一 前言

    隨著通信網(wǎng)覆蓋范圍擴(kuò)大，原有的機(jī)房建站模式在站點(diǎn)選擇，建設(shè)速度，投資等各方面不能夠適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的要求。戶外建站方式越來越多的被廣大用戶接受，用量逐漸增多。根據(jù)北美，歐盟等發(fā)達(dá)國家的建站經(jīng)驗(yàn)，超過50%的站點(diǎn)選用戶外建站方式。從我國的實(shí)際情況看，戶外產(chǎn)品的應(yīng)用方興未艾，目前在移動(dòng)通信網(wǎng)主要應(yīng)用于偏遠(yuǎn)地區(qū)的邊際網(wǎng)，并開始向城區(qū)發(fā)展。在固網(wǎng)建設(shè)方面，隨著寬帶建設(shè)的提速，以光進(jìn)銅退為主要方向的接入網(wǎng)下移改造，也出現(xiàn)了大量的戶外柜需求。
    為了進(jìn)一步實(shí)施節(jié)能增效，降低企業(yè)運(yùn)營成本，需要對(duì)戶外建站方式的能耗情況及節(jié)能問題進(jìn)行專門研究。艾默生網(wǎng)絡(luò)能源作為全球網(wǎng)絡(luò)能源市場的領(lǐng)導(dǎo)者，在戶外產(chǎn)品方面有超過百年的技術(shù)積累和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，下屬的歐洲公司（原德國Knurr公司）及北美公司（原Marconi北美）均為全球頂尖的戶外產(chǎn)品供應(yīng)商。本文根據(jù)國內(nèi)市場的實(shí)際情況，淺談一下戶外產(chǎn)品的節(jié)能問題及相關(guān)技術(shù)。

二 戶外電源的節(jié)能減排

    具體來說，節(jié)能減排包括節(jié)能，節(jié)地，節(jié)材，環(huán)保等諸多方面。節(jié)能可以降低能耗，對(duì)降低運(yùn)營成本有直接作用。節(jié)地可以減少站點(diǎn)建設(shè)的投入。節(jié)材可以降低材料耗費(fèi)。這幾個(gè)方面也是相輔相成的，比如設(shè)備占地面積小，相應(yīng)的會(huì)降低建站材料的耗費(fèi)。此外，戶外電源直接應(yīng)用在戶外，甚至有一些直接安裝在居民區(qū)，因此，要更加重視環(huán)保的要求，比如電磁輻射，音頻燥聲，材料污染等都需要滿足相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)。

三 節(jié)能減排相關(guān)技術(shù)與解決方案

1． 節(jié)能技術(shù)

    戶外電源節(jié)能可以直接降低站點(diǎn)運(yùn)營成本。此外，戶外電源多應(yīng)用于偏遠(yuǎn)站點(diǎn)，供電條件較差，配電變壓器容量較小，配電線路損耗大。因此，戶外電源本身能耗的降低對(duì)降低線路損耗，保證供電質(zhì)量也有明顯意義。戶外電源的能耗主要產(chǎn)生于兩個(gè)方面，電源部分和環(huán)境控制單元，因此節(jié)能主要從兩方面入手解決。

    針對(duì)電源部分的損耗，戶外電源的工作模式和室內(nèi)電源是一樣的，正常情況下為均流工作模式。市電正常時(shí)模塊負(fù)載率較低，電源系統(tǒng)大多數(shù)沒有工作在系統(tǒng)最佳效率區(qū)間，因此可以采用電源模塊休眠技術(shù)根據(jù)系統(tǒng)負(fù)載狀態(tài)，動(dòng)態(tài)調(diào)整工作模塊數(shù)量，使系統(tǒng)始終工作在最佳效率區(qū)間，從而降低系統(tǒng)的能耗。圖1表示了電源系統(tǒng)在普通工作模式下和節(jié)能模式下的系統(tǒng)典型效率比較。從圖1可看出，采用休眠節(jié)能模式，電源系統(tǒng)的效率在整個(gè)負(fù)載范圍內(nèi)基本保持不變，有效的降低了電源系統(tǒng)在低負(fù)載條件下的能耗。另一方面，對(duì)于戶外電源來說，電源系統(tǒng)效率提高會(huì)降低設(shè)備倉的發(fā)熱量，降低設(shè)備倉的溫度。

圖1：戶外電源普通模式與休眠模式的系統(tǒng)效率比較

    與室內(nèi)電源相比，戶外電源具有自身的環(huán)境控制單元，環(huán)境控制單元根據(jù)外界環(huán)境溫度和自身發(fā)熱量的情況，通過實(shí)施熱量控制，保證柜內(nèi)設(shè)備的正常工作。其功能等同于室內(nèi)站點(diǎn)的空調(diào)系統(tǒng)，因此環(huán)境控制單元直接影響設(shè)備的可靠性及能耗。正如機(jī)房中空調(diào)系統(tǒng)一樣，戶外電源的環(huán)境控制單元本身也會(huì)帶來一定的能耗。通過先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)計(jì)，在保證設(shè)備可靠性的前提下降低環(huán)境控制單元的能耗，對(duì)降低站點(diǎn)的運(yùn)營成本有實(shí)際意義。

