諾基亞為5G基站配液冷散熱：碳排放減少80%，我們帶大家深度回顧和解析這項(xiàng)技術(shù)原理

諾基亞為5G基站配液冷散熱：碳排放減少80%，我們帶大家深度回顧和解析這項(xiàng)技術(shù)原理

據(jù)外媒報(bào)道，保持智能手機(jī)正常工作的基站正在向液體冷卻的方向發(fā)展。

令人驚訝的是，這些可以拍照、瀏覽互聯(lián)網(wǎng)和打電話的袖珍設(shè)備卻需要依賴于“基站”網(wǎng)絡(luò)來運(yùn)行。

這些基站使用天線發(fā)送和接收無線電波。這一點(diǎn)很重要，因?yàn)闆]有無線電波的流動(dòng)，移動(dòng)通信就不能正常工作。

傳統(tǒng)上，基站是通過風(fēng)扇系統(tǒng)來冷卻的。而諾基亞則別出心裁，開發(fā)出了液冷技術(shù)。諾基亞高管哈里·庫薩（Harry Kuosa）表示：“傳統(tǒng)上，基站是通過空氣流動(dòng)來冷卻的，而諾基亞的這項(xiàng)創(chuàng)新是利用液體作為冷卻劑?！?/span>

庫薩還補(bǔ)充說，液體能比空氣更有效地散發(fā)基站的熱量?？傊?，諾基亞這套液冷系統(tǒng)可將能耗降低約30%，將二氧化碳排放量減少80%。

據(jù)報(bào)道，該液冷基站系統(tǒng)有三大優(yōu)勢：

?省電30%，二氧化碳排放量減少了80％

?移除了空調(diào)和風(fēng)扇，大大降低了基站運(yùn)行噪音

?可回收基站排放的廢熱，二次應(yīng)用于公寓大樓的供暖系統(tǒng)

諾基亞去年12月曾，通過與Elisa和Efore公司合作，已在芬蘭赫爾辛基的一棟公寓大樓里部署了全球首個(gè)液冷基站系統(tǒng)。

諾基亞網(wǎng)絡(luò)公司(Nokia Networks)的哈里-庫薩(Harry Kuosa)表示：“傳統(tǒng)上，基站是通過空氣流動(dòng)來降溫的。諾基亞的這項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)則使用液體作為冷卻劑?！?/span>

他還補(bǔ)充說，液體能比空氣更有效地帶走基站的熱量。

庫薩解釋說，這意味著基站不需要空調(diào)和風(fēng)扇等冷卻系統(tǒng)，這將減少30%的能源消耗和80%的二氧化碳排放。

2018年12月，諾基亞宣布，它與Elisa和Efore公司合作在赫爾辛基公寓樓“部署了一個(gè)商用液體冷卻基站”。

諾基亞表示，基站發(fā)出的熱量已被重新定向，用于為大樓供暖，這有助于降低能源成本。

在未來的能源效率方面，聯(lián)網(wǎng)和智能設(shè)備將發(fā)揮重要作用。

“我認(rèn)為，我們首先要看到的是虛擬現(xiàn)實(shí)眼鏡。”劍橋大學(xué)制造業(yè)研究所工業(yè)可持續(xù)性研究主管史蒂夫-埃文斯(SteveEvans)表示。

“我們不是為了讓你的孩子使用這些虛擬現(xiàn)實(shí)眼鏡來玩游戲。相反，我們將能夠用這些虛擬現(xiàn)實(shí)眼鏡來觀察我們的工廠，看到無處不在的能量流動(dòng)。我們將知道這些能量有沒有被用來創(chuàng)造價(jià)值，并據(jù)此采取相應(yīng)的行動(dòng)?！?/span>

眾所周知，降低數(shù)據(jù)中心能耗是業(yè)界一直追求的目標(biāo)。海量數(shù)據(jù)處理產(chǎn)生大量廢熱，為了保障設(shè)備在恒定的溫度下穩(wěn)定運(yùn)行，制冷系統(tǒng)是數(shù)據(jù)中心的耗電大戶，為此，數(shù)據(jù)中心已經(jīng)歷了從風(fēng)冷向水冷再到自然冷卻等技術(shù)演進(jìn)。

移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的基站，同樣擔(dān)當(dāng)著處理和傳輸海量數(shù)據(jù)的重任，但自從誕生以來，一直采用傳統(tǒng)的空調(diào)制冷方式。

面向5G萬物互聯(lián)時(shí)代，海量設(shè)備聯(lián)網(wǎng)，數(shù)據(jù)流量需求持續(xù)猛增，網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷大幅增長，基站耗電與排放問題日趨嚴(yán)重，因此，基站的制冷系統(tǒng)也需要像數(shù)據(jù)中心一樣不斷改進(jìn)。

