摘要：通信行業(yè)基站建設(shè)的整體發(fā)展面臨著城市選址建設(shè)逐漸困難，占用城市公共資源越發(fā)緊張，選址建設(shè)也逐漸困難。對于通信基站配套機柜擴(kuò)容需求逐漸增多，原有機柜隨著運營商設(shè)備安裝逐年增多，機房或機柜內(nèi)配套設(shè)備容量明顯不足，需要進(jìn)行大量的擴(kuò)容改造。此外，基于運營商降本增效的訴求也逐年升高。針對如上情況，需要一種有效的技術(shù)手段對存量基站配套設(shè)施進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，如創(chuàng)新設(shè)計節(jié)能型室外機柜，對存量機柜內(nèi)進(jìn)行優(yōu)化改造等，以實現(xiàn)精準(zhǔn)節(jié)能，減少運營成本，助力實現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和。

關(guān)鍵字：拼裝式機柜、精準(zhǔn)送風(fēng)、節(jié)能、降本增效

一、研究背景

《工業(yè)和信息化部關(guān)于推動5G加快發(fā)展的通知》中指出要加強電力和頻率保障。支持基礎(chǔ)電信企業(yè)，加強與電力企業(yè)對接，對具備條件的基站和機房等配套設(shè)施加快由轉(zhuǎn)供電改直供電；積極開展網(wǎng)絡(luò)綠色化改造，加快先進(jìn)節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用推廣。

從通信行業(yè)的整體發(fā)展情況來看，其面臨如下問題：一是城市選址建設(shè)逐漸困難。5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)頻點高，要求密度相對4G大，占用城市公共資源多。二是機柜擴(kuò)容需求逐漸增多，原有機柜隨著運營商的設(shè)備逐年增多，機房或機柜內(nèi)配套設(shè)備容量明顯不足，需要大量擴(kuò)容改造。三是原有機柜施工不靈活。原有機柜屬于整體機柜，安裝時需要整體吊裝或拼裝柜體，占地面積大、施工不靈活。四是降本增效訴求逐年升高。5G建設(shè)投資逐年增多，設(shè)備運行成本壓力相比4G成倍數(shù)增加，運營商降本增效的訴求也逐年升高。針對如上情況，需要一種有效的技術(shù)手段對存量基站配套設(shè)施進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，如創(chuàng)新設(shè)計節(jié)能型室外機柜，對存量機柜內(nèi)進(jìn)行優(yōu)化改造等，以實現(xiàn)精準(zhǔn)節(jié)能，減少運營成本，助力實現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和。本文針對5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)由廣覆蓋進(jìn)入深度覆蓋的背景、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化需求日益提升、基站建設(shè)要求日益嚴(yán)峻等情況，研究多種有效的技術(shù)手段對基站配套進(jìn)行創(chuàng)新優(yōu)化設(shè)計，如新型室外節(jié)能機柜采用分柜分倉安裝方式，可根據(jù)現(xiàn)場配置需求靈活堆疊拼裝；用創(chuàng)新型頂部自調(diào)速風(fēng)機取代高能耗的空調(diào)，實現(xiàn)有效節(jié)能；機柜四面采取垂直瓦楞結(jié)構(gòu)，形成自然風(fēng)道散熱，散熱效果顯著提升，降低BBU設(shè)備運行溫度，從而降低用電費用。存量機柜通過節(jié)能型熱交換器及智能化控制+外部風(fēng)道的精準(zhǔn)送風(fēng)和回風(fēng)，減少空調(diào)使用頻次和用電量。

二、室外節(jié)能機柜方案研究

（一）方案設(shè)計要點

隨著城市發(fā)展和運營商數(shù)字發(fā)展訴求，“5G+建設(shè)”是近年來的發(fā)展重點。相較于4G設(shè)備，5G設(shè)備功耗高、耗電量大，建設(shè)要求越來越高，更靈活的建設(shè)方式、更快捷的建設(shè)方法、更節(jié)省的建設(shè)方案必然成為“5G+建設(shè)”的發(fā)展要求?；诖耍疚膹耐ㄐ呕镜呐涮讬C柜新建及存量改造入手，創(chuàng)新優(yōu)化設(shè)計方案，實現(xiàn)降本增效。

針對通信基站在城區(qū)或密集人群場景中的覆蓋需求，本文創(chuàng)新設(shè)計“拼裝式室外節(jié)能機柜”。機柜主要由頂部風(fēng)扇模塊、設(shè)備艙模塊和底座模塊三部分組成，可以根據(jù)運營商的需求定制拼裝機柜的形式（雙層拼裝和單層拼裝）。拼裝機柜內(nèi)的空調(diào)和風(fēng)扇可以根據(jù)機柜內(nèi)的溫度選擇開閉，年度節(jié)能投資降低約58%。該機柜的使用場景主要是市區(qū)人行道、郊區(qū)機柜站點、未進(jìn)行非金屬機柜改造的全部站點、樓面機柜站點等4類。

機柜采用分柜分倉安裝方式，可根據(jù)現(xiàn)場配置需求靈活堆疊拼裝；用創(chuàng)新型頂部自調(diào)速風(fēng)機取代高能耗的空調(diào)，實現(xiàn)有效節(jié)能；同時，機柜四面采取垂直瓦楞結(jié)構(gòu)，形成自然風(fēng)道散熱，散熱效果顯著提升，降低BBU設(shè)備運行溫度，從而降低用電費用。