     降低換熱單元能耗，首先要求機(jī)柜的良好密封，良好的機(jī)柜密封和隔熱性能一方面可以提高設(shè)備的防護(hù)能力，另外可以提高環(huán)境控制單元的效率，從而降低機(jī)柜環(huán)境控制單元的能耗。對(duì)于戶外電源來講，柜內(nèi)熱量的散發(fā)主要通過冷熱空氣之間的熱交換將熱量帶走。換熱單元的換熱量決定于選擇的熱交換器及風(fēng)扇風(fēng)量。風(fēng)扇是環(huán)境控制單元的主要耗能部件，風(fēng)扇的風(fēng)量與能耗有直接的對(duì)應(yīng)關(guān)系，如圖2所示，風(fēng)扇通過調(diào)速改變風(fēng)量，風(fēng)扇轉(zhuǎn)速與耗能呈現(xiàn)二次曲線的特征，在轉(zhuǎn)速低于額定轉(zhuǎn)速的80%條件下，風(fēng)扇的耗能處在額定能耗的60%以下。因此，風(fēng)扇在大部分調(diào)速區(qū)間可以顯著降低能耗。

圖2：風(fēng)扇轉(zhuǎn)速與能耗關(guān)系 

    考慮戶外電源設(shè)計(jì)條件，風(fēng)扇額定風(fēng)量的選擇是按照系統(tǒng)最極端工作條件考慮的。然而戶外電源在大多數(shù)條件下，環(huán)境溫度和設(shè)備倉的發(fā)熱量均遠(yuǎn)低于系統(tǒng)極端條件。因此，在環(huán)境溫度較低或負(fù)載較輕時(shí)，風(fēng)扇可以以較低的轉(zhuǎn)速滿足系統(tǒng)散熱的要求，同時(shí)降低換熱單元的的能耗。圖3為艾默生某型戶外產(chǎn)品采用換熱單元調(diào)速技術(shù)，環(huán)境溫度與換熱單元能耗的關(guān)系曲線：

圖3：換熱單元能耗與環(huán)境溫度關(guān)系

    從圖3可看出，隨著環(huán)境溫度的降低，換熱單元的耗能隨至減少。當(dāng)環(huán)境溫度為20度時(shí)，換熱單元耗能只是滿負(fù)荷功耗的25%，日可節(jié)約電能約1.5度。

2．節(jié)地技術(shù)

    節(jié)約占地是節(jié)能減排的一個(gè)重要指標(biāo)。戶外電源主要是滿足站點(diǎn)面積小，不方便建站的應(yīng)用，因此減少占地面積可方便站點(diǎn)尋址并可降低建站成本。如采用H型桿或塔架安裝時(shí)，減少占地面積可以減少配套鋼結(jié)構(gòu)的投資，在城市中樓頂或過道安裝時(shí)，減少占地面積可以減少租金和增加站點(diǎn)選擇靈活性。
 
    戶外機(jī)柜采用全正面維護(hù)設(shè)計(jì)可以在較大程度上減小戶外機(jī)柜占地面積。圖4是采用不同維護(hù)方式的戶外電源占地面積的比較。從圖中可看出，雙面維護(hù)的系統(tǒng)要在兩面留足維護(hù)空間和四周的過道，最低占地面積要求也需要2.4平米，相比單面維護(hù)不到1平米的占地面積要求，雙面維護(hù)的柜體顯然會(huì)增加占地投資和站點(diǎn)選擇難度。

圖4：雙面維護(hù)和正面維護(hù)系統(tǒng)占地面積比較 

3．環(huán)保

    環(huán)保包括材料污染，音頻噪聲污染及電網(wǎng)污染等方面。

    考慮當(dāng)前的電源技術(shù)水平和戶外電源應(yīng)用場合，材料污染和音頻噪聲污染在戶外電源設(shè)計(jì)時(shí)需要重點(diǎn)關(guān)注。因?yàn)槎鄶?shù)戶外站點(diǎn)位于自然環(huán)境優(yōu)美的地區(qū)或者城市人口密集區(qū)。因此系統(tǒng)的材料污染尤其是重金屬污染對(duì)環(huán)境有較大的破壞，音頻噪音過大對(duì)居民工作生活帶來不便，從而影響設(shè)備使用。

    針對(duì)材料污染，歐盟頒布了RoHS環(huán)保指令，國內(nèi)信息產(chǎn)業(yè)部頒布了《電子信息產(chǎn)品污染控制管理辦法》，要求設(shè)備不含重金屬污染并對(duì)設(shè)備污染排放控制承諾相關(guān)時(shí)間。艾默生戶外產(chǎn)品系列全面滿足歐盟及中國環(huán)保指令要求，并承諾50年的污染物排放控制時(shí)間。

