馬宏坤

　?。ㄖ型ǚ?jié)能技術(shù)服務(wù)有限公司,，江蘇 南京 210003）

　　摘  要： 隨著通信行業(yè)的迅猛發(fā)展，通信基站數(shù)量越來越大，能耗總量很可觀,。在不增加基站的日常維護(hù)工作量的情況下,，尋找一種有效、穩(wěn)定節(jié)能,，投資收益又合理的節(jié)能技術(shù),，是運營商迫在眉睫的事情。利用碳?xì)淅涿?/a>更換R22冷媒就是一種有效改造方案,。本文從基站能耗狀況入手,，分析了環(huán)境及話務(wù)量對于通信主設(shè)備能耗的影響以及環(huán)境對于空調(diào)效率及機(jī)房熱負(fù)荷的影響，評估了空調(diào)碳?xì)淅涿礁脑斓墓?jié)能效果,，列出了推廣過程中需要注意的事項,。

　　關(guān)鍵詞： 碳?xì)淅涿剑?a class="innerlink" href="http://forexkbc.com/tags/天然冷媒" title="天然冷媒" target="_blank">天然冷媒；通信機(jī)房

0 引言

　　對于通信基站來說,，能耗主要發(fā)生在開關(guān)電源轉(zhuǎn)換效率損耗,、通信設(shè)備能耗、機(jī)房空調(diào)能耗等三個方面,。電源的轉(zhuǎn)換效率,，在一個已經(jīng)建成的基站中，基本處于一個恒定值,，該效率值有一定提高空間,，但本文不打算做討論。本文重點關(guān)注通信主設(shè)備能耗和機(jī)房空調(diào)能耗與環(huán)境及系統(tǒng)忙閑有什么樣關(guān)系,，機(jī)房空調(diào)制冷能效比如何測定,，碳?xì)淅涿降墓?jié)能效果如何，利用碳?xì)淅涿介_展基站空調(diào)節(jié)能改造工作的時候需要關(guān)注哪些內(nèi)容,。

1 通信主設(shè)備能耗的影響因素

　　通信設(shè)備能耗一方面與其自身的設(shè)計特性有關(guān),，另一方面與通信設(shè)備的負(fù)荷（通常用話務(wù)量來描述）也有一定關(guān)系。為了研究話務(wù)量忙閑對于通信設(shè)備能耗的影響,，中通服節(jié)能技術(shù)服務(wù)有限公司利用自主研發(fā)的空調(diào)能耗測量評估平臺每分鐘采集一次基站室外環(huán)境溫度,、通信設(shè)備耗能、空調(diào)耗能等參數(shù),，再結(jié)合從運維系統(tǒng)中提取的話務(wù)量數(shù)據(jù)綜合分析,，取得了一些量化成果。

　　2.1 話務(wù)量的變化規(guī)律

　　2.1.1 話務(wù)量在每天不同時段的變化規(guī)律

　　基站話務(wù)量總體平均值分布如圖1所示,，其在一周不同天的平均值分布如圖2所示,。

　　2.1.2 話務(wù)量在工作日和休息日的變化規(guī)律

　　基站周一至周五的平均值和周末的平均值對比情況如圖3所示。

　　從上述圖中可以清晰地看出：①工作日和休息日話務(wù)量曲線變化趨勢(如峰谷時間)基本保持一致,，符合正常的作息規(guī)律,；②用戶休息日的通信活動明顯小于工作日。

　　2.2 話務(wù)量的變化對通信設(shè)備能耗的影響

　　對采集的通信主設(shè)備功率在一天不同時間段的變化做了統(tǒng)計，如圖4和圖5所示,。

　　為了直觀分析其與話務(wù)量之間的關(guān)系,，把話務(wù)量作為橫軸，設(shè)備功率作為縱軸,，如圖6和圖7所示,。

　　從圖7可以看出，在兩個基站的話務(wù)量與主設(shè)備功率之間都可以擬合出一條線性關(guān)系方程,，尤其是凱豪大酒店的擬合度相當(dāng)高,，充分說明它們之間是存在線性相關(guān)的關(guān)系。

