CN102238763A - 基站能耗计算系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基站能耗计算系统及方法。该系统包括：数据采集模块，用于采集能耗参数；能耗计算模块，用于根据能耗参数，计算基站内的热平衡，获得基站能耗的分布。本发明将基站围护结构热工特性与基站内热源分布、空调采暖设备的选择、自然冷源的利用等诸因素涵盖在内，针对基站能耗问题进行系统分析评价，从多角度研究影响基站能耗的各种因素，可以达到了节能减排的目的。

Description

基站能耗计算系统及方法

技术领域

本发明涉及通信行业的通信电源技术领域，尤其涉及一种基站能耗计算方法及系统。

背景技术

建筑能耗的模拟分析使人们在对建筑物进行研究分析的时候获得了一个非常有力的辅助工具，这一工具使得反复的实验、多角度的分析成为相当容易实现的过程，丰富的数据结果为人们的分析工作提供有力的支持，人们只需设计模拟分析的模式和实例，借助模拟分析软件的帮助，就能获得极具价值的研究材料，这无疑大大缩短了研究成果的产生周期，也解除了实验对于科学研究的诸多限制。由于建筑本身的特点，建筑本体热特性的研究始终是非常重要的内容，然而由于建筑的复杂性，建筑热特性的实验研究和实测研究都是异常困难的，人们很难期望通过实测和实验获得十分准确并有普遍意义的结果。借助模拟分析方法，能够从本质上把握建筑本体的热特性，能够从多角度研究影响建筑热状况的各种因素，也能够在计算机上实验建筑物对于各种外界因素的响应特性，从而拓宽住宅建筑的研究视野并推动建筑的研究向纵深发展。

近年来利用计算机模拟手段对建筑物能耗进行分析评价的研究工作越来越受到关注。在模拟软件的开发研究方面，国外主要有美国的DOE-2、EnergyPlus等，日本的HASP，英国的ESP-r、Energy2等，瑞典的BKL，JULOTTA，芬兰的TASE，法国的CLIM2000等。其中最有名的EnergyPlus是真正的动态模拟软件，运行每一个时间步长都同时计算系统中参数，并且将计算的前一系统参数反馈迭代到下一个时间步长的计算，但Energyplus的模拟不稳定，容易不收敛，迭代误差常没办法收敛到5％内，且搭建系统需要太多的时间。DOE-2是解决大量的建筑体型、构造、设备性能甚至房间使用时间安排等输入的问题，并更新了HVAC系统分析模型，能耗计算、系统性能分析以及经济分析等的内核程序都比较成熟的软件，也是公认的建筑能耗分析结果最为准确的软件之一。在国内主要是清华大学的DeST(1995年前称BTP)模拟软件。到目前为止，从综合的角度出发，把围护结构热工特性设置、空调采暖设备的选择、自然冷源的利用等诸因素涵盖在内，针对通信基站的能耗问题进行系统的分析评价的研究尚未见到。

基站耗电占全公司总耗电的70％以上，电能消耗巨大，推进基站节能措施意义重大。随着我公司“绿色行动计划”的逐步开展，在基站改造及新建基站中已采取多项节电措施，但各项节能措施推广前主要通过试点方式验证，由于地理环境、基站围护结构、基站配置等条件不同，试点数据缺乏全面性和科学性，而且，对基站节电措施的应用效果缺少科学预测及后评价管理环节。

通信基站是通信系统的枢纽，其内部温湿度和洁净度等环境参数不仅直接影响着通信设备的可靠运行和使用寿命，更关系到通信的顺畅与安全。基站一般面积不大(大约10m²左右)，但内部散热强烈(一般在600-1200W)，属于全年不间断高负荷运行。因此，通信基站的空调降温及其运行管理始终是通信维护部门的工作重点之一。

在实现本发明过程中，发明人发现现有技术能耗分析方式中存在如下问题：都不是专门针对通信基站能耗预测评价，软件涉及内容一般比较庞杂，一方面增加了操作的复杂性，不利于开展通信行业的节能工作；另一方面，与通信基站能耗相关的数据库不足，增加了操作的困难性。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术能耗分析方式中专业化程度低的问题，提出一种基站能耗计算系统及方法，从本质上把握基站本体的热特性，从多角度研究影响基站能耗的各种因素，科学分析基站能耗分布现状。

