Eficiencia energética en refrigeración de gabinetes de te

Cómo los operadores de telecomunicaciones reducen los costos de energía de refrigeración del gabinete sin sacrificar la confiabilidad

La refrigeración es el consumo de energía más caro en la mayoría de los sitios de telecomunicaciones, pero tiende a pasar desapercibida para la ingeniería. Los operadores pueden gastar decenas de millones de dólares en mejorar los equipos de radio y los backhauls, pero el aire acondicionado que zumba dentro de cada gabinete exterior consume silenciosamente más electricidad que los componentes electrónicos que protege.

Esta guía analiza el costo real de la refrigeración de gabinetes, proporciona una comparación de manzanas con manzanas de las tecnologías de refrigeración activa y pasiva de gabinetes y ofrece técnicas prácticas que los operadores de telecomunicaciones utilizan en el día a día y que reducen drásticamente el consumo de energía sin correr el riesgo de refrigeración. falla del sistema. Si está a punto de implementar una red 5G o simplemente reemplazar algunos sitios 4G heredados, las decisiones de refrigeración energéticamente eficientes que tome hoy determinarán sus costos de funcionamiento durante la próxima década.

Por qué la refrigeración es el mayor costo oculto en las redes de telecomunicaciones

La mayoría de los operadores de telecomunicaciones saben lo que es un gran gasto de energía. No siempre se dan cuenta de cuánto de ese gasto proviene de mantener los gabinetes frescos en lugar de ejecutar la red misma.

Según el Descripción general de la eficiencia energética GSMA, muchos operadores gastan más del cincuenta por ciento de esa energía total directa del sitio en infraestructura pasiva y refrigeración. Los costes energéticos representan entre el veinte y el cuarenta por ciento del total de la red OPEX y la refrigeración supera a todos los demás componentes combinados.

Eso aumenta exponencialmente en sitios remotos o fuera de la red. Un gabinete que ejecuta un sistema de enfriamiento convencional basado en compresor en una ubicación desértica puede consumir más electricidad en el control de temperatura que en la radio y el equipo eléctrico combinados. Cuando esos sitios funcionan con generadores diésel, el costo del combustible de la refrigeración por sí solo puede exceder el costo de los equipos de telecomunicaciones durante un período de cinco años.

En pocas palabras: el factor clave de los costes de la infraestructura de telecomunicaciones es el sistema de refrigeración, no el equipo de radio.

Comprensión de la carga térmica y la gestión térmica en gabinetes de telecomunicaciones

Cada equipo dentro de un gabinete de telecomunicaciones genera calor. El calor interno total producido por todos los componentes, medido en vatios, define la carga de calor que debe soportar su sistema de enfriamiento. Encerrar este número conduce a sistemas de gran tamaño que desperdician energía o a sistemas de tamaño insuficiente que permiten que los equipos se sobrecalienten.

El ETSI EN 300 019-1-3 la norma define las condiciones ambientales para los equipos de telecomunicaciones en ubicaciones de uso fijo. Para gabinetes exteriores, los rangos de temperatura de funcionamiento abarcan entre -33 °C y +55 °C ambientales, según la clase climática. Las pautas térmicas de ASHRAE recomiendan mantener la temperatura interna entre 18 °C y 27 °C para obtener la mejor confiabilidad y rendimiento del equipo.

Cuando nuestro equipo de ingeniería calcula la carga de calor de una nueva aire acondicionado para armario de telecomunicaciones exterior instalación sumamos toda la carga de calor interna, luego aplicamos un margen de carga de calor adicional del 20 por ciento para el funcionamiento máximo y la radiación obtenida de las paredes del refugio. Un entorno desértico de 45 C fuerza hasta 500 vatios de carga de calor adicional basándose únicamente en la recolección solar.

Refrigeración activa versus pasiva: ¿cuál ofrece una mejor eficiencia energética?

Para seleccionar aire acondicionado, la refrigeración activa o pasiva es la decisión más importante que deberá tomar en el diseño de gabinetes de telecomunicaciones. La elección correcta depende de la zona climática, la carga de calor y la cantidad de energía que su sitio puede ahorrar para controlar la temperatura.

Tecnologías de refrigeración pasiva

El enfriamiento pasivo desplaza el calor interno sin funcionamiento del compresor ni refrigerante. Los intercambiadores de calor -, incluidos los modelos aire-aire y termoeléctrico (TEC), - utilizan tecnología natural como convección natural pasiva o ventiladores de bajo consumo de energía para transferir calor desde el interior del gabinete a las atmósferas exteriores. Los sistemas de refrigeración libre utilizan aire ambiente directamente cuando la temperatura del aire exterior es inferior al punto de ajuste interno.

Su claro beneficio es la eficiencia energética: el enfriamiento pasivo utiliza una energía mínima y puede funcionar fácilmente durante los períodos en los que hay abundante luz solar y luego apagarse cuando no es necesario. Desafortunadamente, el enfriamiento pasivo no puede pasar por debajo del ambiente, por lo que no puede confiar en él como la única solución de enfriamiento para áreas donde el ambiente generalmente excede los 40 °C.

