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基站越来越烫!给它装个液体“空调”

  5G的脚步越来越近,数据流量需求持续猛增,网络负荷大幅增长,基站耗电和设备散热问题日趋严重。面对越来越“烫”的基站,人们不禁在想,它能否像数据中心一样,引入水冷系统降温?

  通信行业“老大哥”诺基亚把这事做成了。最近,该公司在芬兰的一栋公寓大楼里部署了全球首个液冷基站系统,并将回收的基站废热用于楼内供暖。诺基亚表示,采用液冷系统的基站可省电30%,二氧化碳排放量减少80%。

  作为无线通信系统中重要的基础信息枢纽,基站系统为什么需要冷却?液冷系统的技术原理是什么?

  制冷系统占基站耗电量的大头

  在通信网络中,约80%的能耗来自基站,它可谓是“耗电大户”。如今,随着基站数量和网络负荷的增加,基站的耗电量不断攀升。

  是谁消耗了如此多的电量呢?

  “基站内的制冷系统是导致耗电多的‘真凶’。”天津大学环境科学与工程学院建筑环境与设备工程系主任张欢说,基站承担着处理和传输海量数据的重任,数据处理过程中会产生大量的废热。为保障设备在恒温下运行、不因为温度过高而宕机,制冷系统要不间断地为基站降温。

  “自从诞生以来,基站大多采用传统的空调制冷方式,这种降温方式耗电量较大。近年来,海量设备联网,数据流量需求激增,制冷设备也随之增加,于是基站耗电问题日趋严重。”张欢解释道,与目前大范围应用的4G技术相比,未来5G网络使用的频段会更高,最低也会在3GHz频段以上。频段升高会导致信号覆盖范围缩小,就需要新建更多的基站,以满足信号的覆盖要求,5G基站的数量可能是4G的2到3倍。

  “此外,由于5G网络承载的数据量大,基站设备释放的热量会随之增多,也就需要更多的冷却设备。”张欢说。

  液冷比风冷效率更高、降温更精准

  由此可见,在5G正式到来前,对基站冷却系统进行节能改造,显得十分必要。

  目前,全球大多数基站采用空调制冷方式,属于风冷式冷却,即通过向基站室内送冷风,保持适宜的室内温度。当室外空气温度较低时,可将室外新风过滤后,直接送入基站室内。当室外新风温度不达标时,可用冷却技术降低空气温度,再将空气送入基站室内;如果上述方法都不奏效,就用空调机组降低温度。

  “但是这种冷却方式存在着明显的弊端,比较明显的一点就是,不能实现精准控温。”张欢说,“在高热量密度的环境下,任何失误或任何温度、湿度失衡,都可能在极短时间内导致数据系统遭到破坏或数据丢失。一旦出现这些问题,后期维修和赔偿所需支付的费用是极高的,因此基站需要更精准的冷却系统。”

  其实早在2017年,诺基亚就曾展示过贝尔实验室的液冷基站技术。通过查阅资料,记者了解到,这种液冷式冷却方式的工作原理是,利用装有冷却液的散热管,直接冷却电子设备;冷却液吸收热量后,液体温度升高,可将其用作供暖等;也可将热量散给室外空气,使冷却液温度降低,再将冷却液送去电子设备的散热管。

  “液体是储存和运输热量的优质介质。在运输同等热量时,输送水的泵耗要远小于输送空气的风机能耗。同时,在精准冷却方面,液冷冷却要比风冷冷却更具优势。”张欢分析说,“液冷技术不仅可减少风机带来的噪声污染,冷却设备后的液体温度约为50到60摄氏度,其可作为周边建筑供应生活热水或用于冬季供暖,大大提高了能量利用率,达到精准冷却、降低能耗的目的。”

  技术早已落地,或于5G时代被大规模应用

  张欢表示,作为一项较为成熟的冷却技术,液冷技术早已“飞入寻常百姓家”,目前在航空航天、汽车等领域得到了大规模应用。

  20世纪30年代的液冷V型发动机以及美国F-18军用机载设备,都采用了微通道液冷系统;“阿波罗”航天计划的产物之一——液冷服,它可使航天员在舱外活动期间不受温度高低起伏的影响……

  液冷技术在计算机领域的应用也早已有之。1964年至1990年,全球大部分大型主机采用的冷却方式都是液冷;2008年4月,IBM展示了其首个采用水冷技术的超级计算机Power 575,其中包含14个内置水冷管道的服务器;在2009年国际超级计算机大会上,绿色革命冷却技术公司推出了矿物油冷却技术,利用比热容是空气1200倍的一种矿物油对服务器进行冷却,使冷却耗能最高节省95%……

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