为实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种基站能耗计算系统，包括：数据采集模块，用于采集能耗参数；能耗计算模块：用于根据所述能耗参数，计算基站内的热平衡，获得基站能耗的分布。

本技术方案中，能耗参数包括：基站体形参数、围护结构热工参数、基站设备能耗参数及气候特征参数。

本技术方案中，系统还包括：数据库模块，用于存储和分析数据采集模块收集的基站体形参数、围护结构热工参数、基站设备发热参数及气候特征参数。

本技术方案中，能耗计算模块具体还包括基站内热平衡计算子模块，用于根据基站设备发热量和壁表面热平衡计算基站内热平衡。其中，围护结构热工参数包括：房间内的热容量、房间内部的发热量、室内空气与壁面之间的对流传热量，和/或通风时由其他房间或室外进入或排出的热量，基站内热平衡计算子模块，基站内热平衡计算子模块的热平衡关系式为：

$\left[\begin{array}{cc}X& -C\\ -C^T& D\end{array}\right]\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\θ}}_{W,n}\\ {\mathrm{\θ}}_{R,n}\end{array}\right\}+\left[\begin{array}{cc}A(x_0-Z_1{y}_0)& 0\\ 0& H/\mathrm{\Δ}\end{array}\right]\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\θ}}_{W,n}\\ {\mathrm{\θ}}_{R,n}\end{array}\right\}=\left\{\begin{array}{c}A\left(Z_2\underset{j=0}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\stackrel{\‾}{y_j}\right\{\stackrel{\‾}{{\mathrm{\θ}}_{o,n-j}}\}-\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{x}_j\{{\mathrm{\θ}}_{W,n-j}\left\}\right)+Z_1\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{y}_j\left\{{\mathrm{\θ}}_{W,n-j}\right\}\\ \mathrm{\β}\left[\frac{a}{a^{\′}}\right]\mathrm{\Γ}\left\{S_{R,n}\right\}+A\left\{U_{W,n}\right\}\\ \left\{W_{R,n}\right\}+H{n}_o\left\{{\mathrm{\θ}}_{o,n}\right\}-H\left[s\right\{{\mathrm{\θ}}_{R,n-1}\}/\mathrm{\Δ}]\end{array}\right\}$

其中：G、C和D分别为以下计算式的简写；H为房间m空气热容量构成的N×N对角矩阵；n₀为以重量单位考虑的从室外到房间m的换气次数n(m，l₁)构成的L×L₁对角矩阵；Δ为计算时间间隔；x₀、x_j和y₀、y_j分别为吸热、贯流反应系数的第0项和第j项(j＞0)；

$\left\{\begin{array}{c}D={\mathrm{\Γ}}^{T}A{\mathrm{\α}}_c\mathrm{\Γ}+\mathrm{\ΣHn}+\mathrm{\Σ}{\mathrm{Hn}}_o\\ C={\mathrm{\Γ}}^{T}A{\mathrm{\α}}_c\\ X=(A{\mathrm{\α}}_c+\mathrm{A\κ\ϵ}-\mathrm{\κE}+A{q}_x)-A{Z}_1{q}_y=G+A{q}_x-A{Z}_1{q}_y\end{array}\right..$

本技术方案中，能耗计算模块具体还包括：设备发热量计算子模块，用于根据基站设备能耗参数，获取基站的发热量；和壁表面热平衡计算子模块，用于根据围护结构热工参数和气候特征参数，计算壁表面热平衡。其中，围护结构热工参数包括：建筑材料及保温材料的导热系数、密度、比热；气候特征参数包括：太阳辐射系数，壁表面热平衡计算子模块中，热平衡计算式为：