Tecnologías de refrigeración activa

La refrigeración activa existe mediante el uso de unidades de aire acondicionado relacionadas con compresores o refrigeradores termoeléctricos para enfriar temperaturas internas muy por debajo de la ambiente. Esta sería la única solución en ambientes de alta temperatura ambiente donde el equipo requiere un ambiente controlado entre 18C y 27C durante todo el año.

Pero la desventaja es el consumo de energía. Basado en compresor sistema de refrigeración de gabinetes consume de 500 a 2000 vatios continuamente, según la capacidad. En climas cálidos, funciona las 24 horas del día, los 365 días del año.

Enfoque híbrido: el término medio energéticamente eficiente

Muchos operadores de telecomunicaciones están incorporando ahora soluciones de refrigeración adaptativas que combinarán los dos tipos de refrigeración. En una solución de refrigeración híbrida, cuando las condiciones ambientales lo permiten, la refrigeración se reduce con refrigeración libre o intercambiadores de calor y luego se cambia a refrigeración basada en compresor cuando las condiciones superan los niveles predeterminados. Según investigaciones publicadas por IEEE, el termofono para enfriamiento gratuito puede reducir el uso de energía de enfriamiento en 40-70% en comparación con las operaciones continuas de compresores en climas templados.

Seleccionar el aire acondicionado de gabinete de telecomunicaciones adecuado para lograr la máxima eficiencia

Finalmente, el aire acondicionado del gabinete de telecomunicaciones que elija para la refrigeración activa tiene más influencia sobre los costos anuales de energía que cualquier otro componente del gabinete. Dos unidades con la misma capacidad de refrigeración pueden variar en 30% en el consumo de energía debido a diferencias en el diseño, los tipos de compresores y la lógica de control.

Comprensión de la EER: la métrica de eficiencia central

la relación de eficiencia energética (EER) es la medida de cuántos BTU de refrigeración produce una unidad específica por vatio de energía eléctrica utilizada. Cuanto mayor sea la clasificación EER, más BTU de refrigeración se producirán por vatio de energía utilizada. Prácticamente todos los aires acondicionados para gabinetes de telecomunicaciones para exteriores tienen una clasificación EER 8-12, y los mejores modelos basados en inversores tienen una clasificación EER 10+. El estándar EER2 introducido por el Departamento de Energía de Estados Unidos en 2023, proporcionará estándares de eficiencia más realistas probados a una temperatura exterior de 95 °F, directamente relevantes para aplicaciones de gabinetes exteriores.

Lista de verificación de selección

¿por qué centrarse en EER? Nuestro equipo de ingeniería recomendaría los siguientes criterios antes de seleccionar un aire acondicionado para gabinete de telecomunicaciones:

• ✔
  Haga coincidir la capacidad de enfriamiento con la carga de calor calculada. El sobredimensionamiento desperdicia energía mediante ciclos cortos; El tamaño insuficiente provoca fallas en el equipo durante las temperaturas ambiente máximas.
• ✔
  Priorizar los compresores accionados por inversor. Los compresores de velocidad variable ajustan la salida a la demanda real, reduciendo el consumo de energía en 20-30% en comparación con las unidades de CA de velocidad fija.
• ✔
  Verifique el rango de temperatura de funcionamiento. La unidad debe manejar la temperatura ambiente máxima de su sitio con capacidad de enfriamiento nominal. Compruebe los modos de refrigeración y calefacción si su clima cae por debajo de 0°C.
• ✔
  Confirme la clasificación IP y la protección del medio ambiente. Los gabinetes exteriores necesitan equipos de enfriamiento con clasificación IP55 o IP65 para resistir los niveles de polvo, lluvia y humedad comunes en los sitios de estaciones base expuestos.
• ✔
  Evaluar el tipo de refrigerante. El R-410A sigue siendo común, pero los refrigerantes respetuosos con el medio ambiente como el R-32 y el R-290 están ganando terreno. El R-32 ofrece aproximadamente 5% de mejor eficiencia energética que el R-410A en diseños comparables.
• ✔
  Asegúrese de que el diseño integre un verdadero control inteligente. Reducir el consumo de energía mediante ciclos y monitoreo basados en la temperatura es de la vieja escuela, busque unidades con monitoreo que ajusten la salida según las condiciones del gabinete en tiempo real, alertas remotas y lógica de enfriamiento adaptativa.

“El aire acondicionado más barato de la hoja de especificaciones rara vez es el más barato en diez años. Una unidad con EER 10 versus EER 8 ahorra aproximadamente 20% en electricidad todos los días que funciona ” y en telecomunicaciones, estas unidades funcionan todos los días”

« Equipo de ingeniería KDST

Cómo 5G está impulsando los nuevos requisitos de refrigeración del gabinete

El despliegue de 5G está creando nuevos desafíos de gestión de energía para los operadores de telecomunicaciones. Según un único sitio celular 4G, una única estación base 5G utiliza entre dos veces y media y tres veces y media los niveles de potencia de un sitio celular 4G similar Soluciones VIAVI. Eso a su vez significa aumentar la generación de calor dentro del gabinete.

