كفاءة الطاقة في تبريد خزانة الاتصالات

كيف يخفض مشغلو الاتصالات تكاليف طاقة تبريد الخزانة دون التضحية بالموثوقية

يعد التبريد أغلى استنزاف للطاقة في معظم مواقع الاتصالات، لكنه يميل إلى الطيران تحت الرادار الهندسي. قد ينفق المشغلون عشرات الملايين من الدولارات على ترقية معدات الراديو وأجهزة التوصيل الخلفية، لكن مكيف الهواء الذي يدندن داخل كل خزانة خارجية يسحب بصمت كهرباء أكثر من الأجهزة الإلكترونية التي يحميها.

يشرح هذا الدليل التكلفة الحقيقية لتبريد الخزانات، ويوفر مقارنة من التفاح إلى التفاح لتقنيات تبريد الخزانات النشطة والسلبية، ويقدم تقنيات عملية يستخدمها مشغلو الاتصالات يوميًا مما يقلل بشكل كبير من استهلاك الطاقة دون المخاطرة فشل نظام التبريد. إذا كنت على وشك طرح شبكة 5G أو ببساطة استبدال عدد قليل من مواقع 4G القديمة، فإن قرارات التبريد الموفرة للطاقة التي تتخذها اليوم ستشكل تكاليف التشغيل الخاصة بك للعقد القادم.

لماذا يعد التبريد أكبر تكلفة مخفية في شبكات الاتصالات

يعرف معظم مشغلي الاتصالات ما هي تكلفة الطاقة الكبيرة. إنهم لا يدركون دائمًا مقدار هذه النفقات التي تأتي من الحفاظ على برودة الخزانات بدلاً من تشغيل الشبكة نفسها.

وفقا ل نظرة عامة على كفاءة الطاقة GSMA, ، ينفق العديد من المشغلين أكثر من خمسين بالمائة من إجمالي طاقة الموقع المباشرة على البنية التحتية السلبية والتبريد. تمثل تكاليف الطاقة ما بين عشرين إلى أربعين بالمائة من إجمالي شبكة OPEX، ويتجاوز التبريد جميع المكونات الأخرى مجتمعة.

ويزداد ذلك بشكل كبير بالنسبة للمواقع خارج الشبكة أو المواقع النائية. قد تستهلك الخزانة التي تعمل بنظام تبريد تقليدي يعتمد على الضاغط في موقع صحراوي المزيد من الكهرباء عند التحكم في درجة الحرارة مقارنة بالراديو ومعدات الطاقة مجتمعة. وعندما تعمل هذه المواقع بمولدات الديزل، فإن تكلفة وقود التبريد وحدها يمكن أن تتجاوز تكلفة معدات الاتصالات على مدى خمس سنوات.

خلاصة القول: المحرك الرئيسي لتكاليف البنية التحتية للاتصالات هو نظام التبريد وليس أجهزة الراديو.

فهم الحمل الحراري والإدارة الحرارية في خزائن الاتصالات

كل قطعة من المعدات داخل خزانة الاتصالات تولد الحرارة. يحدد إجمالي الحرارة الداخلية التي تنتجها جميع المكونات، والتي يتم قياسها بالواط، الحمل الحراري الذي يجب أن يتعامل معه نظام التبريد الخاص بك. يؤدي الخطأ في الحصول على هذا الرقم إما إلى أنظمة كبيرة الحجم تهدر الطاقة أو أنظمة صغيرة الحجم تسمح للمعدات بارتفاع درجة الحرارة.

ال إيتسي إن 300 019-1-3 يحدد المعيار الظروف البيئية لمعدات الاتصالات في مواقع الاستخدام الثابت. بالنسبة للخزائن الخارجية، تتراوح درجات حرارة التشغيل من -33 درجة مئوية إلى +55 درجة مئوية، اعتمادًا على فئة المناخ. توصي إرشادات ASHRAE الحرارية بالحفاظ على درجة الحرارة الداخلية بين 18 درجة مئوية و27 درجة مئوية للحصول على أفضل موثوقية وأداء للمعدات.

عندما يقوم فريقنا الهندسي بحساب الحمل الحراري لجديد مكيف هواء خزانة اتصالات خارجية التثبيت نقوم بإجمالي كل الحمل الحراري الداخلي، ثم نطبق بدل حمل حراري إضافي بنسبة 20 بالمائة لذروة التشغيل والإشعاع المكتسب من جدران المأوى. تفرض البيئة الصحراوية 45 درجة مئوية حملًا حراريًا إضافيًا يصل إلى 500 واط يعتمد فقط على تجميع الطاقة الشمسية.