$(A{\mathrm{\α}}_c+\mathrm{A\κ\ϵ}-\mathrm{\κE}+A{q}_x)\left\{{\mathrm{\θ}}_W\right\}-A{\mathrm{\α}}_c\mathrm{\Γ}\left\{{\mathrm{\θ}}_R\right\}-A{Z}_1{q}_y\left\{{\mathrm{\θ}}_W\right\}=A{Z}_2\stackrel{\‾}{q_y}\left\{{\mathrm{\θ}}_o\right\}+\mathrm{\β}\left[\frac{a}{a^{\′}}\right]\mathrm{\Γ}\left\{S_R\right\}+A\left\{U_W\right\}$

其中，{θ_W}、{θ_R}、{θ_o}、{S_R}、{U_W}分别代表壁面温度θ_W、室温θ_R、室外温度θ_o、进入室内的太阳辐射量S_R、进入室内的太阳辐射之外的其他辐射量U_W的向量数组；Γ为判断函数的N×L矩阵，当壁面i属于房间m时＝1，否则＝0；Z₁、Z₂分别为z₁(i，j)和z₂(i，l’)的矩阵；E为壁面j针对壁面i的综合辐射吸收系数F_ij的N×N矩阵；q_x、q_y、

分别为壁面i的吸热响应q_x、壁面i与j互为同一面内墙的表里时的贯流响应q_y，ji、壁面i的对面为室外时的贯流响应q_y，j’i的矩阵；A为壁面面积A_i构成的N×N对角矩阵；α_c，i为壁面i的对流换热系数构成的N×N对角矩阵；κ为与室内平均绝对温度Tav的三次方相关的系数κ_m所构成的N×N对角矩阵；l’为代表室外侧的房间编号；L为建筑内房间的总数；L’为将室外空气也看作房间时的建筑内外房间总数；N为建筑的总壁面数；N_m为房间m内壁面数。

优选地，本技术方案中，基站能耗计算系统还可以包括：通风计算模块：当基站本身已经包括了强制通风系统时，包括：根据通风系统的风量进行基站能耗计算；或当基站本身不包含强制通风系统时，包括：根据用户输入基站气密性参数和基站通风的实测统计结果，计算自然通风值；通风与室温耦合模块，用于结合通风计算模块的结果与室温值进行耦合计算，通风与室温耦合模块中，进行网络通风与室温计算的耦合公式为：

$\left[\begin{array}{cc}-n[\frac{\mathrm{\Δ}\tilde{p}}{\tilde{G}}{]}_s& Z_3-Z_4\\ -Z_3^T& 0\end{array}\right]\left\{\begin{array}{c}\mathrm{dG}\\ \mathrm{dp}\end{array}\right\}=\left(\begin{array}{c}0\\ \underset{i=1}{\overset{K_l}{\mathrm{\Σ}}}{z}_3(i,l){\tilde{G}}_i\end{array}\right)$

其中，n为特性系数，与开口或缝隙的形状等有关，一般取值在1(层流)和2(湍流)之间；Z₃和Z₄分别为z₃(i，l)和z₄(i，m)的K₁×L矩阵(z₃(i，l)和z₄(i，m)为判断函数，当i＝j或i＝0时为1，其他情况时为0)。dG和dp分别为利用Newton-Raphson法进行收敛计算时，通过开口或缝隙i的质量流量G和开口两侧压力差Δp的两次迭代运算值之间的差值构成的K₁矩阵；

为开口两侧压力差近似值和质量流量近似值

的比值构成的K₁×K₁的对角矩阵。

本技术方案中，基站能耗计算系统还可以包括：函数回归分析模块，用于根据自动多元函数回归分析，得到基站能耗与各影响因素之间的多元函数回归方程：

H＝0.05+0.24φ-0.04φ²+0.029(φ·V)-0.078(T_w/T^*)+0.01(T_s/T^*)+0.044(H_w)

其中，复相关系数R＝0.979、决定系数R²＝0.958、标准误差＝0.042；自由度df＝6、离差平方和SS＝0.453、均方MS＝0.075、F值＝42.317、F值对应的显著性水平＝5.71×10^-7；标准回归P1＝2.33、P2＝2.37、P3＝0.11、P4＝0.24、P5＝0.87、P6＝0.02；式中H为基站全年总能耗(×10³kWh)；

