通信基站智能新风系统运行策略研究_雷威.pdf

节能基础科学49NO.01 2023节能 ENERGY CONSERVATION通信基站智能新风系统运行策略研究雷威（上海置信能源综合服务有限公司，上海 200335）摘要：对通信基站安装的智能新风系统进行试验测试，探讨新风系统与空调联动控制的相关策略，分析新风系统与空调带“互斥”联锁与不带联锁的控制策略，研究系统在不同运行策略下的节能效果。结果显示：智能新风系统的供冷量随着室外温度的升高而降低，但整体节能效果明显，具有巨大的经济效益。新风系统与空调不联锁状态的节能效果优于“互斥”联锁状态；不联锁状态能够在兼顾节能效果的同时适应室外温度的变化，对现场设备及控制逻辑要求较高。关键词：通信基站；智能新风；节能控制中图分类号：TU83 文献标识码：B 文章编号：1004-7948（2023）01-0049-03 doi：10.3969/j.issn.1004-7948.2023.01.013Research on operation plans of smart fresh air system at communication base stationLEI WeiAbstract：The smart fresh air system installed in the telecom base station was tested experimentally,the relevant strategies of the linkage control between the smart fresh air system and the air conditioner were discussed,the control strategies of the smart fresh air system and the air conditioner with and without mutually exclusive interlock were analyzed,and the energy-saving effect of the system under different operation strategies was studied.The results show that the cooling capacity of smart fresh air system decreases when the outdoor temperature increases,but the energy-saving performance is obvious,which has huge economic benefits.The energy-saving effect of smart fresh air system and the air conditioner without interlocking is better than that of the mutually exclusive interlocking state.The non-interlocking state can take into account the energy-saving effect and adapt to the change of outdoor temperature,which has high requirements for field equipment and control logic.Key words:communication base station;smart fresh air system;energy-saving control1概述“双碳”背景下，我国通信三大运营商及中国铁塔均明确提出降本增效和绿色低碳发展计划，中国移动、中国电信相继发布通信基站节能降耗、效能提升专项行动文件，遏制通信机房电费快速增长趋势1。2021年中国电信集团有限公司决定开展电费效能提升专项行动。中国移动也于2022年7月15日发布C2三能中国移动碳达峰碳中和行动计划白皮书，提出构建“三能六绿”绿色发展新模式，明确到“十四五”期末碳排放总量控制在5 600万t以内。