　　設(shè)凱豪大酒店主設(shè)備功率為y(單位為kW),話務(wù)量為x,，則y=0.001x+3.7678,。可以理解為這個基站的主設(shè)備的基礎(chǔ)功率為3.7678 kW, 話務(wù)量每增加1（話務(wù)量增加1的意思通俗地講就是同時在線通話用戶數(shù)增加一個）,，主設(shè)備功率就增加1 W,。珠江路基站則是話務(wù)量每增加1，主設(shè)備功率就增加0.9 W,。

　　珠江路基站的擬合度較低,，是由于珠江路基站的基礎(chǔ)功率低,只有約1.66 kW,導(dǎo)致功率變化值即使一樣，相對于基礎(chǔ)值來講離散度也變得較大(反映在圖7中就是那條散點圖形成的線看起來比較粗),。

3  基站機(jī)房空調(diào)能耗的影響因素

　　機(jī)房空調(diào)耗能主要有兩大要素：空調(diào)制冷效率和機(jī)房內(nèi)對總冷量需求,。而這兩大因素都受外界溫度變化影響。

　　3.1 外界溫度對于空調(diào)效率的影響

　　壓縮機(jī)的工作原理是壓縮氣態(tài)制冷劑,，使得高溫的氣態(tài)制冷劑進(jìn)入冷凝器,，通過冷凝器向外界傳熱，然后在一定的壓力和溫度下,，冷凝為液態(tài)制冷劑,，送到蒸發(fā)器內(nèi)吸收熱量，如此循環(huán),。從這個過程中可以看出,，外界溫度變化，將直接導(dǎo)致氣態(tài)制冷劑冷凝溫度點的變化,，而每種冷媒在不同冷凝溫度下對應(yīng)的飽和壓力是不同的(見表1和表2),。在不超過臨界溫度下，溫度越高,，要求的壓力就越大,，壓縮機(jī)阻力就增大，同樣的運動行程做的功就越多,，所以耗能也就增大。

　　從表2可以統(tǒng)計出，在5℃～40℃,，R22冷凝壓力對應(yīng)每℃的變化率平均值在2.81%,。ER445B冷凝壓力對應(yīng)每℃的變化率平均值在2.57%。需要注意的是這里用的是相鄰兩個溫度點之間的相對變化率,。

　　綜上所述,，壓縮機(jī)耗電功率的變化是由制冷劑飽和壓力溫度數(shù)據(jù)決定的?？照{(diào)能效比是制冷量/耗電功率,，故采用R22冷媒的空調(diào)，溫度每上升1℃,，空調(diào)耗電功率相對于前一個相鄰溫度點上升2.81%,，能效比則相對于前一個相鄰溫度點下降1/(1+2.81%) = 2.73%，所以得到式（1）：

　　EERt1=EERt0*(1-2.73%)(t1-t0)   （1）

　　采用ER445B碳?xì)淅涿降目照{(diào),，溫度每上升1℃,，能效比則相對于前一個相鄰溫度點下降1/(1+2.57%)=2.5%，所以得到公式(2)：

　　EERt1=EERt0*(1-2.5%)(t1-t0)(2)

　　注： t0: t0溫度點,，t1: t1溫度點,，EER：空調(diào)制冷能效比

　　式(1)表示采用R22冷媒的空調(diào)，在t0溫度點空調(diào)壓縮機(jī)的能效比EERt0和在t1溫度點的能效比EERt1之間的關(guān)系,。公式(2)表示采用ER445B冷媒的空調(diào)上述兩個能效比之間的關(guān)系,。

　　3.2 外界溫度對于空調(diào)負(fù)載的影響

　　通信基站內(nèi)由空調(diào)控制在一個恒定的溫度，比如25℃,。當(dāng)外界溫度高于25℃時,，就會通過墻體向機(jī)房內(nèi)傳熱，從而增加空調(diào)負(fù)載,；反之,，則向外散熱，減少空調(diào)負(fù)載,。這個通過墻體傳導(dǎo)的熱量就是外界溫度對于空調(diào)負(fù)載影響的體現(xiàn),。

