Rambler's Top100
Статьи ИКС № 04 2011
Евгений Петрович ВИШНЕВСКИЙ  Михаил САЛИН  05 апреля 2011

Естественное охлаждение на базовых станциях

Система кондиционирования – один из основных потребителей электроэнергии на БС в сотовых сетях. Но, как показывает опыт операторов, в европейском климате вполне реально использовать естественное охлаждение – и для этого есть соответствующие технические решения.

Евгений ВИШНЕВСКИЙ, технический директор United Elements Михаил САЛИН, технический специалист отдела исследований и развития United Elements 

Реальное проникновение сотовой связи в России пока еще растет, а значит, растет количество площадок базовых станций (сайтов) и расход электроэнергии на их работу. Хотя аналитики прогнозируют, что рост числа пользователей замедлится, количество передаваемой информации в сетях сотовой связи будет увеличиваться: например, средний объем интернет-трафика в расчете на одного абонента вырос за прошлый год более чем в три раза. Естественно, будет увеличиваться и потребление энергии. А ведь российские цены на энергетические ресурсы сегодня все более приближаются к мировым, все большая часть электроэнергии продается по нерегулируемым ценам – и после 2011 г. в России цены на 100% электроэнергии вообще станут «свободными». Уже сейчас размеры затрат на электроэнергию заставляют операторов сотовой связи искать энергоэффективные решения.

 

На самом деле эта проблема затрагивает не только корпоративные интересы, но может рассматриваться и в региональном и даже государственном масштабе (о влиянии на климат и экологию в данном контексте пока говорить не будем). В среднем на одного пользователя мобильной связи в мире приходится около 17 кВт•ч/год, что соответствует удельной потребляемой мощности 2 Вт. Если учитывать, что в России сотовой связью пользуются более 120 млн абонентов, то получим среднюю цифру потребляемой мощности в 250 МВт. В масштабе всей энергосистемы эта величина, наверное, не впечатляет, но для отдельной телекоммуникационной компании обеспечение дополнительных мощностей оказывается непростой задачей. Проблема усугубляется тем, что региональные энергоснабжающие компании с трудом удовлетворяют растущий спрос, особенно в мегаполисах и городах-миллионниках. Для потребителей электроэнергии мощностью несколько киловатт плата за присоединение оценивается в тысячи евро – эти суммы также влияют на рост тарифов, ложась на плечи абонентов.

 

 
 
 
 

Западные телекоммуникационные компании за последние годы успели реализовать целый ряд мер, направленных на оптимизацию энергопотребления и сокращение выбросов парниковых газов. Можно было бы воспользоваться накопленным опытом, тем более что используемые технологии демонстрируют требуемую надежность и быструю окупаемость.

 

Энергопотребление базовых станций

 

Исследования показывают, что основная часть электроэнергии затрачивается в подсистеме БС беспроводных сетей. Большая часть энергии, потребляемая телекоммуникационным оборудованием, рассеивается внутри контейнера базовой станции (шельтера). Выделяемое внутри тепло и теплопритоки снаружи ассимилируются, как правило, с помощью обычных кондиционеров – бытовых сплит-систем. Сплит-система является одним из основных потребителей электроэнергии на базовой станции, примерно на четверть увеличивая ее расход (см. таблицу). Можно считать, что для БС в конфигурации 6/6/6 полезное потребление составляет только 720 Вт (18 передатчиков по 40 Вт) плюс энергия для работы тракта приема и вентиляторов охлаждения. В итоге из всей подводимой энергии около половины превращается в тепло.

 

Приведенные в таблице характеристики кондиционеров (фреон R22) соответствуют паспортным, т. е. холодопроизводительность рассчитана при условии, что в помещении обеспечиваются температура +27°С и 50% относительной влажности. Из-за наличия аккумуляторных батарей приходится поддерживать температуру на 5°С ниже, поэтому летом энергопотребление будет возрастать примерно на 20% от паспортного значения. Номинальную холодопроизводительность обычно указывают в обозначении модели, хотя британские термические единицы мало что говорят простому пользователю. Если перевести эти цифры в метрическую систему, то 7000 BTU/h соответствует холодопроизводительность 2,05 кВт, чего вполне достаточно для поглощения тепловыделений от БС средней мощности. В случае совместного размещения телекоммуникационного оборудования 2G и 3G в одном контейнере, учитывая к тому же внешние теплопритоки, приходится идти на увеличение мощности кондиционера (например, до 12000 BTU/h – 3,25 кВт).