中国移动将积极参与碳核查、碳披露、碳交易活动，助力生态链整体绿色转型。随着5G技术快速发展及应用场景需求变化，运营商面临严峻的能耗挑战，5G基站的耗电量预计是4G基站的35倍2。目前，主要通信设备厂家的节能研究通过降低主设备功耗进行，使用传统的硬件节能和软件节能方式3。硬件节能旨在降低基站的基础功耗，软件节能以业务运营为出发点，系统对硬件资源进行合理调配，使基站主设备更高效运行。针对通信行业降能耗、降成本、节能增效的共同诉求，实施转改直和基站节能改造，降低运营商电费成本4-5。基站是室内设备发热量大且比较集中的场所，发热量约200 W/m2。为了维持基站内的温度，基站空调几乎需要24 h不间断运行，空调系统的能耗非常大，约占整个基站能耗的40。高效降低空调用能是通信机房节能改造的主要关注点之一6-8。利用自然冷源降低空调能耗技术已经在通信机房中得到重点研究和广泛的应用9。利用新风能技术可以加强系统对自然风的有效使用，通过热量交换逐渐降低室内温度，最终实现空调系统的节能减排10-12。但是，提高新风利用效率、最大限度地降低空调能耗的策略有待进一步探讨。通过探讨新风系统与空调系统联动控制的不同控制策略，实现节能减排。作者简介：雷威（1989），男，硕士，工程师，研究方向为低碳、节能环保相关技术及应用。收稿日期：2022-08-25引用本文：雷威.通信基站智能新风系统运行策略研究 J.节能，2023，42（1）：49-51.节能基础科学50节能 ENERGY CONSERVATIONNO.01 20232通信基站智能新风系统运行策略针对基站用专用空调，为了避免空调设备频繁启停，延长空调使用寿命，根据实际使用需要，在满足基站设备安全稳定运行的条件下，设置了相对宽泛的空调设备启停温度上、下限。室内温度超过上限时，空调强制启动制冷运行；室内温度低于下限时，空调停止制冷，维持待机通风运行；室内温度处于上下限之间时，保持原运行状态。采用智能新风系统对基站进行节能改造，将新风系统与环境温度、空调系统进行联动控制，实时采集基站的室内外温度；实现新风系统及空调系统的自动启停、运行模式自动切换，减少空调制冷时间，降低能耗。智能新风系统与空调系统的联动控制分为互斥控制（两者运行状态相互排斥，不能同时运行）、新风系统与空调不联锁控制（两者运行状态相互独立）两种。基站室内温度为2530，空调启停温度上限与下限的温差为5。室内温度高于30，空调启动，低于25，空调停止；室内温度高于28，新风启动，室温低于25 时，新风停止，新风启动时的室内外温差必须大于等于2。2.1智能新风系统与空调系统互斥控制新风系统与空调系统互斥控制的启停条件如表1所示。新风系统与空调系统互斥联锁时，新风与空调的运行不仅受自身的启停条件约束，同一时间段内，两者运行状态相互排斥，不能同时运行。2020年6月10日宁波铁塔梅山大桥南站室内外温度和新风系统与空调系统的运行状态如图1所示。由图1可知，空调系统与新风系统的运行状态互斥。新风系统的运行状态不仅受自身的启停条件约束，也与空调系统的运行状态有关。室内温度超过28 时启动新风系统，此时新风显冷量不满足站内冷负荷需求（考虑设备节能效益最大化，对新风系统显冷量超过站内冷负荷需求的不做讨论），室内温度仍处于上升趋势；室内温度达到30 时启动空调系统，由于“互斥”作用，空调系统运行、新风系统停止；空调系统的冷量大于室内所需冷量，因此室温开始下降，此时只有空调系统运行，新风系统保持停止状态；随着室温不断降低，室内温度为2830 时，室内外温差满足新风系统启动条件，新风系统启动，空调系统关闭，循环运行；室内外温差不满足新风系统启动条件时，空调系统继续运行，直到室内温度降低到25。新风系统与空调系统“互斥”联锁策略中，新风系统与空调系统不同时运行，对新风系统进风口位置、排风口位置、新风在室内的气流组织等方面的要求不高，布置方式相对较灵活。但空调系统运行期间，室内外温度满足新风系统运行要求时，由于互斥作用，不能有效利用新风系统的自然冷量，空调节电量损失较大；设备运行的一定时间内空调及新风系统会频繁切换，影响设备寿命。2.2智能新风系统与空调系统不联锁控制新风系统与空调系统不联锁控制的启停条件如表2所示。新风系统与空调系统不联锁时，各自相互独立运行，系统的运行仅受自身的启停条件约束。