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摘要:隨著5G基站建設規模加大、數據機房不斷擴建擴容，通信設備及周邊空調的能耗占運營商支出的比例越來越高，如何有效降低通信設備機房能耗是當前研究和應用的熱點。首先介紹了國內外通信機房節電新技術的應用現狀，然后基于當前新材料、新設備發展的熱點，對后續通信機房節能新技術進行了介紹和展望。

關鍵詞:通信機房;節能;空調;電池

1概述

綠色環保和節能減排是我國實現可持續發展的重要手段。2020年第75屆聯合國大會，我國宣布將提高國家自主貢獻力度，采取更有力的措施，力爭使二氧化碳排放在2030年前達峰，努力爭取2060年實現碳中和。有機構預測2025年通信行業將消耗全球20%的電力，隨著智能生產和生活的快速發展，由海量數據傳輸導致的通信設備能耗越來越大［1］。除此之外，通信設備所在的機房空調、電池等周邊設備耗電量也十分巨大。為了深入探討新技術對通信機房節能降耗的推動作用，本文將結合國內外材料和能源新技術的發展，對通信機房節能技術的現狀和新技術進行闡述。

2通信機房節能技術的發展現狀

降低通信設備能耗的技術主要包括通信智能空調改造、引進新風空調等。

2.1智能空調

智能空調主要通過動態精確制冷技術、自動溫控技術，精確送風技術等實現［2］。l)動態精確制冷技術針對被降溫通信設備的不同散熱要求，通過調節出風口的溫度和風量來實現。例如對服務器類運行溫度要求高的設備，對應出風口溫度可以設定為較低、出風量較大;基站類承受運行溫度較高的設備，對應出口風溫度可以設定為較低、出風量較低。2)自動溫控技術是通過在設備各個采樣點部署多個溫度傳感器實現的，傳感器回傳信號對比預設值，自動控制出風量和溫度。3)精確送風技術通過將送風口貼近或插入通信設備機柜內部實現，比如通過前進冷風、后排熱風方式在周邊溫度較高情況下，滿足送風范圍內通信設備的散熱要求。

2.2新風系統

新風是在機房外部環境較低時，將冷空氣引入機房或間接換熱進行降溫的方法。新風系統在我國春秋季節適合多數區域進行換熱，夏季南方地區還需要和傳統空調配合使用，冬季北方地區則需要二次加熱，避免產生凝露問題。新風系統分為閉式熱交換新風和自然通風新風系統。2.2.1熱交換新風系統熱交換新風只將室外冷風作為冷源帶走熱量，室內空氣通過換熱冷卻后對通信設備制冷。由于室內外空氣沒有直接接觸，新風系統的效率主要受室內外溫差的影響，適合溫差較大的區域使用。熱交換新風常見技術有全熱交換器、熱管換熱技術等。2.2.2自然通風新風系統自然通風新風是直接將室外冷空氣輸送至室內降溫。該系統安裝簡單快速，冷量隨風量增大而增大。由于不能100%過濾室外的灰塵、硫化物等顆粒，需要考慮機房內通信設備在濕度、潔凈度等方面的要求［3］，對于核心機房和基站的過濾要求應有明顯區分。

3通信機房節能新技術展望

隨著新材料研發及新技術的推廣，許多已研發成熟或其他行業已開展應用的技術可以在通信機房節能中使用，例如外墻天空輻射制冷技術、室外自然冷源熱交換技術、風光一體化發電及儲能技術、動力電池梯次利用技術等等，并且各項技術可以根據當地機房條件進行綜合部署，充分獲取綜合節能收益，如圖1所示。

3.1天空表面輻射制冷節能

機房天空表面輻射制冷是將機房外墻和房頂表面的熱量以電磁波的形式輻射到外太空來實現機房墻體降溫，從而降低室內空調運行負荷。輻射制冷的主要優點是不需要輸入其他形式的能量，是一種新興的綠色環保制冷方式。8～13μm的紅外波段可以直接穿透大氣層，水蒸氣、二氧化碳、臭氧在此波段基本不產生衰耗，在機房表面涂刷對應波段輻射良好的無機物或高分子聚合物可以較好地實現輻射制冷。密歇根大學上海交通大學聯合工業學院鮑華課題組近期研究了以雙層納米顆粒為基礎的高效地球輻射冷卻涂層，采用合理設計的二氧化鈦(TiO2)、二氧化硅(SiO2)和碳化硅(SiC)納米顆粒，制備了具有高反射率的表面反射層和表面發射層的雙層涂層，該涂層理論上可以在夜間低于環境溫度17℃，在直接太陽輻射下低于環境溫度5℃。這種以納米顆粒為涂層的方法很容易實現大面積應用，是實現輻射冷卻技術大規模應用的重要一步［5］。

