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5G網絡廢熱多,但用它取暖尚不現實

科技日報 2020-01-22 作者:張 蘊

  近日據報道,德國能源巨頭意昂集團最近發布的一份研究報告顯示,5G網絡將大幅增加數據中心的耗電量,由此產生的廢熱可用于市政供暖。

  那么,5G網絡為何會使耗電量激增?我們又該如何收集、利用這些廢熱?針對上述問題,科技日報記者采訪了業內相關專家。

  通信網絡設備占耗電大頭

  “5G網絡大幅增加了數據中心的耗電量,這主要由于其通信網絡、電源、環境調控等設備耗費了較多的電量。”中國科學院工程熱物理研究所副所長、研究員陳海生對科技日報記者說,占耗電量大頭的,是通信網絡設備,它主要由基帶處理單元(BBU)和有源天線處理單元(AAU)組成。BBU主要負責處理基帶數字信號,AAU主要負責將基帶數字信號轉為模擬信號,再調制成高頻射頻信號,然后通過功放單元(PA)放大至足夠功率后,由天線將信號發射出去。與傳統網絡相比,5G通信網絡設備的AAU耗電量更大。

  “例如,某通信運營商在廣州、深圳對不同廠家5G基站功耗的測試結果顯示,在4G網絡中,AAU滿載時的耗電量是289.7瓦,換成5G網絡,其耗電量就升至1127.3瓦;5G通信網絡設備耗電量基本是4G的2倍至3倍。”中國科學院工程熱物理研究所研究員王亮在接受科技日報記者采訪時說。

  “2018年,全國范圍內的數據中心共‘吃’掉了1608.89億千瓦時的電量。”北京工業大學環境與能源工程學院研究員吳玉庭在接受科技日報記者采訪時表示,相比4G網絡,5G網絡數據中心使用了更多的中央處理器(CPU),耗電量也會隨之增加。5G網絡數據中心運行的中央處理器及內存,會產生較多熱量。這些熱量如不能被及時“帶走”,會導致中央處理器和內存溫度不斷升高,進而可能導致相關設備受損。

  此外,陳海生補充道,5G基站的信號覆蓋面積要遠小于4G基站。要達到相同的覆蓋效果,5G基站數量需要是4G的1.5倍至2倍,這也導致5G網絡的耗電量進一步增加。

  廢熱溫度或難達到供暖標準

  “從目前已有的5G網絡耗電量資料來分析,相關廢熱主要從通信網絡、環境調控、電源等設備中來。其中,通信網絡設備是廢熱最主要的來源,特別是其組成部分——AAU設備,它是產生廢熱的‘大戶’。”王亮說,在AAU設備中,其功放單元是最耗電、效率最低的器件。據統計,AAU設備的功放單元消耗了通信網絡設備40%到50%的用電量,且一半以上的用電量都產生了廢熱。

  我們該如何收集這些廢熱呢?

  “可以用空氣、水等換熱介質收集5G網絡廢熱。”陳海生對記者說,空氣收集方式,是利用肋片、熱管等裝置將廢熱進行傳導,空氣流過這些裝置時就會“帶走”廢熱,以實現廢熱的收集。而水收集方式,是利用基站室內熱空氣流過空氣—水換熱器,將廢熱傳遞給水,進而實現廢熱收集;也可在基站設備中增加換熱管道,水在換熱管道內流動,就可吸收由設備產生的廢熱。

  那么,目前能否將收集到的廢熱,用于市政供暖呢?

  “理論上可行,但實際操作存在很大難度。”王亮對記者說,首先,5G網絡設備的廢熱主要來源于AAU設備,而AAU位于室外通信鐵塔上,如何高效收集其產生的廢熱,目前來看是比較難解決的問題;其次,市政供暖熱對溫度要求較高,通常要在70攝氏度到120攝氏度之間,而工業級電子元器件一般能耐受的溫度不超過85攝氏度,網絡設備的廢熱溫度目前可能難以達到市政供暖標準。

  “目前,市政供暖主要有熱空氣、熱水和蒸汽這幾種方式。”中國科學院工程熱物理研究所凌浩恕博士對科技日報記者表示,熱空氣供暖方案,是利用加熱設備產生熱空氣直接送入建筑進行供暖,技術原理簡單。熱水供暖方案,主要是利用熱泵、供熱鍋爐等產生熱水,再結合風機盤管、散熱器、輻射地板進行供暖,是我國最常用的供暖方式。蒸汽供暖方案,則是利用電廠水蒸氣進行供暖,可以滿足多種用熱需要;這種方式的適用范圍廣,常被用于工業廠區供暖。

  “目前來看,這幾種市政供暖方式,很難‘兼容’由5G網絡所產生的廢熱。若想有效利用5G廢熱,還需要從技術上對其進行深入研究。”凌浩恕對記者說。

責任編輯:王超

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