2020年4月13日0：00时至19日24：00宁波铁塔集士港虞家站室内外温度和新风系统与空调系统的运行状态如图2所示。图2宁波铁塔集士港虞家站室内外温度和新风系统与空调系统的运行状态（2020年4月13日0：00时至19日24：00）表1新风系统与空调系统互斥控制的启停条件室内温度TN/TN2525TN282830室外温度Tw/TwTN-2TwTN-2TwTN-2TwTN-2TwTN-2TwTN-2新风系统停止停止停止停止开启停止停止空调系统停止停止停止停止停止开启开启图1宁波铁塔梅山大桥南站室内外温度和新风系统与空调系统的运行状态（2020年6月10日）表2新风系统与空调系统不联锁控制的启停条件室内温度TN/TN2525TN282830室外温度Tw/TwTN-2TwTN-2TwTN-2TwTN-2TwTN-2TwTN-2新风系统停止停止停止停止开启停止开启空调系统停止停止停止停止停止开启开启节能基础科学51NO.01 2023节能 ENERGY CONSERVATION由图2可知，室内温度超过28 时启动新风系统，此时新风系统的显冷量不足，室内温度仍然上升，达到30 时启动空调，此时空调系统与新风系统同时运行；空调系统+新风系统的冷量超过室内所需冷量，室内温度开始下降，此时空调系统与新风系统仍然保持同时运行；室内温度降至25 时，空调系统关闭，新风系统继续保持运行状态；新风系统的冷量不满足站内冷负荷的需求，室温开始上升，维持新风系统启动、空调系统关闭的状态，直至室内温度再次达到30，再次启动空调，循环运行。新风系统与空调系统不联锁策略比较适用于基站热负荷高、新风显冷量容量相对偏小、采用可改变制冷量的变频压缩机的空调系统。可以在空调系统启停的温度范围内有效地控制室内的温度变化，有效地降低空调压缩机的运行时间（空调仍处于待机状态），减少空调的启停频次。但是，室内外温差满足条件且新风系统的显冷量相对富余时，空调系统与新风系统同时运行，未能充分发挥新风自然冷量的替代作用，空调节电量略有损失、未达最大化。3热平衡分析通信基站热平衡主要分析设备的发热量、墙体的传热量、墙体或房间漏风产生热量、空调制冷量、新风冷量。Qs+Qc+Ql=Qk+Qx(1)式中：Qs通信基站所有设备发热量，kW，与室内负载有关；Qc墙体的传热量，与室内外温差、围护结构综合传热系数有关，kW；Ql墙体或房间漏风产生的热量，与机房漏风量、室内外温差有关，kW；Qk空调的制冷量，kW；Qx新风设备产生的冷量，与新风风量、室内外温差有关，kW。基站房间门窗的密闭性较好，暂时不考虑墙体或房间漏风产生的热量、墙体的传热量。仅采用新风节能系统时，通信基站房间的热量平衡方程为：Qs=Qk+Qx(2)新风系统与空调系统互斥联锁控制情况下，室内发热量完全由空调制冷的冷量抵消：Qs=Qk(3)或者室内发热量完全由新风冷量抵消：Qs=Qx=CPm()To-Ti(4)式中：CP空气比热容；m进风量；To出风温度；Ti进风温度，即室外环境温度。智能新风系统的供冷量随着室外温度的升高而降低，仅在供冷量能够完全满足站内热负荷需求的情况下开启，对新风设备的新风量及室外环境温度有一定的要求，新风利用率较低；空调运行期间，室外温度满足新风系统的运行要求时，由于互斥作用，不能有效利用新风系统的自然冷量，空调节电量损失较大，未有效利用室外新风冷量。新风系统与空调系统不联锁控制情况下，站内热平衡方程为：Qs=Qk+Qx(5)室内外温度满足新风系统的启动运行条件时，站内的冷负荷一直由新风系统与空调系统联合提供，有效利用了室外新风的冷量，提高了新风的利用率。新风系统与空调系统同时运行对新风系统的进风口位置、排风口位置、新风在室内的气流组织等均具有很高的要求，需尽可能消除室内温度场的不均匀性，避免排风口靠近空调冷风出口造成的“空调冷量短路”现象。4结语节能方面，新风系统与空调系统不联锁控制时，新风系统能够充分利用室外自然冷源，降低空调的使用率，节能量大于“互斥”联锁情况；针对室外温度剧烈变化的极端天气，不联锁状态下的新风与空调的总冷量更加充裕、运行方式更加灵活，在兼顾节能的同时能够适应室外温度的变化。参考文献1 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