诺基亚为5G基站配液冷散热：碳排放减少80%，我们带大家深度回顾和解析这项技术原理

诺基亚为5G基站配液冷散热：碳排放减少80%，我们带大家深度回顾和解析这项技术原理

据外媒报道，保持智能手机正常工作的基站正在向液体冷却的方向发展。

令人惊讶的是，这些可以拍照、浏览互联网和打电话的袖珍设备却需要依赖于“基站”网络来运行。

这些基站使用天线发送和接收无线电波。这一点很重要，因为没有无线电波的流动，移动通信就不能正常工作。

传统上，基站是通过风扇系统来冷却的。而诺基亚则别出心裁，开发出了液冷技术。诺基亚高管哈里·库萨（Harry Kuosa）表示：“传统上，基站是通过空气流动来冷却的，而诺基亚的这项创新是利用液体作为冷却剂。”

库萨还补充说，液体能比空气更有效地散发基站的热量。总之，诺基亚这套液冷系统可将能耗降低约30%，将二氧化碳排放量减少80%。

据报道，该液冷基站系统有三大优势：

•省电30%，二氧化碳排放量减少了80％

•移除了空调和风扇，大大降低了基站运行噪音

•可回收基站排放的废热，二次应用于公寓大楼的供暖系统

诺基亚去年12月曾，通过与Elisa和Efore公司合作，已在芬兰赫尔辛基的一栋公寓大楼里部署了全球首个液冷基站系统。

诺基亚网络公司(Nokia Networks)的哈里-库萨(Harry Kuosa)表示：“传统上，基站是通过空气流动来降温的。诺基亚的这项创新技术则使用液体作为冷却剂。”

他还补充说，液体能比空气更有效地带走基站的热量。

库萨解释说，这意味着基站不需要空调和风扇等冷却系统，这将减少30%的能源消耗和80%的二氧化碳排放。

2018年12月，诺基亚宣布，它与Elisa和Efore公司合作在赫尔辛基公寓楼“部署了一个商用液体冷却基站”。

诺基亚表示，基站发出的热量已被重新定向，用于为大楼供暖，这有助于降低能源成本。

在未来的能源效率方面，联网和智能设备将发挥重要作用。

“我认为，我们首先要看到的是虚拟现实眼镜。”剑桥大学制造业研究所工业可持续性研究主管史蒂夫-埃文斯(SteveEvans)表示。

“我们不是为了让你的孩子使用这些虚拟现实眼镜来玩游戏。相反，我们将能够用这些虚拟现实眼镜来观察我们的工厂，看到无处不在的能量流动。我们将知道这些能量有没有被用来创造价值，并据此采取相应的行动。”

众所周知，降低数据中心能耗是业界一直追求的目标。海量数据处理产生大量废热，为了保障设备在恒定的温度下稳定运行，制冷系统是数据中心的耗电大户，为此，数据中心已经历了从风冷向水冷再到自然冷却等技术演进。

移动通信网络的基站，同样担当着处理和传输海量数据的重任，但自从诞生以来，一直采用传统的空调制冷方式。

面向5G万物互联时代，海量设备联网，数据流量需求持续猛增，网络负荷大幅增长，基站耗电与排放问题日趋严重，因此，基站的制冷系统也需要像数据中心一样不断改进。

什么需要液冷？

基站电费，可能是移动运营商当下最头痛的问题。

在移动通信网络中，基站是耗电大户，大约80%的能耗来自广泛且密集分布的基站。据统计，基站电费至少占据运营商OPEX支出的15%。在一些国家，基站电费占据了基站总成本的50%。

如今，基站设备价格在不断下降，运维服务费用也在不断下降，而随着基站数量和网络负荷的增加，基站电费却在不断攀升，这显然与当下运营商降低OPEX的主调不一致。

粗略统计，基站耗电主要由三部分组成：基站主设备能耗、供配电能耗和制冷能耗。

其中，如上图，空调制冷能耗占据了基站总能耗的30%左右。

在我国，很多偏远地区的基站仅是为了保障覆盖，话务量和流量极低，但空调制冷系统常年运行，估计空调制冷能耗占据了基站总能耗的50%以上。

基站耗电非常厉害，相对于数据中心，估计基站更耗电。

基站设备的内部结构主要包含：BBU、射频（RF）单元、功率放大器（PA）、天线接口等，BBU负责数据计算和处理，功率放大器（PA）和射频（RF）部分负责数据的无线传输。

也就是说，基站不但有处理数据的“计算功耗”，还有功率放大器（PA）和射频（RF）部分所产生的“传输功耗”，而功率放大器功耗有一半以上作为废热而损失。

而随着从2G到5G不断演进，旧设备不能淘汰，新设备不断添加，多网共存，基站耗电量不断上升。据统计4G时代新增LTE设备后，基站耗电量增加约20%，未来新增5G设备后，必然会进一步增加耗电量。

网络技术在不断演进，设备在不断更新，但基站的制冷系统30多年来几乎一成不变，还是采用传统空调，而由于空气的容积热容量大约比水小4000倍，与液冷系统相比，传统的空气冷却系统能效太低。

基站需要更先进的制冷系统。

液冷基站的原理是什么？

诺基亚只是发布了一个新闻公告，并没有公布其液冷基站的原理。

我们只能抱着对技术的探索精神，广查资料，试着来解读一下其原理。

根据我们了解的情况，诺基亚贝尔实验室早在几年前就在研发液冷基站。在2017年的MWC上，诺基亚就曾展示过贝尔实验室的液冷基站技术。

先睹为快…

但只是目睹了真容，里面的原理不得而知。

2015年，诺基亚曾和运营商Orange进行过液冷基站实验，里面的一些细节有点意思…

如上图，该实验系统主要有热交换构件、水箱以及水泵等组成一套冷却循环散热装置，用液冷的方式代替基站空调。

由于冷却液需流经设备的热源的接热面，需要对基站设备（比如射频和功放模块）进行改造，比如加装冷却液流道，以更加靠近热源，减少冷媒输送能耗，提升冷却效率。

液冷技术不只是比空气冷却更节省能耗，它还利于二次利用基站排放的废热。由于采用液冷技术输出的热水温度约为50-60°C，很多基站都安装在建筑楼上或与建筑物相邻，它可以用于生活热水供应，甚至供暖，二次应用的价值远远高于废气。

诺基亚官网就提到，该冷却基站可回收废热，二次应用于公寓大楼的供暖系统。

甚至，我们还看到，有机构正在研究利用液冷基站的热水回收，通过膜蒸馏技术来对水进行净化处理。