 

Модернизация микроклиматической системы

 

Как видно из таблицы, мощность кондиционера часто соизмерима с потребляемой мощностью основного оборудования. Причем в аспекте энергоэффективной стратегии микроклиматическую систему следует рассматривать в первую очередь. Проведенные в Европе исследования показали, что повышение температуры не влияет на надежность и срок службы телекоммуникационного оборудования. Так, в корпоративном отчете за 2008 г. компания Vodafone демонстрирует результаты комплексного подхода к проблеме энергоэффективности на базовых станциях (рис. 1). Основное внимание здесь обращают на параметры микроклимата:

 

• естественное охлаждение (1 на рис. 1) – используется на 40% базовых станций;

 

• увеличение предельно допустимой температуры (2), реализованное на 40 тыс. базовых станций, – экономит 2750 кВт.ч в год на каждой БС;

 

• индивидуальное охлаждение аккумуляторных батарей (5) – проходит этап испытаний.

 

По словам Энди Маклеода, директора департамента международных сетей компании Vodafone, многие операторы сотовой связи перешли к температуре +35°С вместо традиционных 25–30°С. Против повышения уровня температуры возражают в основном технические специалисты, которым приходится работать в горячих аппаратных. Результаты такого подхода видны, например, из отчета о реализации стратегии энергосбережения Vodafone Portugal (рис. 2).

 

Энергоэффективные технические решения для БС

 

Реализация естественного охлаждения в небольшом объеме аппаратного помещения БС в принципе не является ни дорогостоящей, ни сложной задачей. Это возможно в том случае, если температура наружного воздуха ниже температуры воздуха в помещении на 2°С и более. По данным СНиП 23-01-99* «Строительная климатология», летняя температура обеспеченностью 0,99 для всех регионов России не превышает +35°С. Для населенных пунктов, расположенных в умеренном климате, даже абсолютная максимальная температура воздуха будет ниже этого уровня. Летом температура воздуха в контейнере поддерживается за счет нагнетания холодного воздуха приточным вентилятором и удаления нагретого воздуха через клапан в верхней части контейнера. Для защиты оборудования от пыли наружный воздух пропускают через фильтр. В этом случае электроэнергия расходуется только на преодоление не-значительного сопротивления воздушного тракта. Небольшой вентилятор, обеспечивающий расход воздуха 2500 м3/час, потребляет не более 255 Вт, причем его холодопроизводительность вдвое выше (4,1 кВт при t = 5°С), чем у кондиционера 7000 BTU/h (энергопотребление 730 Вт).

 

В европейских странах широко распространены решения для круглогодичного обеспечения необходимого микроклимата (рис. 3). Установки естественного охлаждения (фрикулинга) типа FlexiBox не только значительно экономят электроэнергию за счет естественного охлаждения, но и подключают другие устройства при необходимости. Например, зимой эта же установка включает внешний или встроенный калорифер, если температура опускается ниже допустимого уровня. Летом, если температура наружного воздуха подолгу превышает +30°С или если для оборудования требуется более низкая температура, контроллер FlexiBox посылает сигнал на включение сплит-системы. В данном случае система механического охлаждения будет задействована всего несколько суток в году.

 

Преимущества такого подхода демонстрирует также опыт использования энергосберегающих кондиционеров серии «Мистраль-телеком» на базовых станциях оператора сотовой связи «Енисейтелеком». За два года наработка компрессора системы механического охлаждения составила всего 456 ч (2,6% от общего времени работы), остальное время – 17 064 ч – установка работала в режиме естественного охлаждения.

 

Применение естественного охлаждения сдерживается прежде всего тем фактом, что используемые в качестве ИБП аккумуляторные батареи требуют поддержания температуры в узком диапазоне от +18 до +22°С, и его не удается расширить, как обсуждалось выше. В этом плане прогрессивным решением будет замена аккумуляторных батарей водородными топливными элементами типа DBX производства фирмы Dantherm Power, широко практикуемая в настоящее время за рубежом. В этом случае становится сомнительной целесообразность механического охлаждения даже в пиковых режимах, когда естественного охлаждения недостаточно. Покрыть дефицит холодопроизводительности в этом случае способны термоэлектрические батареи, в работе которых используется эффект Пельтье. Подобного рода агрегаты, например DPL20-300D производства Dantherm Air Handling, монтируемые на входной двери контейнера БС, работоспособны при температурах до +55°С, обеспечивая генерацию 300 Вт холода.

 

Выбор оптимального технического решения определяется как конфигурацией используемого телекоммуникационного оборудования, так и особенностями климатической зоны расположения БС. В большинстве случаев для российских условий можно рекомендовать комбинацию установки фрикулинга FlexiBox с топливными элементами DBX и термоэлектрическими батареями DPL. 


 

Поделиться:
Заметили неточность или опечатку в тексте? Выделите её мышкой и нажмите: Ctrl + Enter. Спасибо!