El gabinete de telecomunicaciones listo para 5G de hoy contiene un rectificador de 24 kW, un banco de baterías de litio de 600 Ah y un sistema de enfriamiento asociado de 3,5 kW o más para proteger contra condiciones operativas peligrosas. Los sistemas de refrigeración heredados están diseñados para 4G y generalmente tienen una potencia nominal de 1,5 a 2 kW, son insuficientes para la carga de calor de los equipos 5G y funcionan a plena capacidad de forma continua. Eso a su vez acelera el desgaste y aumenta los costos operativos.

Los operadores de redes que están modernizando gabinetes 4G existentes para infraestructura 5G enfrentan una opción difícil: reemplazar todo el gabinete con un diseño más grande que se adapte a una unidad de enfriamiento más grande, o actualizar a aires acondicionados para gabinetes de telecomunicaciones de alta eficiencia eso ofrece más capacidad de enfriamiento por vatio dentro del mismo espacio.

Se están probando enfoques emergentes, incluidos intercambiadores de calor de microcanales que aumentan la superficie de rechazo de calor en un 40 por ciento y al mismo tiempo ocupan el mismo espacio que sus homólogos tradicionales, y circuitos de refrigeración líquida que pueden reducir el consumo de energía a niveles del 30 por ciento de variantes enfriadas por aire, en grandes operadores de cable. a medida que se implementan sus transmisiones 5G.

Reducción de costos de energía: estrategias prácticas para operadores de telecomunicaciones

Reducir la energía de refrigeración no significa cambiar cada shell y ventilador de su red durante la noche. Estos enfoques, que incluyen tanto ganancias rápidas como actualizaciones intensivas en capital, ofrecen una caja de herramientas de enfoques que se pueden combinar o implementar por sí solos para lograr el máximo efecto.

1. Mantenga los filtros y condensadores según lo previsto. Un filtro obstruido obliga al compresor a trabajar más duro, aumentando el consumo de energía entre un 15 y un 25 por ciento. La limpieza trimestral es la actividad de mantenimiento con mayor ROI para cualquier sistema de enfriamiento de gabinete. Descuidar el mantenimiento del filtro durante seis meses puede duplicar efectivamente el uso de energía de una unidad de enfriamiento.
2. Introducir el monitoreo remoto con funciones de alerta. Utilice sensores que midan la temperatura y el consumo de energía en tiempo real. Los receptores se amortizan evitando daños en el recinto debido a fallas de enfriamiento y demostrando dónde los equipos utilizan cantidades excesivas de energía.
3. Migre a compresores controlados por inversor. Los compresores de velocidad fija funcionan a pleno rendimiento independientemente de la carga. Los compresores inversores cambiarán para adaptarse a las condiciones reales utilizando menos energía, ahorrando entre un 20 y un 35 por ciento en el transcurso de un año. Espere un período de recuperación de 18 a 24 meses.
4. Incorporar sistemas de refrigeración libre cuando corresponda. Si su sitio experimenta más de 3000 horas de temperatura ambiente por debajo de 25 °C, podría reducir la energía de enfriamiento entre un 40 y un 60 por ciento pirateando el enfriamiento gratuito en una CA existente. Los costos de hardware pueden ser sorprendentemente bajos ya que el hardware adicional es una fracción de los ahorros en la operación del primer año.
5. Elija reemplazos del tamaño adecuado. Al comprar nuevos equipos de refrigeración y comercializar equipos más antiguos, ejecute los cálculos desde los primeros principios. Los cambios en los equipos de radio, las fuentes de alimentación y la configuración del gabinete, ya que la instalación original a menudo significa que ahora es mejor una unidad de diferente tamaño. Los sistemas de gran tamaño están diseñados para manejar cargas máximas pero desperdician energía durante el 80 al 90 por ciento del año cuando las condiciones son moderadas.
6. Cambie a compresores accionados por inversor, que funcionen con refrigerantes ecológicos. El R-32 ofrece una eficiencia de refrigeración ligeramente mejor que el R-410A y, al mismo tiempo, tiene un menor potencial de calentamiento global. Para los proveedores de telecomunicaciones que trabajan para alcanzar objetivos de reducción de la huella de carbono, este es un factor cada vez más importante en las decisiones de adquisición.

Según el GSMA, los operadores móviles europeos redujeron a la mitad sus emisiones operativas en sólo tres años mediante una combinación de simplificación del sitio, integración de hardware y avances en tecnologías de refrigeración efectivas. Los operadores que comenzaron con sistemas confiables de monitoreo y mantenimiento de sistemas de enfriamiento obtuvieron los rendimientos más rápidos, antes de cualquier reemplazo de equipos que requiera mucho capital.

Preguntas frecuentes