(1.江蘇森之虎建設(shè)工程有限公司，江蘇 南京 210000；2.南京林業(yè)大學(xué)，江蘇 南京 210037)

隨著近些年信息技術(shù)的發(fā)展與壯大，人們對在線通信的需求日益增多，通信設(shè)備的建設(shè)與利用尤為重要。而通信基站的建立又是通信技術(shù)實現(xiàn)的基礎(chǔ)，因此對基站的合理建設(shè)成了迫在眉睫的問題。根據(jù)中國移動通信集團公司2016年和2017年可持續(xù)發(fā)展報告顯示，4G基站建設(shè)總數(shù)由2014年72萬個上升到2015年110萬個，再上升到2016年的151萬個。截止2017年底，4G基站總數(shù)已達到187萬個，覆蓋99%的中國人口。近四年，集團公司耗電總量由2014年176.8億度上升到2015年206.3億度，再到2016年200.1億度和2017年225.7億度，其中2016年能源消耗中不包含已移交中國鐵塔股份有限公司的空調(diào)、電源等配套設(shè)備的電力等能耗。目前，公司的電費成本中，基站電費占約70%，基站主要耗電設(shè)備中傳輸與無線主設(shè)備和基站空調(diào)設(shè)備耗電占基站總耗電的近90%[1]。因此，隨著無線業(yè)務(wù)的增長，控制基站電費是控制公司用電成本的重要途徑。

移動基站以戶外基站為主，基站設(shè)備全天候不停運轉(zhuǎn)，因此熱量也是源源不斷產(chǎn)生。在高溫天氣或者太陽暴曬時，基站設(shè)備自身發(fā)熱以及太陽輻射傳遞到基站內(nèi)部的熱量使基站的溫度飆升，如無內(nèi)置空調(diào)，溫度可升高到60 ℃以上，容易引發(fā)高溫警報，導(dǎo)致基站退服，從而嚴(yán)重影響基站的工作效果及效率。而基站常年適宜溫度應(yīng)為18～28 ℃，空調(diào)是實現(xiàn)此工作溫度標(biāo)準(zhǔn)的主要途徑。在保證通信正常的前提下，為降低基站內(nèi)設(shè)備因在高溫負荷下繼續(xù)工作的故障率和損耗率及實現(xiàn)基站節(jié)省電能減排的目標(biāo)，應(yīng)考慮戶外基站的結(jié)構(gòu)材料是否滿足隔熱的要求。

多孔材料因其內(nèi)部大量氣孔的存在，使得傳熱能通過氣相實現(xiàn)，從而降低整體的熱導(dǎo)率，達到保溫隔熱的效果[2]。軟木的結(jié)構(gòu)特點便可以作為多孔材料的典型[3]。其結(jié)構(gòu)是由許多呈十四面體的死細胞組成，細胞內(nèi)充滿空氣，細胞壁外面包圍著很多木栓素[4]。細胞的尺寸構(gòu)造因素和細胞內(nèi)充滿的氣體是造成軟木導(dǎo)熱系數(shù)較低的主要原因[5]。以歐洲栓皮櫧軟木為例，其導(dǎo)熱系數(shù)為0.045 W/(m·K)，熱擴散率為1×10-6m2/s，是一種優(yōu)良的保溫隔熱材料[6]。對于軟木來說，導(dǎo)熱系數(shù)的影響因素很多，除軟木本身的性質(zhì)外，還有傳熱方式和工作環(huán)境等的影響[7]。軟木的化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定，水、油脂、汽油、有機溶劑、有機酸、鹽類酯類等對它都不起化學(xué)作用[8]。此外，軟木在密封性、耐壓縮性、耐摩擦性、抗靜電性等方面均表現(xiàn)出了良好的性能，加上軟木無毒、比重小、不易燃和經(jīng)久耐用等優(yōu)點，使其成為一種綜合性能良好的材料[9-10]。通過研究發(fā)現(xiàn)，軟木制品等效導(dǎo)熱系數(shù)與軟木顆粒的粒度、軟木制品容重以及熱處理時間呈負相關(guān)，因此在生產(chǎn)軟木制品時要控制相關(guān)影響因素[11]。來自葡萄牙的隔熱節(jié)能軟木板(ICB)便是由軟木經(jīng)研磨、高溫熏蒸、降溫定型、室外風(fēng)干、打磨切割后制成的天然無添加產(chǎn)品。基站采用軟木板外覆改造后可以降低基站內(nèi)置空調(diào)的工作負荷，從而減少其耗電量，保障其運行可靠、經(jīng)濟適用、節(jié)能和環(huán)保。

