 
           式中：Pc为运行新风系统的初期投资+维护费用（主要包括更换过滤网的费用）。

      所以节能系统的评估应该围绕设备安全性和节约费用两方面进行，通过原始的数据分析得出结论，为以后的决策提供公正、真实、准确的依据。

三、中国卫星通信集团公司节能系统实验情况
      节约能源，减少成本是通信企业实现精确化管理的一个重要方面，因此为降低日常运维费用，提高公司经济效益，中国卫通数字集群通信事业部组织天津分公司、山东济南分公司等开始实施节能试点工程项目，通过实行公正、行之有效的效益评估机制，以实验的原始资料为基础，对节能系统可能的运行情况做出较为准确的分析，并依据运行数据做出投资效益比分析，为将来的节能设备的选择和推广应用决策提供公正、真实、准确的依据。

      以下以天津分公司所做的实验为例进行说明。
1、实验基站的基本情况
      节能试验基站是天津港港通大楼基站。该基站位于天津港港通大楼的7层楼顶，是活动板房，体积（400cm*300cm*275cm）33m3 。机房内有二台三洋柜式空调。机房内的主散热设备有800M数字集群基站设备（中兴 GoTa）、动力源开关电源、爱立信PDH微波各一套。根据现场的实际测量，直流负载电流平均是40A左右，除空调外几乎没有交流负载，估算散热量约为3.3KW。
2、节能系统整体方案 
       提供针对基站空调的完善的节能解决方案 。 
       将新风节能技术和空调需量控制节能技术结合，全天候节能。 
        监控组网功能实时监测机房环境，确保机房设备运行安全。 
        通过智能温湿度控制和回风控制预防机房产生凝露现象。 
         采用湿膜等加湿技术实现对机房加湿的控制。 
        采用过滤措施，过滤指标达到相关业界标准。
3、天津实验基站节能设备配制
      根据港通大楼基站的实际情况，设计主设备为一节能风机，型号为800CFM，风机的风量为1360 m3/h。风机安装在基站北侧墙壁上的空闲位置处，在基站的南侧墙壁上部开一个出风口，保证整个机房空气良好的换风效果。进风口截面积为45cm X 12cm=0.054㎡，排风口为直径26cm圆孔，截面积约为0.053㎡，保证了在换风的时候机房内部维持正压，避免了灰尘和热风的倒灌。
4、节能通风系统架构图 

5、基站节能通风系统控制原理

6、逻辑流程图 

 
四、评估机制
1、    评估方法
1） 评估条件 
       建立计费测量系统，具备智能接口和监控系统联网的功能，由监控系统自动记录数据。 
       建立评估组织，安排相关维护人员和设备供应商联合组织实施。指定测试的技术总把关人。
2） 测试方法 
       测试方法：在外界环境温湿度、机房设备冷负荷均基本不变的前提下，对比测量空调系统或节能系统在一个相同的时间段内的用电数据，并通过数据的对比，计算出节能系统的效率。 
       测试时间：测试时间为1个月。 
       测试规则：节能系统和空调系统间隔运行，间隔周期为24小时。测试期间依据规定由监控系统自动记录运行数据，该运行数据应包括用电量数据和环境数据（温度、湿度）。

2、     测量系统
1） 系统建立 
       在机房空调低压配电的总进线侧安装带有智能接口的三相交流电度表，当空调和节能系统间隔运行时，由智能电表分别监测用电数据。 
       节能系统（包括测量数据）可以通过智能接口接入第三方的监控系统，所有的测量数据自动上传到监控中心。在监控中心的后台数据库，由值班人员将测量数据调出，在节能效益分析中加以引用。
2） 采样周期 
       空调和节能系统的间隔运行时间为24小时，计费系统接入监控系统以后可以通过监控系统自动切换两套系统的运行。监控系统每6秒钟采样一次，每小时记录一笔资料（包括平均值、最大值、最小值）。

3、     分析要点
1） 原始数据类型
通过监控系统自动记录获取原始数据，定时记录空调运行和节能系统运行时的环境状况和用电状况，所必需的原始数据类别包括温度、湿度、洁净度、耗电量四种。
2） 分析侧重点
分析的重点应侧重于机房安全和用电状况两个方面，根据所获取的原始数据，重点分析空调系统运行和节能系统运行的环境变化趋势和用电变化趋势。
3） 温度分析要点
比较两套系统运行时的温度控制差别，分析节能系统运行的出风口温度是否可以得到有效的控制。
4） 湿度分析要点
比较两套系统运行时的湿度控制差别，分析节能系统是否具备加湿功能，环境湿度控制是否满足规范要求。
5） 洁净度分析要点
比较两套系统运行时的洁净度控制差别，分析节能系统洁净度控制是否满足规范要求，并依据测试期间滤网使用情况预估维护费用。
6） 节能效益分析要点 
       比较两套系统在相同的时间段内运行时的用电量差别，计算出节能效率。 
       根据节能量、节能效率计算出总体经济效益。 
       根据总体经济效益，并结合滤网使用情况（得出维护费用）、总体投资数据计算出投资回报周期。

4、     效益评估
4.1 环境指标评测 
      环境对比分析

       室内温湿度的控制：室内温、湿度的控制效果请见下面的对比图。

      通过对比图可以发现，在基本相同的外部环境下，运行节能系统温度控制在24-25度之间，对室内温度的控制也比较平滑，相对于空调系统的运行基本提高了1度左右，温度控制范围满足维护规程的需要。运行节能系统以后，通过加湿器可以将室内湿度控制在35%-40%之间，湿度控制范围满足维护规程的需要。相对于空调运行的湿度控制，加湿的能力更强了，而耗费的电能却大大减少了。 
       出风温度的控制：出风温度的控制效果请见下面的对比图。

      控制节能风机出风温度的目的是为了防止机房结露。通过对比图可以发现，该节能系统通过比例式风门的控制，风机的出风温度都可以控制在警戒温度以上，这样就避免了机房结露的可能。
4.2 效益指标评测
1）原始数据
      下表是某节能工程用电数据记录表，节能系统和空调系统间隔运行，以相同的时间段分别记录运行用电数据。下表截取了两个系统各15天的运行电量记录。

2）指标分析
1、节能效益分析
      由上表提供的数据可知：

2、节费效益分析

      注：维护费用分摊主要是指滤网的更新维护费用，以经验值判断，并结合当地的天气状况，风机运行平均每小时需要分摊的滤网费用是1.3 RMB/小时。

3、效益对比

五、结束语
      通过实验数据可知此系统非但延长了机房空调使用寿命，年节能率可达到50%左右，净节费率可达到30%左右 ，投资回收期3年左右，较为经济；而且为国家节约了能源，为运营企业减少了运营成本。有很好的推广应用价值。


参考文献：
1、《中国卫星通信集团公司数字集群通信事业部动力环境维护规程》
2、《中国卫星通信集团公司天津分公司基站通风节能系统实验技术方案》
3、《中国卫星通信集团公司天津分公司基站通风节能系统数据和实验报告》
4、《通信机房环境条件要求》