为综合反映基站体形系数和围护结构相关的参数；V为基站内部通风换气次数(h^-1)；T_w和T_s分别为基站空调采暖和制冷设定温度(℃)；H_w为基站内单位面积散热量(W/m²)；T^*为反映当地气候条件的特征温度(℃)。

本技术方案中，基站能耗计算系统还可以包括：自学习模块，用于存储能耗计算模块的计算结果和配置优化模块的优化配置结果，供下次计算和配置及进行参考；和/或配置优化模块：用于根据各部门能耗的分布，优化围护结构热工参数，配置最佳通风量。

为实现上述目的，根据本发明的另一个方面，提供了一种基站能耗计算方法，包括：采集基站能耗参数；根据能耗参数，计算基站内的热平衡，获取基站能耗的分布。其中，能耗参数包括：基站体形参数、围护结构热工参数、基站设备发热参数及气候特征参数。

本技术方案中，采集基站能耗参数的步骤之后还包括：存储和分析基站体形参数、围护结构热工参数、基站设备能耗参数及气候特征参数。

本技术方案中，根据能耗参数，计算基站内的热平衡的步骤包括：根据基站设备发热量和壁表面热平衡，计算基站内热平衡。

本技术方案中，根据基站设备发热量和壁表面热平衡计算基站内热平衡的步骤之前还包括：根据基站设备能耗参数，获取基站的发热量；根据围护结构热工参数和气候特征参数，计算壁表面热平衡。

本技术方案中，当基站本身已经包括了强制通风系统时，包括：在进行基站全年能耗模拟时该通风系统风量作为已知参数代入计算；或当基站本身不包含强制通风系统时，包括：用户输入基站气密性相关的数据进行自然通风的计算，并进行网络通风与室温计算的耦合；根据基站通风的实测统计结果，给出自然通风计算值；结合通风计算模块的结果与室温值进行耦合计算。

本技术方案中，还包括：根据各部门能耗的分布，优化围护结构热工参数，配置最佳通风量。

本发明各实施例的基站能耗计算系统及方法，将基站围护结构热工特性与基站内热源分布、空调采暖设备的选择、自然冷源的利用等诸因素涵盖在内，针对基站能耗问题进行系统分析评价，从多角度研究影响基站能耗的各种因素，进行相应配置参数的优化。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明实施例一基站能耗计算系统的示意图；

图2为本发明实施例二壁面热辐射的示意图；

图3为本发明实施例六基站能耗计算方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行说明，应当理解，此处所描述的实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例一

图1为本发明实施例一基站能耗计算系统的示意图。如图1所示，基站能耗计算系统包括：

数据采集模块102(INPUT和CLIM)：用于采集能耗参数。具体来讲，用于通信基站的种类、尺寸、围护结构(墙体、窗体)热工性能、设备动态散热量、空调或通风方式的设定以及当地动态逐时气象数据(大气辐射考虑Brunt-山本计算式等)的采集和整理等；

能耗计算模块(STEPS)104：用于根据能耗参数，计算基站内的热平衡，获得基站能耗的分布。具体来讲，用于根据数据采集结果，进行建模以及建模前的数据矩阵初始化；实现室内空气热湿平衡与壁面热平衡(分别考虑墙体和门窗)的耦合计算、太阳辐射部分利用Hottel的相互辐射吸收理论、传热计算考虑对流面的变化(水平与垂直)，在此基础上计算通信基站围护结构能耗、基站用空调和采暖负荷、设备运行成本等；基站设备能耗，如开关电源，主设备，空调。

本实施例中，基站能耗计算系统还可以包括：配置优化模块106，用于根据各部门能耗的分布，优化围护结构热工参数，配置最佳通风量。

本实施例中，数据采集模块需要直接输入影响基站能耗的变量，主要包括：基站类型、尺寸、围护结构类型及厚度、基站内不同设备功耗、基站内设定温度、空调制冷/热cop、基站渗风率、基站窗体材料及智能通风量等。上述各参数可以采取数据库的格式，即根据输入变量建立软件数据库，主要包括基站种类、围护结构类型及热工特性、当地气象数据等内容。本实施例中，基站能耗计算系统还可以包括数据库模块108，用于存储和分析数据采集模块收集的基站体形参数、围护结构热工参数、基站设备发热参数及气候特征参数。