　　通過墻體傳導(dǎo)的熱量等于空調(diào)產(chǎn)生的總冷量(等于機(jī)房總發(fā)熱量)減去通信設(shè)備的發(fā)熱量。

　　要測量空調(diào)產(chǎn)生的總冷量,，可以采用空調(diào)的耗電×空調(diào)制冷效率得到,。空調(diào)制冷效率與外界溫度密切相關(guān),，而外界溫度是隨時變化的,。評估系統(tǒng)用每次采集的環(huán)境溫度下實時空調(diào)制冷效率與所耗電能的乘積在時間軸上做積分處理，結(jié)果的準(zhǔn)確性與評估系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)的密度相關(guān),。為了保證準(zhǔn)確性,，本系統(tǒng)每分鐘采集一次數(shù)據(jù),，由于外界溫度一分鐘內(nèi)的變化很小，在此期間空調(diào)制冷效率基本保持不變,，從而保證結(jié)果相對準(zhǔn)確,。

　　3.2.1 空調(diào)壓縮機(jī)的制冷能效比

　　空調(diào)耗電部件主要由壓縮機(jī)和風(fēng)扇及控制部分組成，基站空調(diào)的待機(jī)功耗（風(fēng)扇及控制部分的能耗）不起制冷作用,，反而是熱源,。為了精確計算，利用空調(diào)壓縮機(jī)的制冷能效比,，而不是整機(jī)的能效比,。這么一來，壓縮機(jī)的功耗就是空調(diào)的總功耗減去空調(diào)待機(jī)功耗,，而設(shè)備發(fā)熱負(fù)荷則變?yōu)橹髟O(shè)備功耗加空調(diào)待機(jī)功耗,。

　　考慮到機(jī)房內(nèi)設(shè)置在25℃，可以認(rèn)為當(dāng)外界環(huán)境溫度介于24.5℃～25.5℃之間時,，機(jī)房內(nèi)外熱傳導(dǎo)的熱量可以忽略不計,。利用系統(tǒng)采集的大量數(shù)據(jù)，從中挑出外界環(huán)境溫度介于24.5℃～25.5℃的部分統(tǒng)計分析,，得到表3,。

　　其中待機(jī)功率就是空調(diào)風(fēng)扇和控制部分的耗電功率；壓縮機(jī)平均功率 =空調(diào)平均功率-待機(jī)功率,；熱負(fù)荷功率=主設(shè)備功率+待機(jī)功率,；壓縮機(jī)制冷能效比=熱負(fù)荷功率/壓縮機(jī)平均功率。

　　利用表3結(jié)果,，結(jié)合式（2）(以25℃為起始點)EERt1 =EER25*(1-2.5%)(t1-25),，可以得到兩個基站的空調(diào)在不同溫度下的壓縮機(jī)制冷能效比，如表4,。

　　3.2.2 不同外界溫度下通過墻體傳導(dǎo)的熱量

　　有了不同溫度下空調(diào)壓縮機(jī)制冷能效比數(shù)據(jù),，結(jié)合每次采集的不同外界溫度下空調(diào)壓縮機(jī)的耗電量，就可以計算出空調(diào)實際產(chǎn)生的總冷量,，總冷量等于總熱量,，再用此總熱量減去設(shè)備的發(fā)熱量(含空調(diào)風(fēng)扇等待機(jī)能耗)，就可以得到通過墻體傳導(dǎo)進(jìn)出機(jī)房的熱量,。兩個基站通過墻體傳導(dǎo)的熱量數(shù)據(jù)如圖8和圖9所示,。