التبريد النشط مقابل التبريد السلبي: ما الذي يوفر كفاءة أفضل في استخدام الطاقة؟

لاختيار تكييف الهواء، يعد التبريد النشط أو السلبي هو القرار الأكثر أهمية الذي سيتعين عليك اتخاذه في تصميم خزانة الاتصالات. يعتمد الاختيار الصحيح على المنطقة المناخية، والحمل الحراري، ومقدار الطاقة التي يمكن أن يوفرها موقعك للتحكم في درجة الحرارة.

تقنيات التبريد السلبي

التبريد السلبي يزيح الحرارة الداخلية دون تشغيل الضاغط أو المبرد. المبادلات الحرارية (met) بما في ذلك نماذج الهواء إلى الهواء والكهروحرارية (TEC) تستخدم تقنية طبيعية مثل الحمل الحراري الطبيعي السلبي أو مراوح استهلاك الطاقة المنخفضة لنقل الحرارة من داخل الخزانة إلى الأجواء الخارجية. تستخدم أنظمة التبريد المجانية الهواء المحيط مباشرة عندما تكون درجة حرارة الهواء الخارجي أقل من نقطة الضبط الداخلية.

وتتمثل فائدته الواضحة في كفاءة استخدام الطاقة: حيث يستخدم التبريد السلبي الحد الأدنى من الطاقة ويمكن تشغيله بسهولة خلال الفترات التي يكون فيها ضوء الشمس وفيرًا ثم يتم إيقاف تشغيله عند عدم الحاجة إليه. لسوء الحظ، لا يمكن أن ينخفض التبريد السلبي عن البيئة المحيطة نفسها، لذلك لا يمكنك الاعتماد عليه باعتباره حل التبريد الوحيد للمناطق التي تتجاوز فيها البيئة المحيطة عادةً 40 درجة مئوية.

تقنيات التبريد النشطة

يوجد التبريد النشط من خلال استخدام وحدات تكييف الهواء المرتبطة بالضاغط أو المبردات الكهروحرارية لتبريد درجات الحرارة الداخلية أقل بكثير من درجة الحرارة المحيطة. سيكون هذا هو الحل الوحيد في البيئات ذات درجات الحرارة المحيطة العالية حيث تتطلب المعدات بيئة خاضعة للرقابة تتراوح بين 18 درجة مئوية و27 درجة مئوية على مدار العام.

لكن المقايضة هي استهلاك الطاقة. على أساس الضاغط نظام تبريد الخزانة يسحب 500 إلى 2000 واط بشكل مستمر، على أساس السعة. وفي المناخات الحارة، يعمل هذا 24 ساعة في اليوم، 365 يومًا في السنة.

النهج الهجين: الأرضية الوسطى الموفرة للطاقة

يقوم العديد من مشغلي الاتصالات الآن بدمج حلول التبريد التكيفية التي ستجمع بين نوعي التبريد. في حل التبريد الهجين، عندما تسمح الظروف المحيطة بذلك، يتم إيقاف التبريد بالتبريد الحر أو المبادلات الحرارية ثم يتم تحويله إلى التبريد المعتمد على الضاغط عندما تكون الظروف أعلى من المستويات المحددة مسبقًا. وفقا لبحث نشرته IEEE, يمكن أن يؤدي استخدام الثيرموسيفون للتبريد المجاني إلى تقليل استخدام طاقة التبريد بمقدار 40-70% مقارنة بعمليات الضاغط المستمرة في المناخات المعتدلة.

اختيار مكيف الهواء المناسب لخزانة الاتصالات لتحقيق أقصى قدر من الكفاءة

وأخيرًا، فإن مكيف هواء خزانة الاتصالات الذي تختاره للتبريد النشط له تأثير أكبر على تكاليف الطاقة السنوية أكثر من أي مكون آخر في العلبة. يمكن أن تختلف وحدتان لهما نفس قدرة التبريد بمقدار 30% في استهلاك الطاقة بسبب الاختلافات في التصميم وأنواع الضواغط ومنطق التحكم.

فهم EER: مقياس الكفاءة الأساسي

نسبة كفاءة الطاقة (EER) هي قياس عدد وحدات التبريد BTU التي تنتجها وحدة معينة لكل واط من الطاقة الكهربائية المستخدمة. كلما ارتفع تصنيف EER، زاد عدد وحدات التبريد BTU لكل واط من الطاقة المستخدمة. يتم تصنيف جميع مكيفات الهواء في خزانة الاتصالات الخارجية تقريبًا من EER 8-12، مع تصنيف أفضل النماذج القائمة على العاكس EER 10+. معيار EER2 الذي قدمته وزارة الطاقة الأمريكية في عام 2023، سيتم توفير معايير كفاءة أكثر واقعية تم اختبارها عند درجة حرارة خارجية تبلغ 95 درجة فهرنهايت، وهي ذات صلة مباشرة بتطبيقات العلبة الخارجية.