什么需要液冷？

基站電費(fèi)，可能是移動(dòng)運(yùn)營商當(dāng)下最頭痛的問題。

在移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中，基站是耗電大戶，大約80%的能耗來自廣泛且密集分布的基站。據(jù)統(tǒng)計(jì)，基站電費(fèi)至少占據(jù)運(yùn)營商OPEX支出的15%。在一些國家，基站電費(fèi)占據(jù)了基站總成本的50%。

如今，基站設(shè)備價(jià)格在不斷下降，運(yùn)維服務(wù)費(fèi)用也在不斷下降，而隨著基站數(shù)量和網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷的增加，基站電費(fèi)卻在不斷攀升，這顯然與當(dāng)下運(yùn)營商降低OPEX的主調(diào)不一致。

粗略統(tǒng)計(jì)，基站耗電主要由三部分組成：基站主設(shè)備能耗、供配電能耗和制冷能耗。

其中，如上圖，空調(diào)制冷能耗占據(jù)了基站總能耗的30%左右。

在我國，很多偏遠(yuǎn)地區(qū)的基站僅是為了保障覆蓋，話務(wù)量和流量極低，但空調(diào)制冷系統(tǒng)常年運(yùn)行，估計(jì)空調(diào)制冷能耗占據(jù)了基站總能耗的50%以上。

基站耗電非常厲害，相對于數(shù)據(jù)中心，估計(jì)基站更耗電。

基站設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要包含：BBU、射頻（RF）單元、功率放大器（PA）、天線接口等，BBU負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)計(jì)算和處理，功率放大器（PA）和射頻（RF）部分負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的無線傳輸。

也就是說，基站不但有處理數(shù)據(jù)的“計(jì)算功耗”，還有功率放大器（PA）和射頻（RF）部分所產(chǎn)生的“傳輸功耗”，而功率放大器功耗有一半以上作為廢熱而損失。

而隨著從2G到5G不斷演進(jìn)，舊設(shè)備不能淘汰，新設(shè)備不斷添加，多網(wǎng)共存，基站耗電量不斷上升。據(jù)統(tǒng)計(jì)4G時(shí)代新增LTE設(shè)備后，基站耗電量增加約20%，未來新增5G設(shè)備后，必然會(huì)進(jìn)一步增加耗電量。

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在不斷演進(jìn)，設(shè)備在不斷更新，但基站的制冷系統(tǒng)30多年來幾乎一成不變，還是采用傳統(tǒng)空調(diào)，而由于空氣的容積熱容量大約比水小4000倍，與液冷系統(tǒng)相比，傳統(tǒng)的空氣冷卻系統(tǒng)能效太低。

基站需要更先進(jìn)的制冷系統(tǒng)。

液冷基站的原理是什么？

諾基亞只是發(fā)布了一個(gè)新聞公告，并沒有公布其液冷基站的原理。

我們只能抱著對技術(shù)的探索精神，廣查資料，試著來解讀一下其原理。

根據(jù)我們了解的情況，諾基亞貝爾實(shí)驗(yàn)室早在幾年前就在研發(fā)液冷基站。在2017年的MWC上，諾基亞就曾展示過貝爾實(shí)驗(yàn)室的液冷基站技術(shù)。

先睹為快…

但只是目睹了真容，里面的原理不得而知。

2015年，諾基亞曾和運(yùn)營商Orange進(jìn)行過液冷基站實(shí)驗(yàn)，里面的一些細(xì)節(jié)有點(diǎn)意思…

如上圖，該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要有熱交換構(gòu)件、水箱以及水泵等組成一套冷卻循環(huán)散熱裝置，用液冷的方式代替基站空調(diào)。

由于冷卻液需流經(jīng)設(shè)備的熱源的接熱面，需要對基站設(shè)備（比如射頻和功放模塊）進(jìn)行改造，比如加裝冷卻液流道，以更加靠近熱源，減少冷媒輸送能耗，提升冷卻效率。

液冷技術(shù)不只是比空氣冷卻更節(jié)省能耗，它還利于二次利用基站排放的廢熱。由于采用液冷技術(shù)輸出的熱水溫度約為50-60°C，很多基站都安裝在建筑樓上或與建筑物相鄰，它可以用于生活熱水供應(yīng)，甚至供暖，二次應(yīng)用的價(jià)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于廢氣。

諾基亞官網(wǎng)就提到，該冷卻基站可回收廢熱，二次應(yīng)用于公寓大樓的供暖系統(tǒng)。

甚至，我們還看到，有機(jī)構(gòu)正在研究利用液冷基站的熱水回收，通過膜蒸餾技術(shù)來對水進(jìn)行凈化處理。