一 前言

    隨著通信網覆蓋范圍擴大，原有的機房建站模式在站點選擇，建設速度，投資等各方面不能夠適應網絡建設的要求。戶外建站方式越來越多的被廣大用戶接受，用量逐漸增多。根據北美，歐盟等發達國家的建站經驗，超過50%的站點選用戶外建站方式。從我國的實際情況看，戶外產品的應用方興未艾，目前在移動通信網主要應用于偏遠地區的邊際網，并開始向城區發展。在固網建設方面，隨著寬帶建設的提速，以光進銅退為主要方向的接入網下移改造，也出現了大量的戶外柜需求。
    為了進一步實施節能增效，降低企業運營成本，需要對戶外建站方式的能耗情況及節能問題進行專門研究。艾默生網絡能源作為全球網絡能源市場的領導者，在戶外產品方面有超過百年的技術積累和應用經驗，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品供應商。本文根據國內市場的實際情況，淺談一下戶外產品的節能問題及相關技術。

二 戶外電源的節能減排

    具體來說，節能減排包括節能，節地，節材，環保等諸多方面。節能可以降低能耗，對降低運營成本有直接作用。節地可以減少站點建設的投入。節材可以降低材料耗費。這幾個方面也是相輔相成的，比如設備占地面積小，相應的會降低建站材料的耗費。此外，戶外電源直接應用在戶外，甚至有一些直接安裝在居民區，因此，要更加重視環保的要求，比如電磁輻射，音頻燥聲，材料污染等都需要滿足相關的標準。

三 節能減排相關技術與解決方案

1． 節能技術

    戶外電源節能可以直接降低站點運營成本。此外，戶外電源多應用于偏遠站點，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降低線路損耗，保證供電質量也有明顯意義。戶外電源的能耗主要產生于兩個方面，電源部分和環境控制單元，因此節能主要從兩方面入手解決。

    針對電源部分的損耗，戶外電源的工作模式和室內電源是一樣的，正常情況下為均流工作模式。市電正常時模塊負載率較低，電源系統大多數沒有工作在系統最佳效率區間，因此可以采用電源模塊休眠技術根據系統負載狀態，動態調整工作模塊數量，使系統始終工作在最佳效率區間，從而降低系統的能耗。圖1表示了電源系統在普通工作模式下和節能模式下的系統典型效率比較。從圖1可看出，采用休眠節能模式，電源系統的效率在整個負載范圍內基本保持不變，有效的降低了電源系統在低負載條件下的能耗。另一方面，對于戶外電源來說，電源系統效率提高會降低設備倉的發熱量，降低設備倉的溫度。

圖1：戶外電源普通模式與休眠模式的系統效率比較

    與室內電源相比，戶外電源具有自身的環境控制單元，環境控制單元根據外界環境溫度和自身發熱量的情況，通過實施熱量控制，保證柜內設備的正常工作。其功能等同于室內站點的空調系統，因此環境控制單元直接影響設備的可靠性及能耗。正如機房中空調系統一樣，戶外電源的環境控制單元本身也會帶來一定的能耗。通過先進的技術和設計，在保證設備可靠性的前提下降低環境控制單元的能耗，對降低站點的運營成本有實際意義。

     降低換熱單元能耗，首先要求機柜的良好密封，良好的機柜密封和隔熱性能一方面可以提高設備的防護能力，另外可以提高環境控制單元的效率，從而降低機柜環境控制單元的能耗。對于戶外電源來講，柜內熱量的散發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扇風量。風扇是環境控制單元的主要耗能部件，風扇的風量與能耗有直接的對應關系，如圖2所示，風扇通過調速改變風量，風扇轉速與耗能呈現二次曲線的特征，在轉速低于額定轉速的80%條件下，風扇的耗能處在額定能耗的60%以下。因此，風扇在大部分調速區間可以顯著降低能耗。

圖2：風扇轉速與能耗關系 

    考慮戶外電源設計條件，風扇額定風量的選擇是按照系統最極端工作條件考慮的。然而戶外電源在大多數條件下，環境溫度和設備倉的發熱量均遠低于系統極端條件。因此，在環境溫度較低或負載較輕時，風扇可以以較低的轉速滿足系統散熱的要求，同時降低換熱單元的的能耗。圖3為艾默生某型戶外產品采用換熱單元調速技術，環境溫度與換熱單元能耗的關系曲線：