其中，基站类型主要包括：独立基站、非独立基站等种类，基站围护结构类型主要有各种常用建筑材料及保温材料的导热系数、密度、比热等内容；气象数据为全国各省主要城市年平均动态逐时气象数据阳光辐射系数。

本实施例的基站能耗计算方法及系统，将基站围护结构热工特性与基站内热源分布、空调采暖设备的选择、自然冷源的利用等诸因素涵盖在内，针对基站能耗问题进行系统分析评价，从多角度研究影响基站能耗的各种因素，进行相应配置参数的优化。

在分析基站全年动态能耗后，可以应用该系统的配置优化模块，对基站围护结构优化提出解决方案。该配置优化模块主要内容为：通过该优化模块可以为该基站计算出最优的围护结构导热系数，并可配置最优通风量，以达到全年基站空调能耗最低，达到最大化节能。

本实施例的基站能耗计算系统，将基站围护结构热工特性与基站内热源分布、空调采暖设备的选择、自然冷源的利用等诸因素涵盖在内，针对基站能耗问题进行系统分析评价，从多角度研究影响基站能耗的各种因素，进行相应配置参数的优化，达到了节能减排的目的。

实施例二

本实施例对基站能耗计算系统的能耗计算模块进行详细描述。能耗计算模块包括：基站内热平衡计算子模块，用于根据基站设备发热量和壁表面热平衡计算基站内热平衡。本实施例中，能耗计算模块还可以包括：设备发热量计算子模块，用于根据基站设备能耗参数，获取基站的发热量；和壁表面热平衡计算子模块，用于根据围护结构热工参数和气候特征参数，计算壁表面热平衡。

设备发热量计算子模块：用于计算无线设备、电源、蓄电池的发热量。具体来讲：1)首先分析基站各部分热源组成，基站内热源主要由主设备、电源设备、蓄电池等几部分组成，影响开关电源发热量的因素有：设备品牌、型号及使用年限(计算得到设备的运行效率)、设备容量、基站所在地的话务量等因素，计算设备发热量。2)基站内电源设备的发热量主要受到电源设备的效率影响，包括：开关电源设备的效率、DC/DC变换器效率、DC/AC变换器效率；而影响各设备效率的因素包括：设备品牌、型号、使用年限、容量、负载率；3)基站蓄电池的发热量较小，仅在蓄电池充放电的时候产生部分热量，可根据不同品牌、容量、充放电时长计算得出。

壁表面热平衡计算子模块：用于不透明墙体的太阳辐射计算；和/或透明体墙体的太阳辐射计算；基站内热平衡计算子模块：根据房间内部的发热量、室内空气与壁面之间的对流传热量，和/或通风时由其他房间或室外进入或排出的热量，计算基站内空气的热平衡。该计算模块是对多个房间构成的基站作为分析对象，包括房间内部自身的发热量、室内空气与壁面之间的对流传热量、通风时由其他房间或室外进入或排出的热量等几部分数据进行分析耦合，计算出对基站能耗的影响因素。

a.壁表面热平衡计算子模块的计算步骤如下：

首先以Hottel的辐射理论为基础进行封闭空间内壁面间的相互辐射计算。设房间m的壁面i的绝对温度为T_i(K)，如果其他各壁面绝对温度为T_j＝0(i≠j)的话，从壁面i出发的辐射热A_iε_iσT_i ⁴中有F_ij/ε_i的部分，即A_iF_ij(σT_i ⁴)到达壁面j并被吸收。其中F_ij被称为综合辐射吸收系数，根据辐射的互换特性，以下公式成立：

$\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{F}_{\mathrm{ij}}={\mathrm{\ϵ}}_i$

A_iF_ij＝A_jF_ij

式中ε_i为壁面i的辐射率(-)；A_i、A_j分别为壁面i和j的表面积(m²)。F_ij可以理解为从壁面i发出的强度为ε_i的辐射热中，被单位面积的壁面j吸收的部分。

由相互辐射原理，壁面i上单位面积吸收的总辐射热R_i为：

$R_i=\mathrm{\σ}\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{F}_{\mathrm{ij}}(T_j^4-T_i^4)$