　　圖8和圖9中橫軸是機(jī)房室外溫度，縱軸是單位時間內(nèi)傳導(dǎo)的熱量,，其中正值表示通過墻體向機(jī)房內(nèi)傳熱,，負(fù)值表示通過墻體向機(jī)房外散熱。熱傳導(dǎo)方向切換點兩個基站都在25℃左右,，與實際情況完全吻合,，而且擬合曲線的擬合度非常高,，這從統(tǒng)計學(xué)上也反過來印證了我們的計算方法是科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?，采集的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)也是準(zhǔn)確的,，分析過程中用到的相關(guān)推導(dǎo)公式也是合理的。

　　利用上述兩幅圖所呈現(xiàn)出來的統(tǒng)計數(shù)據(jù),，可以推導(dǎo)出兩個基站在什么情況下就可以關(guān)閉空調(diào)電源（當(dāng)墻體散熱等于主設(shè)備熱負(fù)荷的時候），如表5所示,，利用墻體自然散熱就可以滿足機(jī)房環(huán)境要求,。

　　這個數(shù)據(jù)對于基站節(jié)能管理工作具有很大的指導(dǎo)意義，可以明確哪個機(jī)房什么時候可以關(guān)閉空調(diào)電源,。

4 碳?xì)淅涿较鄬τ赗22的節(jié)能效果

　　4.1 冷媒材料物理性質(zhì)理論

　　通過表1和表2所示兩種冷媒的飽和壓力溫度對照表的比較,，可以看出，僅從材特性上就可以節(jié)能,。把表1和表2放在一張圖上就可以看得更直觀,。

　　R22的冷媒壓力曲線明顯處于ER445B壓力曲線上方，35個溫度點平均下來高12.33%,，可以理解為使用R22的空調(diào)比使用ER445B的空調(diào)功耗高12.33%,。

　　4.2 實際測量數(shù)據(jù)分析

　　空調(diào)的功率是隨外界溫度變化而顯著變化的，空調(diào)其實并不存在一個穩(wěn)定的靜態(tài)功率或者效率數(shù)據(jù)值,，而是對應(yīng)某個特定工況下（基站主要就是外界溫度）下,，都有一個相對穩(wěn)定的功率或者能效比值。正是基于這種思路,，本節(jié)能效果測試方案就是改造前持續(xù)采集3個月,，每個基站都采集了約13萬條記錄，每條記錄都包含了外界溫度,、設(shè)備,、空調(diào)能耗參數(shù)等37個數(shù)據(jù)。改造后則一直持續(xù)測量采集,。然后依據(jù)改造前后不同外界溫度下空調(diào)的功率和能效比數(shù)據(jù)做擬合關(guān)系方程,，從離散的點圖歸納出明確的量化程式，并以此為基礎(chǔ)來確定改造前后的每個外界溫度條件下的節(jié)能效率,。以凱豪大酒店基站為例,，對比分析改造前后基站空調(diào)的能耗數(shù)據(jù)如圖11所示。

　　通過統(tǒng)計分析,，得出能耗擬合公式：

　　y=0.1007x+0.0143  (3)

　　y=0.0753x+0.0593    (4)

　　其中：y表示空調(diào)功率,，單位kW；x表示機(jī)房外界溫度,，單位為℃,。

　　式（3）表示改造前空調(diào)功率隨外界溫度變化情況,，式（4）表示改造后空調(diào)功率隨外界溫度變化情況。兩者的擬合度都非常高,，擬合式（3）和（4）可信,。依據(jù)公式計算整理如表6所示。

　　常州凱豪大酒店基站空調(diào)應(yīng)用ER445B改造后,，不同外界溫度點下的空調(diào)的節(jié)電率在23%左右,。常州珠江路、南京祥和雅苑,、南京天虹賓館等基站的節(jié)電率情況類似,，都能夠達(dá)到18%以上。

　　結(jié)論：利用碳?xì)淅涿綄照{(diào)做節(jié)能改造,，可以在通信基站這種場景下推廣,。

5  碳?xì)淅涿綉?yīng)用于機(jī)房空調(diào)的注意事項

　　經(jīng)過細(xì)致詳實的測試和統(tǒng)計分析，驗證了了碳?xì)淅涿降墓?jié)能效益,。但是在施工及使用過程中也暴露了利用碳?xì)淅涿阶龉?jié)能改造需要注意的相關(guān)事項,。