圖3：換熱單元能耗與環境溫度關系

    從圖3可看出，隨著環境溫度的降低，換熱單元的耗能隨至減少。當環境溫度為20度時，換熱單元耗能只是滿負荷功耗的25%，日可節約電能約1.5度。

2．節地技術

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

圖4：雙面維護和正面維護系統占地面積比較 

3．環保

    環保包括材料污染，音頻噪聲污染及電網污染等方面。

    考慮當前的電源技術水平和戶外電源應用場合，材料污染和音頻噪聲污染在戶外電源設計時需要重點關注。因為多數戶外站點位于自然環境優美的地區或者城市人口密集區。因此系統的材料污染尤其是重金屬污染對環境有較大的破壞，音頻噪音過大對居民工作生活帶來不便，從而影響設備使用。

    針對材料污染，歐盟頒布了RoHS環保指令，國內信息產業部頒布了《電子信息產品污染控制管理辦法》，要求設備不含重金屬污染并對設備污染排放控制承諾相關時間。艾默生戶外產品系列全面滿足歐盟及中國環保指令要求，并承諾50年的污染物排放控制時間。

    音頻噪聲污染主要控制方法是選用低噪音換熱單元，同時機柜采用消音措施。研究表明，換熱單元調速可有效的降低機柜噪音。圖5是某型戶外產品噪音水平與環境溫度關系曲線，從曲線可看出，采用調速后，隨著環境溫度減小，戶外柜噪音明顯降低。由于夜晚時環境溫度變低，因此采用該項技術的設備晚間有更低的噪音水平，非常符合實際應用環境的需要。

圖5：環境溫度與噪音

 4. 高可靠性，降低維護成本

    此外，采用戶外電源的站點多數交通不便，維護成本高。因此，通過合理的設計提高系統可靠性，降低站點維護成本，對提高網絡運營效率非常關鍵。

    根據戶外電源的應用情況，蓄電池在整個站點投資中占比重較大，同時蓄電池對環境溫度變化比較敏感，理論和經驗表明，電池的環境溫度每升高十度，電池的壽命將減少一半。因此戶外電源設計中針對電池倉的環境控制非常關鍵。尤其在高溫環境中要有針對性的散熱措施，研究表明，傳統的自然開孔散熱難以滿足電池的應用要求。在傳統的自然開孔散熱條件下，雖然蓄電池自身發熱量較小，但隨著環境溫度的升高，在蓄電池倉中的熱累積會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重。如圖6所示，在自然散熱條件下（倉內無主動散熱措施），電池倉內溫度會遠高于環境溫度。在同樣的條件下，采用主動散熱技術，電池倉內溫度基本接近于環境溫度，電池工作條件會得到極大改善。根據此項研究結果，艾默生開發了電池倉獨立風道散熱技術，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。傳統的加熱方式是局部加熱，利用自然對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部熱量分布不均勻，靠近加熱器附近容易形成局部過熱，對電池的壽命形成不利影響。針對這種應用，艾默生戶外產品的解決方案是采用PTC高質量的加熱單元，并將加熱器離開電池組以避免局部烘烤。在加熱器工作時，通過獨特的風道設計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，在倉體內部選用高質量的保溫材料，使熱量保存持久。通過這些措施，使蓄電池在各種環境條件下有一個較適合的工作溫度環境，盡可能的延長電池壽命，提高系統可靠性。

    此外，戶外電源在結構設計，環境監控，安裝等方面都充分考慮了應用環境的要求，使系統的維護量降到最低。

四 結論

    隨著戶外電源應用逐漸增多和節能減排工作的不斷深入，戶外產品的節能問題密切關系到產品的客戶價值。本文從戶外產品的節能減排關注點出發，從節能，節地，環保，降低維護成本等角度分析了艾默生戶外產品的相關技術及其客戶價值。研究表明，艾默生戶外產品在節能減排方面的相關技術可以有效的降低站點的投資成本和維護成本，促進整個網絡的節能增效。■