1、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
2、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： 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） 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
3、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 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
4、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。 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 25 28 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
5、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
6、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
7、。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150 3400 72 129.6 26.2 1.8140 3184 72 129.6 24.6 3.4130 2968 72 129.6 22.9 5.1120 2752 72 129.6 21.2 6.8110 2536
8、72 129.6 19.6 8.4100 2320 72 129.6 17.9 10.190 2104 72 129.6 16.2 11.880 1888 72 129.6 14.6 13.470 1672 72 129.6 12.9 15.160 1456 72 129.6 11.2 16.850 1240 72 129.6 9.6 18.440 1024 72 129.6 7.9 20.130 808 72 129.6 6.2 21.8 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
9、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
10、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
11、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
12、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：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，室外冷空气 室内热空气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
13、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
14、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
15、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
16、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
17、芯体。其原理图如下：室 内 热 空 气室 内 较 热 空 气室 内 基 站换 热 芯 体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
18、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
19、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
20、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
21、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
22、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
23、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
24、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
25、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分的供电，便可以节省下电源消耗。DTRU 当中有两个功放，分别控制静态功放和动态功放，而且可以针对一个 DTRU 中的 16 个时隙的分别进行静态和动态功放的开关，也就是说，如果一个时隙没有了话
26、务占用，那么功放会单独关闭这个时隙的静态和动态功放，这就是“时隙级功放关断”功能。2、 智能关断载频：智能关断载频功能的作用是在功放关断的前提下，通过软件算法控制射频信号的电源开关以进一步完成功耗的节省。3、 DTX 不连续发射技术。通讯过程中，其实移动用户仅有 40%的时间用于通话，60%的时间没有有用的信息传递，如果这些信息全部传递给网络的话，不但会对系统资源造成浪费，而且也将使系统内干扰加重。针对这种情况，GSM 系统采用了 DTX 技术，即在没有语音信号传输时就停止连续发送无线信号，从而使干扰电平降低来提高系统的效率。DTX 功能对所有基站类型均适用，采用 DTX 不连续发射技术之后，
27、功放的等效发功时间降低到不使用该功能的 60%，该功能带来的作用是：上行可以节省移动台电池和减少系统内干扰；下行表现为降低基站功耗，减少系统内干扰，减少基站内交调。DTX 不连续发射技术是降低基站功耗的一个辅助手段，在进行降功耗实施时建议使用。以上三种华为基站的节能设置均需相关的 lisence 支持。华为基站试验结果：根据基站类型选择进行节能测试，BTS3900 基站节能效最较好，基本达到 30%，而 BTS3012 和BST3006C 基站设备设置节能参数进行试验后的结果表时这两种类型的基站设备节能效果较差，BTS3006C 基站基本不节能，通过分析，我们认为这主要是与基站载频所采用的相关技术有关，BTS3900 基站所用载频将功率控制移稙到公共射频前级，便于进行有效和更精细化的功率控制。同时基站节能的效果还与基站话务量大小有关，若基站话务量较大，采用基站节能技术后其节能效果也较明显。