    音頻噪聲污染主要控制方法是選用低噪音換熱單元，同時(shí)機(jī)柜采用消音措施。研究表明，換熱單元調(diào)速可有效的降低機(jī)柜噪音。圖5是某型戶外產(chǎn)品噪音水平與環(huán)境溫度關(guān)系曲線，從曲線可看出，采用調(diào)速后，隨著環(huán)境溫度減小，戶外柜噪音明顯降低。由于夜晚時(shí)環(huán)境溫度變低，因此采用該項(xiàng)技術(shù)的設(shè)備晚間有更低的噪音水平，非常符合實(shí)際應(yīng)用環(huán)境的需要。

圖5：環(huán)境溫度與噪音

 4. 高可靠性，降低維護(hù)成本

    此外，采用戶外電源的站點(diǎn)多數(shù)交通不便，維護(hù)成本高。因此，通過合理的設(shè)計(jì)提高系統(tǒng)可靠性，降低站點(diǎn)維護(hù)成本，對(duì)提高網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營效率非常關(guān)鍵。

    根據(jù)戶外電源的應(yīng)用情況，蓄電池在整個(gè)站點(diǎn)投資中占比重較大，同時(shí)蓄電池對(duì)環(huán)境溫度變化比較敏感，理論和經(jīng)驗(yàn)表明，電池的環(huán)境溫度每升高十度，電池的壽命將減少一半。因此戶外電源設(shè)計(jì)中針對(duì)電池倉的環(huán)境控制非常關(guān)鍵。尤其在高溫環(huán)境中要有針對(duì)性的散熱措施，研究表明，傳統(tǒng)的自然開孔散熱難以滿足電池的應(yīng)用要求。在傳統(tǒng)的自然開孔散熱條件下，雖然蓄電池自身發(fā)熱量較小，但隨著環(huán)境溫度的升高，在蓄電池倉中的熱累積會(huì)逐步的升高電池倉的溫度，在太陽照射的條件下情況更為嚴(yán)重。如圖6所示，在自然散熱條件下（倉內(nèi)無主動(dòng)散熱措施），電池倉內(nèi)溫度會(huì)遠(yuǎn)高于環(huán)境溫度。在同樣的條件下，采用主動(dòng)散熱技術(shù)，電池倉內(nèi)溫度基本接近于環(huán)境溫度，電池工作條件會(huì)得到極大改善。根據(jù)此項(xiàng)研究結(jié)果，艾默生開發(fā)了電池倉獨(dú)立風(fēng)道散熱技術(shù)，保證了電池倉的充分散熱，極大的改善了電池工作溫度，提高了電池壽命。

圖6：電池倉不同散熱方式下溫度值

    同樣在低溫環(huán)境下，電池倉必須有充分的加熱和保溫措施。使電池處于可正常放電的狀態(tài)。傳統(tǒng)的加熱方式是局部加熱，利用自然對(duì)流的方式使熱量傳遞到電池倉各部分。這種加熱方式的不足之處是內(nèi)部熱量分布不均勻，靠近加熱器附近容易形成局部過熱，對(duì)電池的壽命形成不利影響。針對(duì)這種應(yīng)用，艾默生戶外產(chǎn)品的解決方案是采用PTC高質(zhì)量的加熱單元，并將加熱器離開電池組以避免局部烘烤。在加熱器工作時(shí)，通過獨(dú)特的風(fēng)道設(shè)計(jì)將熱量均勻的送到電池倉各部分，保證電池倉的加熱均勻。同時(shí)，在倉體內(nèi)部選用高質(zhì)量的保溫材料，使熱量保存持久。通過這些措施，使蓄電池在各種環(huán)境條件下有一個(gè)較適合的工作溫度環(huán)境，盡可能的延長電池壽命，提高系統(tǒng)可靠性。

    此外，戶外電源在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，環(huán)境監(jiān)控，安裝等方面都充分考慮了應(yīng)用環(huán)境的要求，使系統(tǒng)的維護(hù)量降到最低。

四 結(jié)論

    隨著戶外電源應(yīng)用逐漸增多和節(jié)能減排工作的不斷深入，戶外產(chǎn)品的節(jié)能問題密切關(guān)系到產(chǎn)品的客戶價(jià)值。本文從戶外產(chǎn)品的節(jié)能減排關(guān)注點(diǎn)出發(fā)，從節(jié)能，節(jié)地，環(huán)保，降低維護(hù)成本等角度分析了艾默生戶外產(chǎn)品的相關(guān)技術(shù)及其客戶價(jià)值。研究表明，艾默生戶外產(chǎn)品在節(jié)能減排方面的相關(guān)技術(shù)可以有效的降低站點(diǎn)的投資成本和維護(hù)成本，促進(jìn)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的節(jié)能增效。■