（二）方案創(chuàng)新點

1.機柜采用分柜分倉設(shè)計，可根據(jù)現(xiàn)場配置需求靈活堆疊拼裝，可垂直疊加，也可水平擴(kuò)展。

2.采用創(chuàng)新的頂部自調(diào)速風(fēng)機（從柜內(nèi)向柜外吹風(fēng)）技術(shù)取代高能耗的空調(diào)，實現(xiàn)有效節(jié)能，也可減少柜內(nèi)灰塵。

3.柜門四面采取垂直瓦楞結(jié)構(gòu)，既能防止雨水進(jìn)入，又可形成自然散熱風(fēng)道，結(jié)合頂部風(fēng)機，顯著提升散熱效果。

（三）方案優(yōu)勢

1.高效節(jié)能

該方案采用模塊化設(shè)計，用創(chuàng)新型頂部自調(diào)速風(fēng)機取代高能耗的空調(diào)，實現(xiàn)有效節(jié)能，節(jié)省空調(diào)成本和空調(diào)用電成本。如圖1所示，具體包括如下模塊：

2.安裝配置靈活

該機柜使用分柜分倉安裝方式，如圖2所示，可根據(jù)現(xiàn)場配置需求堆疊拼裝，占地面積小。

（1）多個模塊分體設(shè)計，可以靈活組合，易于安裝，節(jié)省空間；

（2）設(shè)備（含電池）倉分級風(fēng)扇散熱；

（3）線纜柜內(nèi)通孔連接，保證防水；

（4）側(cè)向底部通風(fēng)。

3.防水散熱性能好

該機柜前后門均可開啟，四面采取垂直瓦楞結(jié)構(gòu)，形成自然風(fēng)道散熱，使得散熱效果顯著提升。室外節(jié)能機柜四周的門采用“垂直瓦楞結(jié)構(gòu)”設(shè)計，其原理如下：

機柜內(nèi)壁與外壁由兩塊垂直的U型板的凹面互扣（如圖1中上視圖所示），當(dāng)雨水從外面進(jìn)來，會順著瓦楞擋板垂直落下，不會進(jìn)入機柜內(nèi)部，從而實現(xiàn)有效防水。夏季（如圖2）擋風(fēng)板向右平移，開孔與瓦楞通風(fēng)孔重合，形成空氣流通自然風(fēng)道，機柜內(nèi)外空氣進(jìn)行交換，可有效散熱。冬季（如圖3）擋風(fēng)板可以向右平移，蓋住瓦楞通風(fēng)孔，保障機柜內(nèi)暖空氣不會流進(jìn)機柜，可有效保溫。

三、基站配套空調(diào)節(jié)能優(yōu)化方案研究

為有效降低電費成本，針對存量基站配套設(shè)施，本文創(chuàng)新設(shè)計了存量機柜空調(diào)節(jié)能優(yōu)化改造方案，通過節(jié)能型熱交換器及智能化控制+外部風(fēng)道的精準(zhǔn)送風(fēng)和回風(fēng)減少空調(diào)使用頻次和電量。

傳統(tǒng)通信基站配套機柜內(nèi)部氣流組織不合理，會引發(fā)局部高溫報警?？照{(diào)利用效率較低，空調(diào)制冷量一部分被室外新風(fēng)帶出和消耗。同時，基站內(nèi)集塵嚴(yán)重，造成電子元件散熱性能下降。該方案能有效解決上述難題：首先，通過精準(zhǔn)送風(fēng)提高空調(diào)利用率，采用外部風(fēng)道的精準(zhǔn)送風(fēng)和回風(fēng)，優(yōu)化機柜內(nèi)部氣流組織，有效控制機柜內(nèi)溫度。其次，采用節(jié)能型熱交換器及智能化控制，節(jié)能效果顯著。再次，采用“一拖三”的集成化熱交換系統(tǒng)，安放在機柜頂部，美觀且噪聲小。最后，采用集成化節(jié)能型熱交換系統(tǒng)改善了機柜內(nèi)通信設(shè)備的運行環(huán)境，延長了設(shè)備的使用壽命，減少了設(shè)備故障率。

以單柜為試點單元，實現(xiàn)全年無高溫報警，基站內(nèi)工作溫度符合國標(biāo)要求，全年節(jié)約電量1726kWh。具體數(shù)據(jù)見表1。

以三柜為試點，實現(xiàn)全年無高溫報警，基站內(nèi)工作溫度符合國標(biāo)要求，全年節(jié)約電量5868kWh。具體數(shù)據(jù)見表2。

四、應(yīng)用效益分析

基于以上創(chuàng)新設(shè)計方案，可降低通信基站配套建設(shè)成本及運營成本：可減少每個傳統(tǒng)室外機柜內(nèi)空調(diào)投資3425.59元，節(jié)省空調(diào)用電費用5150元/年。同時，較傳統(tǒng)機柜封閉空間，散熱效率提升50%，降低BBU運行環(huán)境溫度從而減少BBU散熱功能功耗，減少設(shè)備用電，可節(jié)省設(shè)備用電1401元/年，從而有效提升運營商及鐵塔公司的投資效益，高標(biāo)準(zhǔn)地實現(xiàn)節(jié)能減排、降本增效。

五、結(jié)束語

本文從通信基站選址難、配套機柜改造難、配套建設(shè)受限的現(xiàn)狀，提出一種利用拼裝式節(jié)能機柜、存量機柜優(yōu)化改造、精準(zhǔn)節(jié)能的新方案。該方案可以提升運營商及鐵塔公司的投資效益，為通信行業(yè)節(jié)能減排、降本增效提供了可靠參考。

作者單位：吳一凡 孫學(xué)朋 河南省信息咨詢設(shè)計研究有限公司

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