论文题目：通信基站分布式冷却系统研究
1、选题意义和背景
随着我国信息化建设的加速推进，以及云计算、物联网、移动互联网、大数据、高性能计算等热点信息通信技术（Information Communication Technology,ICT）的发展，通信网络规模快速扩张。截至2013年，中国移动有100万个GSM室外基站和45万个TD-SCDMA基站，中国联通有40万个GSM基站和45万个WCDMA基站，中国电信有35万个CDMA基站和10万个PHS基站。目前三大运营商正在积极部署4G网络的建设，前瞻产业研究院发布的《2014-2018年中国铁塔行业市场前景与投资战略分析报告》指出，由于未来三年中国正处于4G网络建设的高潮期，仅中国移动，就规划在2014年底前建设50万个4G基站，中国电信今年订购的基站将多达25万座。到2014年底，中国4G基站数量可能会由目前的近30万座增至多达100万座。通信网络规模的快速护张，使得通信业能源消耗呈现快速增长态势，其能源消耗占全国能源消耗的比重和对全社会的影响逐年增加。
中国政府向世界做出了 2020年单位GDP碳排放比2005年减少40%?45%的承诺，并实现在“十二五”期间单位GDP能耗降低16%、减排17%等约束性目标⑴。通信业作为ICT推进节能减排的中坚力量，节能减排任务艰巨、责任重大。工信部在《通信业“十二五”发展规划》中提出2015年单位电信业务总量综合能耗要比2010年下降10%,还要求新建大型云计算数据中心PUE值要达到1.5以下，改造IDC的PUE值要降到2.0以下。推进绿色IDC和绿色基站建设，积极采用新技术对己建基站进行节能改造[2].
2009年国内基站的年总耗电量达到130亿度，占整个通信行业能耗的一半左右[3],基站的节能己经成为通信行业的热点问题。近年来，国内外的相关专家学者从基站主设备、建筑、空调及电气等各方面对基站节能问题进行了大量研究，其中，基站空调系统能耗是基站能耗的一个主要组成，在2009年基站空调设备能耗占基站总能耗的40%-46%[3],具有很大的节能潜力。目前主要的节能技术包括：空调变频节能技术、空调变设定控制系统、智能通风技术、智能换热技术、相变材料节能等。自然冷源利用是基站节能技术的研究热点之一，通风冷却技术、空-空换热器、乙二醇换热系统及热管换热系统等利用自然冷源的方法，在国内的一些基站内已有应用。
2、
论文综述/研究基础
基站是基站子系统（Base Station Subsystem,BSS）的简称，是指在一定的、无线电覆盖区域中，通过移动通信交换中心，与移动电话终端之间进行信息传递的无线电收发信电台。说得更通俗一点，基站之间主要负责手机信号的接收和发送，把收集到的信号简单处理之后再传送到移动交换中心，通过交换机等设备的处理，再传送给终端用户，从而实现无线用户的通信功能。
目前，国内通信基站空调系统的节能主要从以下几个方面进行：提高空调系统的运行效率、合理选择基站围护结构的保温性能、充分利用自然冷源以及优化气流组织等。
3、参考文献
[1]巩永华。ICT助力节能减排的影响因素和途径研宄[J].价值工程，2014（31）：183-184.
[2]黄海峰。“十二五‘’通信业节能目标出炉”硬指标+软指标“双管齐下[J].通信世界，2012（40）： 34.
[3]中华人民共和国工业和信息化部。2009年中国通信统计年度报告[M].北京：人民邮电出版社，2011.
[4]王建华。规范基站建设是无线城市发展的重要途径m.机械制造与自动化，2009,38（5）： 83-84.
[5]杨彦伟，廖杰。浅说GSM基站[J].现代通信，2003（8）：23-24.
[6]权志鹏，彭月明。基站围护结构的保温控制策略[J].建筑节能，2013,41（270）：45-49.
[7]张高记，吕建东，陈文学。通信基站节能减排评估指标及评估方法研究m.电信科学，2011 （3）： 101-105.
[8]Yogenbra Joshi. Energy Efficient Thermal Management of Data Centers [M].2012: 10-13.
[9]YD/T 1821-2008.通信中心机房环境条件要求[S].中华人民共和国工业和信息化部，2008.
