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基站空调的节能计算分析

基站空调的节能计算分析
2008-01-23 15:48

     移动通信技术的快速发展,催生了大量的通信基站。这些通信基站里面安装着高价值的通信电子设备,这些电子设备对环境有一定的要求,需要保持在一定的温度范围之内,甚至要求温度稳定在某一个数值附近(例如:24℃±3℃),为此,每一个基站都需要配备空气调节设备。

     前些年,受投资的限止、自然冷却节能空调价格过高、对自然冷却基站空调认识不足等因素的影响,基站投资与运营公司选用了许多的常规柜式空调机组。实践证明了这种空调选型的不合适性。除了出现了一系列的设备可靠性问题外,过大的运行能耗过大也是一个重要问题。基站管理人员已经发现了这些问题,从而设法改用专门为基站设计的节能型自然冷却基站空调设备。然而对这种节能设备的选型应用指导,仍缺少资料,到底这种设备是否真的节能?能够节能多少?很少见到有这方面的资料介绍。定性的介绍有一些,定量的分析就没有了,实际检测的数据更是没有。

     中国移动通信公司认识到节能一体化基站空调设备在基站以及机房应用中的节能潜力,正在组织实施对这种自然冷却基站空调设备的实际运行对比测试,预计需要一到二年的时间,才会有一系列的实测数据出来。

     为了使行业人士对这种产品的节能效果有更多的了解,作者打算在这里提供一些模拟计算的结果供参考。

     应该说,最准确的结果只能通过实际安装、检测才能得到,但这需要大量的时间、精力、设备的投入,而且,通过一年、二年的检测、一个、两个地区的检测结果并不具有普遍性,所以模拟计算仍是最重要手段。阿尔西公司打算做一个全面的模拟计算软件,然而这需要较长的时间,这篇文章的主要目的之一是想起到抛砖引入的作用,然望读者能对这个模拟计算软件的开发提供意见与开发思路;另一个目的是为读者提供一个典型数据供参考。

     本计算分析以一个典型的气候条件为例,比较安装于同一地点的两种基站空调机组的能耗情况,其中一台空调机组不带自然冷却功能,另一台机组带自然冷却功能。这里的自然冷却功能是指采用直接引入室外新风的自然冷却功能。另外比较的产品是本公司生产的两种规格的基站专用空调机组,分别是:
普通型基站空调机组:MOBILECOOL 07 S0
自然冷却基站空调机组:MOBILECOOL/INDOOR 7 E1 C1
计算比较的基准数据如下:
基站外形尺寸
长 m 6.058
宽 m 2.438
高 m 2.591
顶部与底部的面积 m2 14.77
四周外表面积 m2 70.40
     上表是一个典型的基站外形尺寸,在此表中,根据基站的外形尺寸计算了其顶部与底部的面积及四周的面积。
传热系数
顶部 w/m2.k 2
侧面 w/m2.k 1.5
底部 w/m2.k 0.75

     上表中,基站顶部受太阳晒,实际温度比空气温度更高,加上内外空气的流动增强了传热,所以取较大的传热系数。底部由于内外空气均不流动或流速较低,所以取较小数值。侧墙也因为内外空气均处于流动状态,所以传热系数也取较高数值。
室内控制温度