　　利用碳?xì)淅涿綄究照{(diào)做節(jié)能改造，操作流程相對簡單,，只要是日?？照{(diào)維護(hù)人員，經(jīng)過簡單培訓(xùn)就可以熟練掌握,?；玖鞒谭謨刹剑孩侔芽照{(diào)內(nèi)部的R22抽取干凈； ②向空調(diào)內(nèi)部注入ER445B碳?xì)淅涿?。這兩個過程,，在使用配套工具的情況下，具體操作步驟還是比較簡單的,。

　　操作過程中需要特別注意的事項有: ①抽取空調(diào)內(nèi)部的R22的時候,，需要盡量完全抽取干凈，注意不要有泄漏點,，避免空氣滲透進(jìn)去,。②注入ER445B的時候，依據(jù)不同型號空調(diào),，先注入預(yù)先規(guī)定的注入量,，然后開啟空調(diào)，細(xì)心觀察空調(diào)的實際運行狀態(tài),，并且實時監(jiān)測空調(diào)的耗電電流和出風(fēng)口溫度,，通過微調(diào)ER445B的充注量，把耗電電流和輸出溫度調(diào)到預(yù)期狀態(tài),。③沖注ER445B的時候,，需要同步加注符合規(guī)格的潤滑油,。④改造后需要做好醒目的警示標(biāo)識。

6 結(jié)束語

　　中通服節(jié)能技術(shù)服務(wù)有限公司研發(fā)的空調(diào)能耗測量評估系統(tǒng)能夠有效測量,、評估機(jī)房空調(diào)在復(fù)雜環(huán)境下的功率和能效比,。依托該測量評估系統(tǒng)，可以較為客觀,、科學(xué)地為用戶提供節(jié)能改造后的節(jié)能效益評估,，從而為運營商采用EPC方式開展空調(diào)的節(jié)能改造工作奠定了技術(shù)基礎(chǔ)，創(chuàng)造了便利條件,。

　　若能夠嚴(yán)格按照施工規(guī)程施工,，做好后期維護(hù)保障的安全措施，碳?xì)淅涿郊夹g(shù)是可以用在通信機(jī)房的空調(diào)節(jié)能改造中的,。每個基站年節(jié)電量按照2 000 kWh。保守計算,，如果該項技術(shù)能夠應(yīng)用到100萬個基站,，預(yù)計一年就可以節(jié)約電能20億千瓦小時。

　　對表4數(shù)據(jù)進(jìn)行分析讀取累計與各因素之間的關(guān)系如圖8所示,。

　　圖8中的橫坐標(biāo)1,，2，3分別代表每個因素的第一個,，第二個,，第三個因素水平。由分析圖表直觀得出,，在實時在位讀取的時候,，讀取累計跟天線方位、天線與貨架水平距離,、天線與貨架標(biāo)高間高差都是負(fù)相關(guān)的,，其中天線正對的時候讀取效果最好，天線與貨架水平距離小的時候,，其效果也更好,。天線方位為正對標(biāo)簽、天線與貨架水平距離1 m,、天線與貨架標(biāo)高間高差0.7 m,、標(biāo)簽方位全部置頂為最好的讀取累計配置。

　　設(shè)F2為讀取累計,，A2為出入通道間距,，B2為天線高度，C2為標(biāo)簽方位,，D2為通過速度,。則可得出本貨品實施在位讀取性能實驗相關(guān)參數(shù)的線性回歸方程為：

　　F2=1035.02-2.09A2-87.33B2-141.66C2-9.33D2

　　由表4試驗數(shù)據(jù)計算可得R2=0.92,，接近1，表明線性相關(guān)性較強(qiáng),，F(xiàn)=12.08>F0.05（4,，3）=9.12因而方程整體顯著。