[10]叶晓燕，胥惠芳。计算机房的环境要求及解决方法[J].信息技术，2004,28（1）：32 -34.
[11]阮灿华。计算机机房空调系统的探讨[J].福建电脑，2006（8）： 71-72.
[12]程紘理。中国基站空调发展简述[J].制冷与空调，2013,13（8）： 9-11.
[13]曾春敏。移动通信基站空调系统节能措施分析[J].制冷，2010,29（1）： 66-70.
[14]王东。移动基站空调节能器的应用[J].机械与电子，2011（19）：514-516.
[15]YufengZhang, Yi Chen, Ji Wu, etal. Study on energy efficient envelope designfor telecommunication base station in Guangzhou [J]. Energy and Buildings, 2008,40（10）：1895-1900.
[16]涂壤，李震，刘晓华等。基站围护结拘性能及空调系统性能优化分析m.暖通空调，2011,41（12）： 46-48.
[17]Rang Tu, Xiao-hua Liu, Zhen Li, Yi Jiang. Energy performance analysis ontelecommunication base station [J]. Energy and Buildings, 2011, 43（2-3）：315-325.
[18]陈杰。利用自然冷源制冷对通信基站节能降耗的研究[D].北京：北京工业大学，2012.
[19]陈祈，吴基，王飞等。广州地区通信基站通风冷却节能技术研究[J].建筑科学，2008' 24（12）： 27-31.
[20]尹华，郭华芳，鲁涛。通信基站通风冷却节能系统的研究[J].节能，2011（1）：49-52.
[21]项生逵。移动通信基站节电的成功探索[J].通信世界，2003,13（8）：9-11.
[22]黄成龙，杨文鹏。移动通信基站节能控制的理论与实践[J].西安工程大学学报，2008,22（2）： 205-209.
[23]刘彬。基站空调系统自然冷源的利用研究[D].南京：南京理工大学，2013.
[24]刘刚，陈志东。黑龙江移动公司节能减排工作实践[J].通信管理与技术，2010（4）： 15-19.
[25]王宗伟。通讯基站用两相流热管机组及热管-制冷复合机组的性能实验研宄[D].青岛：青岛大学，2013.
[26]庄骇，张红。热管技术及其工程应用[M].北京：化学工业出版社，2000.
[27]聂海涛。空调用分离式热管换热器的实验研宄[D].北京：北京建筑工程学院，2008.
[28]鲍玲玲，王景刚，王晓明。通信基站用热管换热器的设计[J].暖通空调，2011,41（10）： 76-78.
[29]李奇贺，黄虎，张忠斌。热管式机房空调性能实验研究[J].暖通空调，2010,40（4）： 145-148.
[30]许嘉，陈超，管勇等。自然冷却换热技术在电信行业通信机房空调系统中的应用研究[J].制冷与空调，2010,10（5）： 85-89.
[31]LinjimHan, Weixing Shi, Baolong Wang,etal. Development of an integrated airconditioner with thermosyphon and the application in mobile phone base station [J].International Journal of Refrigeration, 2013 （36）： 58-69.
[32]LinjunHan, Weixing Shi, Baolong Wang, etal. Energy consumption model ofintegrated air conditioner with thermosyphon in mobile phone base station [J].International Journal of Refrigeration,2014（40） : 1-10.
[33]田浩，李震，刘晓华等。信息机房热管空调系统应用研宄[J].建筑科孛，2010,26（10）： 141-145.
[34]黄忠礼，姚远，路超等。应用于通信基站的热管空调系统的试验研宄[J].可再生能源，2013,31（6）： 100-103.
[35]金鑫，瞿晓华，施骇业等。微通道型分离式热管基站节能特性实验研宄[J].制冷学报，2012,33（6）： 32-37.
[36]金鑫。微通道分离式热管通讯基站节能热性研宄[D].上海：上海交通大学，2012. ;[37]王宗伟，田晓亮，jDuQi-hang 等。Complex Heat Pipe System [J]?禾”^^信息，2012（36）： 32-37.
[38]石文星，韩林俊，王宝龙等。热管/蒸气压缩复合空调原理及其在高发热量空间的应用效果分析[J].制冷与空调，2011,11（1）： 30-36.