     目前基站空调没有国家标准,厂家一般按照<>生产,用户也按照这个标准选用空调机。按这个标准,其控制温度设定在:23℃。
基站内部设备发热量
在本计算实例中,均按4.7kw的稳定发热量计算。
室外气温
室外气温对空调机组的能耗起着决定性的作用。由于在不同室外气温下,基站内部的总热负荷以及机组工作时的效率与耗电量均不相同,所以计算时应考虑机器在不同温度工作下的工作小时数。下表是某地区全年不同气温下的时间与相应的基站内部地表温度。
气温℃ 38 33.4 28.8 24.2 19.6 15 10.4 5.8 1.2 -3.4 -8
地表温度 30 29 27 25 22 17 14 14 14 14 14
小时数 30 448 836 1095 1244 1339 1263 1099 849 512 45
空调机的选配
在上述情况下,需要选配制冷量为7kw左右的空调机,如前所述,选配机型分别是:
普通型基站空调机组:MOBILECOOL 07 S0
自然冷却基站空调机组:MOBILECOOL/INDOOR 7 E1 C1
两种机器的制冷量均为7.1kw。
压缩机消耗功率与制冷量在不同工况下均有所不同,参见下表:
气温℃ 38 33.4 28.8 24.2 19.6 15 10.4 5.8 1.2 -3.4 -8
制冷量 kw 7 7.35 7.7 8.1 8.25 8.4 8.4 8.4 8.4 8.4 8.4
压缩机功率 kw 2.58 2.40 2.23 2.15 2.15 2.15 2.15 2.15 2.15 2.15 2.15
此外,这两种设备的室内侧风机与室外侧风机的消耗功率均为:0.37kw。
根据前面的基本数据,分别计算两种机器在室内控制温度为23℃时不同室外气温下的总耗电量如下:
A 不带自然冷却功能的空调机组的耗电量计算结果:
气温 ℃ 38 33.4 28.8 24.2 19.6 15 10.4 5.8 1.2 -3.4 -8
地表温度 ℃ 28 26 24 20 18 16 16 15 15 14 14
各温度下的运行时间 h 31 448 836 1095 1244 1339 1263 1099 849 512 44
外部空气向室内的传热
顶部 kw 0.44 0.31 0.17 0.04 -0.10 -0.24 -0.37 -0.51 -0.64 -0.78 -0.92
侧面 kw 1.58 1.10 0.61 0.13 -0.36 -0.84 -1.33 -1.82 -2.30 -2.79 -3.27
底部 kw 0.06 0.03 0.01 -0.03 -0.06 -0.08 -0.08 -0.09 -0.09 -0.10 -0.10
所需要的制冷负荷 kw 7.05 6.41 5.76 5.10 4.46 3.81 3.19 2.56 1.94 1.30 0.68
空调设备参数
空调机供冷能力 kw 7 7.35 7.7 8.1 8.25 8.4 8.4 8.4 8.4 8.4 8.4
压缩机运行时的消耗功率 kw 2.60 2.25 2.28 2.12 2.0425 2.0425 2.0425 2.0425 2.0425 2.0425 2.0425
压缩机提供的制冷量 kw 7.05 6.41 5.76 5.10 4.46 3.81 3.19 2.56 1.94 1.30 0.68
压缩机实际消耗的功率 kw 2.62 1.96 1.70 1.33 1.10 0.93 0.78 0.62 0.47 0.32 0.17
空调机运行时消耗的总功率 kw 3.36 2.70 2.44 2.07 1.84 1.67 1.52 1.36 1.21 1.06 0.91
各气温下的总耗电度数 度 103.7 1210.2 2040.1 2268.4 2293.0 2232.0 1913.6 1497.0 1028.0 541.2 39.7
全年总耗电度数 度 15166.7
B 带自然冷却功能的空调机组的耗电量计算结果
气温 ℃ 38 33.4 28.8 24.2 19.6 15 10.4 5.8 1.2 -3.4 -8
地表温度 ℃ 28 26 24 20 18 16 16 15 15 14 14
各温度下的运行时间 h 31 448 836 1095 1244 1339 1263 1099 849 512 44
外部空气向室内的传热
顶部 kw 0.44 0.31 0.17 0.04 -0.10 -0.24 -0.37 -0.51 -0.64 -0.78 -0.92
侧面 kw 1.58 1.10 0.61 0.13 -0.36 -0.84 -1.33 -1.82 -2.30 -2.79 -3.27
底部 kw 0.06 0.03 0.01 -0.03 -0.06 -0.08 -0.08 -0.09 -0.09 -0.10 -0.10
所需要的制冷负荷 kw 7.05 6.41 5.76 5.10 4.46 3.81 3.19 2.56 1.94 1.30 0.68
空调设备参数
空调机供冷能力 kw 7.00 7.35 7.72 8.10 8.25 8.40 8.40 8.40 8.40 8.40 8.40
压缩机运行时的消耗功率 kw 2.60 2.25 2.28 2.12 2.04 2.04 2.04 2.04 2.04 2.04 2.04
压缩机提供的制冷量 kw 7.05 6.41 5.76 5.10      
压缩机实际消耗的功率 kw 2.62 1.96 1.70 1.33      
空调机运行时消耗的总功率 kw 3.36 2.70 2.44 2.07 0.74 0.74 0.74 0.74 0.74 0.74 0.74
各气温下的总耗电度数 度 103.7 1210.2 2040.1 2268.4 920.7 990.9 934.4 813.5 628.4 379.0 32.4
全年总耗电度数 度 10321.5

     通过上面的计算,我们可以发现,如果使用带自然冷却功能的空调机组,与不带自然冷却功能的机组相比较,一年可以节约运行电费:15166.7-10321.5=4845(度)。

     从上面的计算可以看出,采用自然冷却基站空调设备,其节能效果是非常可观的。一般来讲,带自然冷却功能的空调机组比不带自然冷却功能的空调机组设备价格约贵2000-6000元钱,用户大约可以在2年时间之内回收增加的初投资。

     事实上,基站空调设备的运行费用还可以得到更多的节省。为此作者提出一个新的观点:随着技术的持续发展,基站电子设备的可靠性大大提高,对温度的要求也不那么高了,其温度适应范围已经非常宽广,因此,对于基站设备,其控制温度不必按空调设备的标准控制在23℃,可以将这个温度提高到30℃,这样可以进一步节约运行费用。

     按照上述计算方法,不带自然冷却功能的空调机全年运行费用为:15167度电;带自然冷却功能的机组全年运行费用为:10322度电。这两种机器运行费用相差:4845度电。由此看出,自然冷却功能相当重要。请注意,实际节能效果比这个计算结果还可好很多,因为作者在进行这个计算时,没有将制冷系统由于控制温度的提高因而效率提高的因素考虑进去(如果考虑制冷效率的提高,节电量还可以增加约20%。

     按上述同样的计算方法与计算基准,如果将基站控制温度提升到30℃时,有种机组的年耗电量分别是:12956度与8475度。这两种情况耗电量相差:12956-8475=4482(度)。如果与拿30℃与23℃情况相比,30℃工况自然冷却机组的耗电量比23℃不带自然冷却机组的耗电量下降:15167-8475=6692(度),由此可以看出基站空调设备的节能潜力。

    与其它场合的空调设备相同,基站空调设备是基站的能耗大户,不过,对于基站我们可以采用很好的节能解决方案:自然冷却基站空调机组。然而,现实情况却不理想,不带自然冷却功能的机组被大量使用,带自然冷却功能的机组使用非常有限。在注重环境、节能的21世纪,相信会有越来越多的人认识自然冷却基站空调机组的重要性。

作者:刘安全


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