1 測試對象與儀器

1.1 測試對象

本研究對象為汕頭市龍湖區(qū)珠池七天基站兩個完全相同的一體化機柜和龍湖區(qū)光和街基站及龍湖完美公寓基站的兩個規(guī)模及內(nèi)置設(shè)備功耗基本相同的簡易集裝箱式機房。一體化機柜無內(nèi)置空調(diào)，將其中一個機柜采用40 mm厚的軟木板進行外部包覆改造。改造前機體厚度為26 mm，改造后機體厚度為66 mm。其改造前后機體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 一體化機柜用軟木板改造前后機體結(jié)構(gòu)

簡易集裝箱式機房內(nèi)配置有同品牌同數(shù)量同功率的空調(diào)，將光和街基站處的簡易集裝箱式機房采用40 mm厚的軟木板進行外部包覆改造，其中房頂在包覆軟木板前鋪設(shè)30 mm×50 mm的木龍骨進行找平。改造前墻體厚度為89 mm，改造后墻體厚度為129 mm；改造前房頂厚度為89 mm，改造后房頂厚度為179 mm。其改造前后墻體結(jié)構(gòu)如圖2所示，改造前后房頂結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖2 簡易集裝箱式機房用軟木板改造前后墻體結(jié)構(gòu)

圖3 簡易集裝箱式機房用軟木板改造前后房頂結(jié)構(gòu)

1.2 測試儀器與材料

測試儀器為無線GPRS溫濕度變送記錄儀，產(chǎn)地為山東。測試所用葡萄牙軟木板由AMRIM ICB公司生產(chǎn)，厚度為40 mm，密度為0.118 g/cm3，導(dǎo)熱系數(shù)為0.04 W/(m·K)，比熱≥2.0 J/(g·℃)，其使用溫度范圍為-80～140 ℃，在高溫或冷凍條件下性能保持穩(wěn)定，耐候性在60年以上。

2 測試方法

2.1 測試原理

本GPRS溫濕度變送記錄儀的測試原理如圖4所示。位于機體或墻體上的溫度探頭將溫度參數(shù)進行測量并按照預(yù)定的時間間隔將其儲存在記錄儀的內(nèi)部存儲器中，在完成記錄功能后將其聯(lián)接到計算機，利用適配軟件將存儲的數(shù)據(jù)提出并按其數(shù)值、時間進行分析。

圖4 GPRS溫濕度變送記錄器的測試原理框圖

2.2 測試步驟

(1)將無線GPRS溫濕度變送記錄儀分別布置在一體化機柜的柜體和簡易集裝箱式機房的墻體上。

(2)測試期間，設(shè)備通過GPRS方式定時報送溫度測量結(jié)果，可通過同步云控通APP遠程實時觀察，實現(xiàn)基站內(nèi)部溫度的監(jiān)控。

(3)測試結(jié)束后，連接記錄儀與計算機，利用適配軟件將存儲的數(shù)據(jù)提出并按其數(shù)值、時間進行分析。

3 測試結(jié)果與分析

3.1 一體化機柜測試結(jié)果與分析

以珠池七天基站的兩個一體化機柜為試驗對象。一個一體化機柜采用天然隔熱節(jié)能軟木板包裹外覆面，另一個一體化機柜不采用任何材料包裹外覆面作參考對象，監(jiān)測兩基站的智能溫度計并進行數(shù)據(jù)采集和對比分析。

2018年6月至11月間，兩基站內(nèi)溫度變化幅度對比如圖5所示。

圖5 兩一體化機柜內(nèi)溫度變化幅度對比

因一體化機柜內(nèi)無內(nèi)置空調(diào)，無法調(diào)節(jié)內(nèi)部溫度，為判定使用期間其最高溫度是否會超出相關(guān)限值，引起內(nèi)部設(shè)備的損壞，對其最高溫度進行數(shù)據(jù)采集。兩基站最高溫度對比如圖6所示。

