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5G网络废热多,但用它取暖尚不现实

来源:科技日报2020-01-22 09:34

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  近日据报道,德国能源巨头意昂集团最近发布的一份研究报告显示,5G网络将大幅增加数据中心的耗电量,由此产生的废热可用于市政供暖。

  那么,5G网络为何会使耗电量激增?我们又该如何收集、利用这些废热?针对上述问题,科技日报记者采访了业内相关专家。

  通信网络设备占耗电大头

  “5G网络大幅增加了数据中心的耗电量,这主要由于其通信网络、电源、环境调控等设备耗费了较多的电量。”中国科学院工程热物理研究所副所长、研究员陈海生对科技日报记者说,占耗电量大头的,是通信网络设备,它主要由基带处理单元(BBU)和有源天线处理单元(AAU)组成。BBU主要负责处理基带数字信号,AAU主要负责将基带数字信号转为模拟信号,再调制成高频射频信号,然后通过功放单元(PA)放大至足够功率后,由天线将信号发射出去。与传统网络相比,5G通信网络设备的AAU耗电量更大。

  “例如,某通信运营商在广州、深圳对不同厂家5G基站功耗的测试结果显示,在4G网络中,AAU满载时的耗电量是289.7瓦,换成5G网络,其耗电量就升至1127.3瓦;5G通信网络设备耗电量基本是4G的2倍至3倍。”中国科学院工程热物理研究所研究员王亮在接受科技日报记者采访时说。

  “2018年,全国范围内的数据中心共‘吃’掉了1608.89亿千瓦时的电量。”北京工业大学环境与能源工程学院研究员吴玉庭在接受科技日报记者采访时表示,相比4G网络,5G网络数据中心使用了更多的中央处理器(CPU),耗电量也会随之增加。5G网络数据中心运行的中央处理器及内存,会产生较多热量。这些热量如不能被及时“带走”,会导致中央处理器和内存温度不断升高,进而可能导致相关设备受损。

  此外,陈海生补充道,5G基站的信号覆盖面积要远小于4G基站。要达到相同的覆盖效果,5G基站数量需要是4G的1.5倍至2倍,这也导致5G网络的耗电量进一步增加。

  废热温度或难达到供暖标准

  “从目前已有的5G网络耗电量资料来分析,相关废热主要从通信网络、环境调控、电源等设备中来。其中,通信网络设备是废热最主要的来源,特别是其组成部分——AAU设备,它是产生废热的‘大户’。”王亮说,在AAU设备中,其功放单元是最耗电、效率最低的器件。据统计,AAU设备的功放单元消耗了通信网络设备40%到50%的用电量,且一半以上的用电量都产生了废热。

  我们该如何收集这些废热呢?

  “可以用空气、水等换热介质收集5G网络废热。”陈海生对记者说,空气收集方式,是利用肋片、热管等装置将废热进行传导,空气流过这些装置时就会“带走”废热,以实现废热的收集。而水收集方式,是利用基站室内热空气流过空气—水换热器,将废热传递给水,进而实现废热收集;也可在基站设备中增加换热管道,水在换热管道内流动,就可吸收由设备产生的废热。

  那么,目前能否将收集到的废热,用于市政供暖呢?

  “理论上可行,但实际操作存在很大难度。”王亮对记者说,首先,5G网络设备的废热主要来源于AAU设备,而AAU位于室外通信铁塔上,如何高效收集其产生的废热,目前来看是比较难解决的问题;其次,市政供暖热对温度要求较高,通常要在70摄氏度到120摄氏度之间,而工业级电子元器件一般能耐受的温度不超过85摄氏度,网络设备的废热温度目前可能难以达到市政供暖标准。

  “目前,市政供暖主要有热空气、热水和蒸汽这几种方式。”中国科学院工程热物理研究所凌浩恕博士对科技日报记者表示,热空气供暖方案,是利用加热设备产生热空气直接送入建筑进行供暖,技术原理简单。热水供暖方案,主要是利用热泵、供热锅炉等产生热水,再结合风机盘管、散热器、辐射地板进行供暖,是我国最常用的供暖方式。蒸汽供暖方案,则是利用电厂水蒸气进行供暖,可以满足多种用热需要;这种方式的适用范围广,常被用于工业厂区供暖。

  “目前来看,这几种市政供暖方式,很难‘兼容’由5G网络所产生的废热。若想有效利用5G废热,还需要从技术上对其进行深入研究。”凌浩恕对记者说。(张 蕴)

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