3.2基于環境熱交換節能

利用自然環境熱交換進行高效和綠色制冷也是目前的研究和應用熱點，目前采用自然水冷的方式比較多。如微軟公司將864臺服務器安裝在充滿氮氣，類似膠囊的密封潛水器里，沉入蘇格蘭水深117英尺的海底穩定運行了2年，谷歌公司在芬蘭實現了只使用波羅的海的海水冷卻數據中心，實現了零排放制冷;阿里巴巴公司的千島湖數據中心通過抽取湖水進行自然冷卻，經測試在室外溫度達40℃時仍不需要啟動空調。考慮使用自然水源時受到必須臨河、臨海、臨湖的限制，目前還有研究通過城市眾多自來廠主水管道的冷水對機房進行冷卻，一般自來水溫度都較低，尤其是嚴寒、寒冷及夏熱冬冷地區，這些地區的自來水中蘊藏著巨大的冷量，給通信機房進行冷卻的同時相對于對自來水進行了加溫，降低了居民對生活熱水用電和燃氣的消耗［6］，是一舉多得的機房冷卻節能方案。

3.3風光一體等的新能源節能

在通信機房周邊或樓頂建設風光一體綠色發電系統，在風光條件較好時利用太陽能和風能供電，在夜間或風力較小無法滿足通信設備負載要求時，通過電網提供不足的電能部分。新能源作為優先供電能源，尤其是太陽能發電可以直接通過適當串并聯以48V直流電給基站等直流通信設備供電，節省了交直流轉換設備的耗電。風光和市電互補控制需要自適應調節，考慮平滑過渡，需要精準控制。基于風光一體的新能源機房有效解決了偏遠地區基站供電的穩定性，使得備用柴油發電機組可以不啟動或很少啟動，降低通信基站的維護成本［7］。

3.4動力電池梯次利用

目前以新能源車輛為代表的動力電池市場發展快速，2020年我國新能源汽車銷量首次突破100萬臺，僅在12月份就銷售超過22．2萬臺，但同時面臨淘汰的動力電池數量大、回收市場分散混亂的問題。利用動力電池的剩余壽命，作為通信站房備用電源，可以代替傳統的鉛酸電池。另外，由于鋰電池的循環次數遠高于鉛酸電池，對于采用階梯供電的站點，還可以通過電源控制系統在電價高峰斷開市電，單獨使用鋰電池供電，電價低谷時進行電池充電。

3.5各種節能方式對比

基于以上4種節能方式，通過落地情況，對相關優勢和劣勢進行了對比分析，如表1所示。

4結語

隨著5G的廣泛部署以及人機物互聯的加速，通信機房的能耗將持續增加，發展和推廣綠色節能降耗新技術對于通信機房的經濟效益和環保意義越來越突出，因此需要積極考慮多種節能新技術，并加快相關試點和應用，將節能融入通信機房的建設、維護過程中，提高能源利用效率、實現環境友好。其中，天空輻射制冷是目前國際熱門研究技術，包括材料和制備等，產業落地后適合機房墻體、房頂、基站RRU/AAU涂刷制冷;冷源直接交換制冷技術理論比較成熟，技術實驗國內外也較多，后續需要在工程設計時納入規劃并進行產業化來降低落地成本，實現規模應用;風光一體化新能源節能目前技術已比較成熟，在部分區域也進行了試點，當前適合風光資源較豐富區域或陸地偏遠及海島區域落地;動力電池梯次利用技術將隨著車用動力鋰電池退役，對通信行業也持續產生利好，同時結合風光一體化等技術可以發揮更優的節能效果。在選擇具體節能技術時需要結合機房的實際情況，充分利用本區域環境或技術優勢，通過多種技術的結合實現綠色綜合節能。

參考文獻:

［1］龔文，杜秋．運用智慧能源破解5G基站高耗能難題［J］．國際融資，2019(8):30－32．

［2］徐慧姣．數據中心機房的節能減排技術及發展［J］．通訊世界，2019，26(3):316．

［3］蔣雅靖．電訊通信機房新風系統節能研究［D］．上海:東華大學，2011．［4］趙斌．天空輻射制冷及其與太陽能光電轉換綜合利用的研究［D］．合肥:中國科學技術大學，2020．

［5］BaoHua，YanChen，WangBoxiang，etal．Double-layernan-oparticle-basedcoatingsforefficientterrestrialradiativecooling［J］．SolarEnergyMaterialsandSolarCells，2017，168(168)．

［6］崔科，趙進良，付曉飛．數據中心空調冷卻及余熱回收系統技術分析［J］．節能技術，2020，38(4):379－384．

［7］夏威．通信基站電源系統中的節能技術研究［D］．大連:大連理工大學，2019．

作者：秦宇 周宇 王偉云 單位：諾基亞通信系統技術( 北京) 有限公司 沈陽航空航天大學能源與環境學院