قائمة التحقق من التحديد

لماذا التركيز على EER؟ سيقوم فريقنا الهندسي بتقديم المشورة بشأن المعايير التالية قبل اختيار مكيف هواء خزانة الاتصالات

• ✔
  مطابقة قدرة التبريد للحمل الحراري المحسوب. يؤدي الحجم الزائد إلى إهدار الطاقة من خلال التدوير القصير؛ يؤدي الحجم الصغير إلى تعطل المعدات أثناء درجات الحرارة المحيطة القصوى.
• ✔
  إعطاء الأولوية للضواغط التي تعمل بالعاكس. تقوم الضواغط ذات السرعة المتغيرة بضبط الإخراج حسب الطلب الفعلي، مما يقلل من استهلاك الطاقة بمقدار 20 بوصة 30% مقارنة بوحدات التيار المتردد ذات السرعة الثابتة.
• ✔
  التحقق من نطاق درجة حرارة التشغيل. يجب أن تتعامل الوحدة مع الحد الأقصى لدرجة الحرارة المحيطة بموقعك مع قدرة التبريد المقدرة. تحقق من وضعي التبريد والتدفئة إذا انخفض المناخ لديك إلى أقل من 0° مئوية.
• ✔
  تأكيد تصنيف IP وحماية البيئة. تحتاج الخزانات الخارجية إلى معدات تبريد مصنفة IP55 أو IP65 لمقاومة مستويات الغبار والأمطار والرطوبة الشائعة في مواقع المحطات الأساسية المكشوفة.
• ✔
  تقييم نوع المبرد. يظل R-410A شائعًا، لكن المبردات الصديقة للبيئة مثل R-32 وR-290 تكتسب قوة جذب. يوفر R-32 كفاءة طاقة أفضل بمقدار 5% تقريبًا من R-410A في التصميمات المماثلة.
• ✔
  تأكد من دمج التحكم الذكي الحقيقي في التصميم. يعد تقليل استهلاك الطاقة من خلال التدوير والمراقبة على أساس درجة الحرارة أمرًا قديمًا، ابحث عن وحدات ذات مراقبة تضبط المخرجات بناءً على ظروف الخزانة في الوقت الفعلي والتنبيهات عن بعد ومنطق التبريد التكيفي.

“أرخص مكيف هواء على ورقة المواصفات نادرًا ما يكون الأرخص على مدار عشر سنوات. توفر الوحدة التي تحتوي على EER 10 مقابل EER 8 ما يقرب من 20% من الكهرباء كل يوم، وتعمل بشكل جيد وفي الاتصالات، تعمل هذه الوحدات كل يوم.”

KDST الفريق الهندسي

كيف تقود 5G متطلبات تبريد الخزانة الجديدة

يؤدي نشر الجيل الخامس إلى خلق تحديات جديدة لإدارة الطاقة لمشغلي الاتصالات. تستخدم محطة قاعدة واحدة من الجيل الخامس ضعفين ونصف إلى ثلاثة أضعاف ونصف مستويات الطاقة لموقع مماثل لخلايا الجيل الرابع، وفقًا لما ذكره موقع خلايا 4G حلول فيافي. وهذا بدوره يعني زيادة توليد الحرارة داخل الخزانة.

تحتوي خزانة الاتصالات الجاهزة للجيل الخامس اليوم على مقوم بقدرة 24 كيلووات، وبنك بطارية ليثيوم بقدرة 600 أمبير في الساعة، ونظام تبريد مرتبط بقدرة 3.5 كيلووات أو أكثر للحماية من ظروف التشغيل الخطرة. تم تصميم أنظمة التبريد القديمة لشبكات الجيل الرابع ويتم تصنيفها عادةً من 1.5 إلى 2 كيلووات، وهي غير كافية للحمل الحراري لمعدات الجيل الخامس، وتعمل بكامل طاقتها بشكل مستمر. وهذا بدوره يسرع التآكل ويزيد من تكاليف التشغيل.

يواجه مشغلو الشبكات الذين يقومون بتعديل خزانات 4G الحالية للبنية التحتية 5G خيارًا صعبًا: استبدال العلبة بأكملها بتصميم أكبر يستوعب وحدة تبريد أكبر، أو الترقية إلى مكيفات هواء ذات خزانة اتصالات عالية الكفاءة وهذا يوفر قدرة تبريد أكبر لكل واط ضمن نفس المساحة.