[39]KwokWu. A comparative study of various high density data center coolingtechnologies [D]. New York: Stony Brook University, 2008.
[40]KevinDunlap,Neil Rasmussen. The advantages of row and rack-oriented coolingarchitectures for data centers [Z]. APC White Paper #130,2006.
[41]PeterHarmaford. Ten cooling solutions to support high-density server deployment[Z]. APC White Paper #42,2008.
[42]NeilRasmussen. Air Distribution Architecture Options for Mission CriticalFacilities [Z]. APC White Paper #55,2003.
[43]H.Hayama, M. Nakao, Air flow systems for telecommunications equipmentrooms, in: Proceedings of the 11th International Telecommunications EnergyConference, Florence. Italy, 1989: 1-7.
[44]李扬。数据通信机房流场仿真平台与气流组织研究[D].杭州：浙江大学，2012.
[45]邱利民，姜东，孙大明等。一种移动通讯基站设备分布式冷却系统[P].中国专利：200910096161.4,2009-7-22.
[46]刘英俊。通信基站用相变储能模块的幵发与数值模拟[D].长沙：湖南大学，2013.
[47]方旭明，韩凯。节能型基站空调的应用及节能分析[J].制冷与空调，2014,14（9）： 16-17.
[48]武鹏飞，杨天剑。基站智能通风和热管换热节能效果实证研究[J].数字通信，2014, 41（2）： 81-85.
[49]童蕾，黄忠礼。热管技术在通信基站中的应用分析[J].洁净与空调技术，2013（4）： 65-67.
[50]刘威，许新毅，邓重秋。通信机房空调系统节能措施分析[J].暖通空调，2010,40（4）： 92-96.
[51]韦帮远，邓建强，强科。通信基站热管加蓄冷被动散热的模拟研究[J].热科学与技术，2011, 10（1）： 38-44.
[52]李博。盘点七类基站配套节能技术[N].通信产业报，2009,11（30）：05.
[53]马国杰，刘东，金璜。通信机房节能方案的实测与模拟研宄[J].建筑节能，2010,38（237）： 44-48.
[54]陈折，张宇峰，孟庆林等。通信基站通风冷却技术的节能效果评价与运用策略[J].建筑科学，2012, 28（8）： 65-69.
[55]陈折，张宇峰，孟庆林。通信基站通风冷却技术的联动控制策略研宄[J].福州大学学报，2012, 40（3）： 352-356.
[56]马国远，陈杰，周峰。通信基站应用热虹吸管换热机组的节能潜力m.北京工业大学学报，2013,39（1）： 103-108.
[57]李宁。通讯基站相变空调房间内气流组织数值模拟[D].长沙：湖南大学，2011.
[58]宋刚，吴伊人，沈恒根等。通讯基站通风系统气流组织优化数值模拟[J].建筑热能通风空调，2012,31（10）： 84-86.
[59]肖剑春。通讯机房空调气流组织模拟及参数调节[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2008.
[60]张飞。数据机房热负荷实验测试及三维数值模拟研宄[D].广州：广州大学，2012.
[61]陈文博。典型通讯机房空调精确送风方式研宄[D].长沙：湖南大学，2011.
[62]沈向阳，陈嘉树，吕金虎等。数据机房热区内气流组织的数值模拟及优化m.节能技术，2011,29（167）； 233-237.
[63]王掉妇。新风节能系统在通信机房中的应用分析[D].长沙：中南大学，2011.
[64]舒庆蹇。变电站数据机房能耗及气流组织模拟研宄[D].杭州：浙江大学，2014.
[65]周敬雯。利用帕尔贴效应制冷供暖的局部空调设计及性能研究[D].上海：上海交通大学，2013.
