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基站越來越燙！給它裝個液體“空調(diào)”

5G的腳步越來越近，數(shù)據(jù)流量需求持續(xù)猛增，網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷大幅增長，基站耗電和設(shè)備散熱問題日趨嚴(yán)重。面對越來越“燙”的基站，人們不禁在想，它能否像數(shù)據(jù)中心一樣，引入水冷系統(tǒng)降溫?

通信行業(yè)“老大哥”諾基亞把這事做成了。最近，該公司在芬蘭的一棟公寓大樓里部署了全球首個液冷基站系統(tǒng)，并將回收的基站廢熱用于樓內(nèi)供暖。諾基亞表示，采用液冷系統(tǒng)的基站可省電30%，二氧化碳排放量減少80%。

作為無線通信系統(tǒng)中重要的基礎(chǔ)信息樞紐，基站系統(tǒng)為什么需要冷卻?液冷系統(tǒng)的技術(shù)原理是什么?

制冷系統(tǒng)占基站耗電量的大頭

在通信網(wǎng)絡(luò)中，約80%的能耗來自基站，它可謂是“耗電大戶”。如今，隨著基站數(shù)量和網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷的增加，基站的耗電量不斷攀升。

是誰消耗了如此多的電量呢?

“基站內(nèi)的制冷系統(tǒng)是導(dǎo)致耗電多的‘真兇’。”天津大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院建筑環(huán)境與設(shè)備工程系主任張歡說，基站承擔(dān)著處理和傳輸海量數(shù)據(jù)的重任，數(shù)據(jù)處理過程中會產(chǎn)生大量的廢熱。為保障設(shè)備在恒溫下運(yùn)行、不因?yàn)闇囟冗^高而宕機(jī)，制冷系統(tǒng)要不間斷地為基站降溫。

“自從誕生以來，基站大多采用傳統(tǒng)的空調(diào)制冷方式，這種降溫方式耗電量較大。近年來，海量設(shè)備聯(lián)網(wǎng)，數(shù)據(jù)流量需求激增，制冷設(shè)備也隨之增加，于是基站耗電問題日趨嚴(yán)重。”張歡解釋道，與目前大范圍應(yīng)用的4G技術(shù)相比，未來5G網(wǎng)絡(luò)使用的頻段會更高，最低也會在3GHz頻段以上。頻段升高會導(dǎo)致信號覆蓋范圍縮小，就需要新建更多的基站，以滿足信號的覆蓋要求，5G基站的數(shù)量可能是4G的2到3倍。

“此外，由于5G網(wǎng)絡(luò)承載的數(shù)據(jù)量大，基站設(shè)備釋放的熱量會隨之增多，也就需要更多的冷卻設(shè)備。”張歡說。

液冷比風(fēng)冷效率更高、降溫更精準(zhǔn)

由此可見，在5G正式到來前，對基站冷卻系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能改造，顯得十分必要。

目前，全球大多數(shù)基站采用空調(diào)制冷方式，屬于風(fēng)冷式冷卻，即通過向基站室內(nèi)送冷風(fēng)，保持適宜的室內(nèi)溫度。當(dāng)室外空氣溫度較低時(shí)，可將室外新風(fēng)過濾后，直接送入基站室內(nèi)。當(dāng)室外新風(fēng)溫度不達(dá)標(biāo)時(shí)，可用冷卻技術(shù)降低空氣溫度，再將空氣送入基站室內(nèi);如果上述方法都不奏效，就用空調(diào)機(jī)組降低溫度。

“但是這種冷卻方式存在著明顯的弊端，比較明顯的一點(diǎn)就是，不能實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控溫。”張歡說，“在高熱量密度的環(huán)境下，任何失誤或任何溫度、濕度失衡，都可能在極短時(shí)間內(nèi)導(dǎo)致數(shù)據(jù)系統(tǒng)遭到破壞或數(shù)據(jù)丟失。一旦出現(xiàn)這些問題，后期維修和賠償所需支付的費(fèi)用是極高的，因此基站需要更精準(zhǔn)的冷卻系統(tǒng)。”

其實(shí)早在2017年，諾基亞就曾展示過貝爾實(shí)驗(yàn)室的液冷基站技術(shù)。通過查閱資料，記者了解到，這種液冷式冷卻方式的工作原理是，利用裝有冷卻液的散熱管，直接冷卻電子設(shè)備;冷卻液吸收熱量后，液體溫度升高，可將其用作供暖等;也可將熱量散給室外空氣，使冷卻液溫度降低，再將冷卻液送去電子設(shè)備的散熱管。

“液體是儲存和運(yùn)輸熱量的優(yōu)質(zhì)介質(zhì)。在運(yùn)輸同等熱量時(shí)，輸送水的泵耗要遠(yuǎn)小于輸送空氣的風(fēng)機(jī)能耗。同時(shí)，在精準(zhǔn)冷卻方面，液冷冷卻要比風(fēng)冷冷卻更具優(yōu)勢。”張歡分析說，“液冷技術(shù)不僅可減少風(fēng)機(jī)帶來的噪聲污染，冷卻設(shè)備后的液體溫度約為50到60攝氏度，其可作為周邊建筑供應(yīng)生活熱水或用于冬季供暖，大大提高了能量利用率，達(dá)到精準(zhǔn)冷卻、降低能耗的目的。”

技術(shù)早已落地，或于5G時(shí)代被大規(guī)模應(yīng)用

張歡表示，作為一項(xiàng)較為成熟的冷卻技術(shù)，液冷技術(shù)早已“飛入尋常百姓家”，目前在航空航天、汽車等領(lǐng)域得到了大規(guī)模應(yīng)用。

20世紀(jì)30年代的液冷V型發(fā)動機(jī)以及美國F-18軍用機(jī)載設(shè)備，都采用了微通道液冷系統(tǒng);“阿波羅”航天計(jì)劃的產(chǎn)物之一——液冷服，它可使航天員在艙外活動期間不受溫度高低起伏的影響……

液冷技術(shù)在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的應(yīng)用也早已有之。1964年至1990年，全球大部分大型主機(jī)采用的冷卻方式都是液冷;2008年4月，IBM展示了其首個采用水冷技術(shù)的超級計(jì)算機(jī)Power 575，其中包含14個內(nèi)置水冷管道的服務(wù)器;在2009年國際超級計(jì)算機(jī)大會上，綠色革命冷卻技術(shù)公司推出了礦物油冷卻技術(shù)，利用比熱容是空氣1200倍的一種礦物油對服務(wù)器進(jìn)行冷卻，使冷卻耗能最高節(jié)省95%……

張歡認(rèn)為，若采用液冷技術(shù)，5G基站將具有更好的控溫環(huán)境。“相信在不久后，隨著5G時(shí)代的到來，液冷技術(shù)將在國內(nèi)的基站建設(shè)中得到大規(guī)模應(yīng)用。”她說。