يتم اختبار الأساليب الناشئة، بما في ذلك المبادلات الحرارية ذات القنوات الدقيقة التي تعزز سطح رفض الحرارة بنسبة 40 بالمائة بينما تشغل نفس المساحة مثل نظيراتها التقليدية، وحلقات التبريد السائلة التي يمكن أن تقلل استهلاك الطاقة إلى مستويات 30 بالمائة من المتغيرات المبردة بالهواء، في مشغلي الكابلات الكبيرة حيث يتم نشر محركات 5G الخاصة بهم.

خفض تكاليف الطاقة: استراتيجيات عملية لمشغلي الاتصالات

إن تقليل طاقة التبريد لا يعني تبديل كل غلاف ومروحة في شبكتك بين عشية وضحاها. توفر هذه الأساليب، بما في ذلك المكاسب السريعة والترقيات كثيفة رأس المال، مجموعة أدوات من الأساليب التي يمكن دمجها أو تنفيذها بمفردها لتحقيق أقصى قدر من التأثير.

1. الحفاظ على المرشحات والمكثفات في الموعد المحدد. يجبر المرشح المسدود الضاغط على العمل بجدية أكبر، مما يزيد من استهلاك الطاقة بنسبة 15 إلى 25 بالمائة. يعد التنظيف ربع السنوي أعلى نشاط صيانة لـ ROI لأي نظام تبريد في العلبة. يمكن أن يؤدي إهمال صيانة المرشح لمدة ستة أشهر إلى مضاعفة استخدام الطاقة لوحدة التبريد بشكل فعال.
2. تقديم المراقبة عن بعد مع وظائف التنبيه. استخدم أجهزة الاستشعار التي تقيس درجة الحرارة واستهلاك الطاقة في الوقت الحقيقي. تدفع أجهزة الاستقبال تكاليفها عن طريق منع تلف العلبة بسبب فشل التبريد من خلال توضيح مكان استخدام المعدات لكميات زائدة من الطاقة.
3. الانتقال إلى الضواغط التي يتم التحكم فيها بواسطة العاكس. تعمل الضواغط ذات السرعة الثابتة بكامل طاقتها بغض النظر عن الحمل. ستتغير الضواغط العاكسة لتناسب الظروف الفعلية باستخدام طاقة أقل مما يوفر 20 إلى 35 بالمائة على مدار العام. توقع فترة استرداد تتراوح من 18 إلى 24 شهرًا.
4. دمج أنظمة التبريد المجانية حيثما كان ذلك مناسبا. إذا واجه موقعك أكثر من 3000 ساعة من درجة الحرارة المحيطة أقل من 25 درجة مئوية، فيمكنك خفض طاقة التبريد بنسبة 40 إلى 60 بالمائة عن طريق اختراق التبريد المجاني في مكيف هواء موجود. يمكن أن تكون تكاليف الأجهزة منخفضة بشكل مدهش لأن الأجهزة الإضافية تمثل جزءًا صغيرًا من توفير التشغيل في السنة الأولى.
5. اختر البدائل ذات الحجم المناسب. عند شراء معدات تبريد جديدة، قم بالتداول في أقدم المعدات، وقم بتشغيل الحسابات من المبادئ الأولى. التغييرات في معدات الراديو وإمدادات الطاقة وتكوين الخزانة نظرًا لأن التثبيت الأصلي غالبًا ما تعني أن وحدة الحجم المختلفة أصبحت الآن أكثر ملاءمة. تم تصميم الأنظمة كبيرة الحجم للتعامل مع الأحمال القصوى ولكن يتم إهدار الطاقة خلال 80 إلى 90 بالمائة من العام عندما تكون الظروف معتدلة.
6. قم بالتبديل إلى الضواغط التي تعمل بالعاكس، والعمل مع المبردات الصديقة للبيئة. يوفر R-32 كفاءة تبريد أفضل قليلاً من R-410A بينما يحمل إمكانات أقل للاحتباس الحراري. بالنسبة لمقدمي خدمات الاتصالات الذين يعملون على تحقيق أهداف تقليل البصمة الكربونية، يعد هذا عاملاً متزايد الأهمية في قرارات الشراء.

وفقا ل GSMA, فقد نجح مشغلو الهاتف المحمول الأوروبيون في خفض انبعاثاتهم التشغيلية إلى النصف في غضون ثلاث سنوات فقط من خلال مزيج من تبسيط المواقع، وتكامل الأجهزة، والتقدم في تكنولوجيات التبريد الفعّالة. شهد المشغلون الذين بدأوا بأنظمة موثوقة لصيانة ومراقبة أنظمة التبريد أسرع العائدات، قبل أي استبدال للمعدات كثيفة رأس المال.

الأسئلة المتداولة