圖6 兩一體化機柜最高溫度對比

綜合圖5和圖6可知，采用ICB包裹外覆面的基站比不采用任何材料包裹外覆面的基站內(nèi)溫度變化幅度小，平均溫度降低8 ℃左右且總體溫度偏低并控制在40 ℃以下。尤其在6至9月高溫天效果對比最明顯，無改造的一體化機柜最高溫度達到64.6 ℃，已超出基站設(shè)備承受范圍，導(dǎo)致基站高溫退服，經(jīng)常性發(fā)出高溫預(yù)警，需派駐維護人員高頻率定期檢查和更換故障設(shè)備。而改造后的一體化機柜最高溫度只有42.8 ℃，改造后基站不再發(fā)出高溫預(yù)警，無需人工撐傘或者通過外部連接風(fēng)扇降溫。這說明軟木板具備良好的隔熱性能，能讓基站穩(wěn)定運行，減少相關(guān)運行成本。

3.2 簡易集裝箱式機房測試結(jié)果與分析

以光和街基站和完美公寓基站的簡易集裝箱式機房為試驗對象。對光和街基站采用天然隔熱節(jié)能軟木板包裹外覆面，直線距離相距350 m的完美公寓基站不采用任何材料包裹外覆面作為參考對象，監(jiān)測兩基站的智能溫度計并進行數(shù)據(jù)收集和對比分析。

2018年6月至11月間，兩基站內(nèi)溫度變化幅度對比如圖7所示。由圖7可知，采用軟木板包裹外覆面的光和街基站比不采用任何材料包裹外覆面的完美公寓基站內(nèi)溫度變化幅度小，且總體溫度穩(wěn)定維持在26℃左右。說明軟木板的隔熱性能穩(wěn)定，確實有助于減緩?fù)獠繙囟茸兓瘜究照{(diào)運行所帶來的影響，減低空調(diào)的工作負荷，提高機房內(nèi)部空調(diào)、電池、基站主設(shè)備的使用壽命。

圖7 兩簡易集裝箱式機房內(nèi)溫度變化幅度對比

4 基站改造前后耗電量對比分析

以光和街基站的簡易集裝箱式機房為試驗對象。采集2017年1月份至2018年12月份間每個月份基站的用電度數(shù)，其中該站于2018年6月3日完成采用軟木板包裹外覆面的改造。該基站2017年和2018年用電量對比圖如圖8所示。

該基站在兩年間1～5月平均月度用電量和6-12月平均月度用電量如表1所示。

由圖8可知，光和街在2018年整體的月度用電量比2017年同期下降，這是由于2018年網(wǎng)絡(luò)載波容量優(yōu)化的關(guān)系。由表1可知，2018年網(wǎng)絡(luò)載波容量優(yōu)化使得基站在1～5月度用電量比2017年同期下降了9.45%，而基站在6～12月度用電量比2017年同期下降了23.05%，即光和街基站在使用軟木板改造后月度用電量有13.6%的降幅。這說明軟木板可有效降低基站空調(diào)的工作負荷，尤其在6～10月高溫天，可較大幅度減少基站用電量，降低基站運行成本。

圖8 光和街基站2017年和2018年用電量對比圖

表1 光和街基站2017年和2018年平均月度耗電量

5 結(jié)論

對于無內(nèi)置空調(diào)的一體化機柜基站，采用軟木板改造后，可降低一體化機柜內(nèi)溫度8 ℃，有效保障基站無線設(shè)備和傳送網(wǎng)設(shè)備正常運行。不因外部溫度過高而出現(xiàn)高溫告警，增強設(shè)備運行可靠性，從而降低基站設(shè)備維修成本，增加設(shè)備使用壽命。

對于內(nèi)置空調(diào)的簡易集裝箱式基站，采用軟木板改造的基站比無軟木板改造的基站的室內(nèi)溫度變化幅度小，溫度穩(wěn)定維持在26 ℃左右，有助于減緩?fù)獠繙囟茸兓瘜究照{(diào)運行所帶來的影響，減低基站空調(diào)的工作負荷，增加機房內(nèi)部空調(diào)、電池、基站主設(shè)備的使用壽命。

對于內(nèi)置空調(diào)的簡易集裝箱式基站，使用軟木板改造后的基站月度耗電量有13.6%的降幅，說明軟木板可有效降低基站空調(diào)的工作負荷，尤其在高溫天氣，可大幅減少空調(diào)耗電量，降低基站運行成本。