式中σ为斯蒂芬-波尔兹曼常数(＝5.67×10^-8W/m²/K⁴)。

为简化计算，再引入室内平均绝对温度T_av的概念，上式可以近似地转化为线性形式：

$R_i=4\mathrm{\σ}{T}_{\mathrm{av}}^3\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{F}_{\mathrm{ij}}({\mathrm{\θ}}_j-{\mathrm{\θ}}_i)=k\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{F}_{\mathrm{ij}}({\mathrm{\θ}}_j-{\mathrm{\θ}}_i)$

式中k为与室内平均绝对温度T_av的三次方相关的系数(W/m²K)，θ_i为壁面i的表面温度(℃)。

以上为不透明墙体的相互辐射计算。对于透过窗户的太阳辐射计算，首先设照射在玻璃面上的太阳光强度为I_g(W/m²)，则透过玻璃进入室内的太阳辐射量S(W)为：

S＝τ_gA_gI_g

式中τ_g为玻璃的透过率(-)；A_g为玻璃面积(m²)。

设玻璃面i的太阳辐射吸收率为a_i(-)，太阳太阳光透射后除了被该表面吸收的部分a_iS/A_i外，单位面积上再次放出的能量为(1-a_i)S/A_i。从壁面i辐射出的这部分能量根据Hottel的相互辐射理论还要被其他各面吸收，其中壁面j的吸收辐射量为(1-a_i)SF_ij/a_i，其占吸收的太阳辐射量比率β_j为：

β_j＝F_ij(1-a_i)/a_i

另外，对玻璃面i自身来说，除相互辐射外，已有a_iS部分在最初阶段被该面吸收，故其吸收辐射量占吸收的太阳辐射量比率β_i为：

β_i＝a_i+F_ii(1-a_i)/a_i

图2为本发明实施例二壁面热辐射的示意图。如图2所示，对于壁面i来说，除各壁面间的相互长波辐射引起的传热r、以及透过窗的太阳辐射得热w外，还通过对流c、热传导p等方式与室内空气进行热交换，其热平衡关系如下式所示：

c+r+p＝w

i壁面的热平衡，展开后可得：

${\mathrm{\α}}_{c,i}({\mathrm{\θ}}_{W,i}-{\mathrm{\θ}}_m)+k_m\underset{k=1}{\overset{N_m}{\mathrm{\Σ}}}{F}_{\mathrm{ik},m}({\mathrm{\θ}}_{W,i}-{\mathrm{\θ}}_{W,k})+(q_{x,i}{\mathrm{\θ}}_{W,i}-\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{z}_1(i,j)q_{y,\mathrm{ji}}{\mathrm{\θ}}_{W,j}-\underset{l^{\′}=L+1}{\overset{L^{\′}}{\mathrm{\Σ}}}{z}_2(i,l^{\′})q_{y,j^{\′}i}({\mathrm{\θ}}_o+\frac{{\mathrm{\α}}_{j^{\′}}}{{\mathrm{\α}}_o}{I}_{j^{\′}}))=$

$({\mathrm{\β}}_i/A_i)S_m+U_{W,i}$

式中α_c，i为壁面i的对流换热系数(W/m²K)；θ_W，i为壁面i温度(℃)；θ_m为房间m内空气温度(℃)；q_x，i为壁面i的吸热响应(W/m²)；q_y，ji为壁面i与j互为同一面内墙的表里时的贯流响应(W/m²)；q_y，j’i为壁面i的对面为室外(为表达统一起见，下文中室外均以0表示)时的贯流响应(W/m²)；z₁(i，j)和z₂(i，l’)为判断函数，当i＝j或i＝0时为1，其他情况时为0；θ_o为室外温度(℃)；α_o为室外侧的综合换热系数(W/m²)；U_W，i为壁面i单位面积吸收的太阳辐射以外的直射辐射量(W/m²)；S_m为进入房间m的太阳辐射量(W/m²)；I_j’为室外侧壁表面j’的太阳辐射强度(W/m²)；l’为代表室外侧的房间编号(-)；L为建筑内房间的总数(-)；L’为将室外空气也看作房间时的建筑内外房间总数(-)；N为建筑的总壁面数(-)；N_m为房间m内壁面数(-)。