4、论文提纲
第一章 绪论
1.1研究背景及意义
1.2基站概述
1.3基站空调系统主要的节能技术
1.4本文主要工作
第二章分布式冷却系统及其性能测试
2.1分布式冷却系统介绍
2.2分布式冷却系统设计
2.3分布式冷却系统性能测试
2.4本章小结
第三章基于TRNSYS的基站空调系统的能耗模拟
3.1 TRNSYS软件介绍
3.2基站和其DCS的模型建立
3.3基站和其原空调系统的模型建立
3.4模拟结果及分析
3.5本章小结
第四章基站节电率测试及其影响因素分析
4.1基站节电率测试方法
4.2典型基站的测试结果
4.3全国基站测试结果及节电率影响因素分析
4.4本章小结
第五章基站气流组织模拟分析
5.1基站数值模型的建立
5.2模型合理性验证
5.3基站内气流组织分析
5.4本章小结
第六章全文总结和展望
6.1全文总结
6.2本文主要创新点
6.3展望
5、论文的理论依据、研究方法、研究内容
通信基站分布式冷却系统是一种新型的基站高效冷却系统，本文通过理论分析、数值模拟和实际测试等方法，对分布式冷却系统的全年能耗和气流组织等进行研宄。
6、研究条件和可能存在的问题
（1）基于通信基站分布式冷却系统的概念及其性能测试的结果，利用瞬时系统模拟程序TRNSYS软件建立了基站和其空调系统的模拟系统，利用该模拟系统可以较为准确地计算出基站空调系统的全年能耗以及节电率。在模型中输入基站所在城市的气象参数，和基站的物理模型信息，就可以计算出基站空调系统的全年能耗，对其节电效果进行分析。
（2）采用同站对比的测试方法，对位于全国10省市的近30个标杆站进行基站节电测试，所测试基站的讳度范围为我国北绎18°~北讳38°。利用基站能源与环境监测系统SinoEES记录基站的测试数据，并可以实现基站和其空调系统运行情况的实时监控。全国多个基站内的测试数据表明，分布式冷却系统具有显着的节能效果，并根据不同基站的测试数据，分析了基站节电率的影响因素。
7、预期的结果
（1）针对杭州市的一个典型基站，设计了一套分布式冷却系统，采用恰差测试法对该分布式冷却系统进行了性能测试，将室外温度分成10个温度范围，基站的分布式冷却系统有五种不同运行模式，测试得到单制冷循环、双制冷循环和载冷循环的制冷量和耗电量。根据测试结果预测该基站的DCS全年的节电量可达7224kWh,节电率为30.1%.
（2）以中国联通位于杭州市滨江区的四桥转盘基站为例，利用TRNSYS软件分别建立了基站和其DCS系统的模型以及基站和其原空调系统的模型，通过对相同时间段机柜逐时温度的模拟结果和测试结果进行对比，两者基本一致，验证了模型的合理性。利用两个模型分别计算出了基站两套空调系统的全年能耗，该基站的DCS的年耗电量为2594.68kWh,全年节电率达62.5%.
（3）采用同站对比的测试方法，对位于浙江、江苏、上海、广东、海南等10省市的近30个标杆站进行基站节电测试。杭州市滨江区的四桥转I;基站的测试结果显示，基站DCS年耗电量是2594.7kW,与实测值的误差仅为1.0%,年节电率为69.4%,进一步验证了 TRNSYS模型的合理性和准确性。全国基站的测试结果表明，分布式冷却系统在通信基站中的节能效果显着。并根据全国基站的测试结果分析了基站节电率的影响因素，得出结论：在所测试的基站范围内，地域对基站节电率的影响较小；基站的类型和负荷对基站节电效果有影响，基站单位面积负荷越小，年节电率越大；基站围护结构对基站节电效果也略有影响，彩钢结构的基站比砖混结构的基站节电效果更明显。
（4）建立了原空调系统和DCS系统下的基站数值模型，利用FLUENT软件对基站的气流组织进行研宄。数值模型的计算结果，可以得出原空调系统和DCS系统分别运行时基站内的温度场和速度场的分布情况，对比两个模型的速度场分布表明，原空调系统的送风先用于冷却基站室内环境，再依靠环境去冷却机柜，造成冷量的浪费，导致空调冷量的利用率很低；而DCS系统送出的冷空气直接对机柜进行冷却，提高了冷风的利用率。对比两个模型的温度场分布发现，DCS系统下基站室内整体温度比原空调系统明显降低，高温区域面积显着减小，机柜内部整体温度也低于原空调系统下的机柜整体温度。
8、论文写作进度安排（略）