如果壁面i为窗体，由于窗玻璃很薄，热容量可以忽略不计，传热过程近似地按照稳态传热方法来计算：

${\mathrm{\α}}_{c,i}({\mathrm{\θ}}_{W,i}-{\mathrm{\θ}}_m)+\underset{k=1}{\overset{N_m}{\mathrm{\Σ}}}{F}_{\mathrm{ik},m}({\mathrm{\θ}}_{W,i}-{\mathrm{\θ}}_{W,k})+K^{\′}({\mathrm{\θ}}_{W,i}-\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{z}_1(i,j){\mathrm{\θ}}_{W,j}-\underset{l^{\′}=L+1}{\overset{L^{\′}}{\mathrm{\Σ}}}{z}_2(i,j)({\mathrm{\θ}}_o+\frac{{\mathrm{\α}}_{j^{\′}}}{{\mathrm{\α}}_o}{I}_{j^{\′}}))=$

$({\mathrm{\β}}_i/A_i)(a_i/a_i^{\′})S_m+U_{W,i}$

式中K’为窗的传热系数(W/m²K)。

综上，基站内各房间所有壁面的热平衡关系式均可表示为下式，其构成的方程组用矩阵形式表示得：

$(A{\mathrm{\α}}_c+\mathrm{A\κ\ϵ}-\mathrm{\κE}+A{q}_x)\left\{{\mathrm{\θ}}_W\right\}-A{\mathrm{\α}}_c\mathrm{\Γ}\left\{{\mathrm{\θ}}_R\right\}-A{Z}_1{q}_y\left\{{\mathrm{\θ}}_W\right\}=A{Z}_2\stackrel{\‾}{q_y}\left\{{\mathrm{\θ}}_o\right\}+\mathrm{\β}\left[\frac{a}{a^{\′}}\right]\mathrm{\Γ}\left\{S_R\right\}+A\left\{U_W\right\}$

式中{θ_W}、{θ_R}、{θ_o}、{S_R}、{U_W}分别代表θ_W、θ_R、θ_o、S_R、U_W的向量数组；Γ为判断函数的N×L矩阵，当壁面i属于房间m时＝1，否则＝0；Z₁、Z₂分别为z₁(i，j)和z₂(i，l’)的矩阵；E为F_ij的N×N矩阵；q_x、q_y、

分别为q_x、q_y，ji、q_y，j’i的矩阵。

b.基站内热平衡计算子模块中计算原理如下：

对于由多房间构成的基站来说，房间m内空气的热平衡计算式为：

$H_m(s{\mathrm{\θ}}_m-{\mathrm{\θ}}_m\left(0\right))=W_m-\underset{i=1}{\overset{\mathrm{Nm}}{\mathrm{\Σ}}}{A}_i{\mathrm{\α}}_{c,i}({\mathrm{\θ}}_m-{\mathrm{\θ}}_{W,i})+H_m\underset{l=0}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}n(m,l){\mathrm{\θ}}_l-\underset{l=0}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{H}_{l}n(l,m){\mathrm{\θ}}_m+H_m\underset{l_1=L+1}{\overset{L+L_1}{\mathrm{\Σ}}}{n}_o(m,l_1){\mathrm{\θ}}_{o,l}$

$-\underset{l_1=L+1}{\overset{L+L_1}{\mathrm{\Σ}}}{H}_m{n}_o(l_1,m){\mathrm{\θ}}_m$

上式中左边表示H_mdθ_m(t)/dt的Laplace变换形式，右边各项的意义分别为房间内部自身的加热量、室内空气与壁面之间的对流传热量、通风时由其他房间或室外进入或排出的热量(W)。其中H_m为房间m的热容量(J/K)；n(m，l)、n(m，l₁)分别为以重量单位考虑的从其他房间l到房间m的换气次数、以重量单位考虑的从室外(房间号l₁)到房间m的换气次数；W_m为房间m内的加热量(W)。

对所有房间(m＝1，2，...，L)而言，上式可整理为以下用矩阵形式表示的方程组：

-Γ^TAα_c{θ_W}+(Γ^TAα_cΓ+∑Hn+∑Hn_o){θ_R}-Hn{θ_R}＝{W_R}+Hn_o{θ_o}-H[s{θ_R}-θ_R(0)]

式中H为H_m构成的L×L对角矩阵；n、n_o分别为n(m，l)和n_o(m，l₁)的L×L和L×L₁矩阵。

利用上述两式可以构造出整个基站内部热计算的连立方程组，未知数为各室室温和各室内部各壁面温度。

$\left[\begin{array}{cc}X& -C\\ -C^T& D\end{array}\right]\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\θ}}_W\\ {\mathrm{\θ}}_R\end{array}\right\}=\left\{\begin{array}{c}A{Z}_2\stackrel{\‾}{q_y}\left\{{\mathrm{\θ}}_o\right\}+\mathrm{\β}\left[\frac{a}{a^{\′}}\right]\mathrm{\Γ}\left\{S_R\right\}+A\left\{U_W\right\}\\ \left\{W_R\right\}+{\mathrm{Hn}}_o\left\{{\mathrm{\θ}}_o\right\}-H\left[s\right\{{\mathrm{\θ}}_R\}-{\mathrm{\θ}}_R\left(0\right)]\end{array}\right\}$

式中：

其中G为X计算式中的常数项。将上式右端的{θ_R}移至左端并将X展开后可得：

$\left[\begin{array}{cc}G& -C\\ -C^T& D\end{array}\right]\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\θ}}_W\\ {\mathrm{\θ}}_R\end{array}\right\}+\left[\begin{array}{cc}A(q_x-Z_1{q}_y)& 0\\ 0& 0\end{array}\right]\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\θ}}_W\\ {\mathrm{\θ}}_R\end{array}\right\}=\left\{\begin{array}{c}A{Z}_2\stackrel{\‾}{q_y}\left\{{\mathrm{\θ}}_o\right\}+\mathrm{\β}\left[\frac{a}{a^{\′}}\right]\mathrm{\Γ}\left\{S_R\right\}+A\left\{U_W\right\}\\ \left\{W_R\right\}+H{n}_o\left\{{\mathrm{\θ}}_o\right\}-H\left[s\right\{{\mathrm{\θ}}_R\}-{\mathrm{\θ}}_R\left(0\right)]\end{array}\right\}$

上式改写为时间函数式，并作逆变换后得：

$\left[\begin{array}{cc}G& -C\\ -C^T& D\end{array}\right]\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\θ}}_W\left(t\right)\\ {\mathrm{\θ}}_R\left(t\right)\end{array}\right\}+\left\{\begin{array}{c}A\left({\∫}_0^t\right[q_x(t-\mathrm{\τ})\left]\right\{{\mathrm{\θ}}_W\left(\mathrm{\τ}\right)\}\mathrm{d\τ}-Z_1{\∫}_0^t[q_y(t-\mathrm{\τ})\left]\right\{{\mathrm{\θ}}_W\left(\mathrm{\τ}\right)\left\}\mathrm{d\τ}\right)\\ 0\end{array}\right\}$

$=\left\{\begin{array}{c}A{Z}_2{\∫}_0^t\stackrel{\‾}{q_y}(t-\mathrm{\τ})\left\{\stackrel{\‾}{{\mathrm{\θ}}_o\left(\mathrm{\τ}\right)}\right\}\mathrm{d\τ}+\mathrm{\β}\left[\frac{a}{a^{\′}}\right]\mathrm{\Γ}\left\{S_R\left(t\right)\right\}+A\left\{U_W\left(t\right)\right\}\\ \left\{W_R\left(t\right)\right\}+{\mathrm{Hn}}_o\left\{{\mathrm{\θ}}_o\left(t\right)\right\}-H\{d{\mathrm{\θ}}_R\left(t\right)/\mathrm{dt}\}\end{array}\right\}$

由反应系数法可知，吸热和贯流的反应系数x、y可用以下各式表示：

$\left\{\begin{array}{c}{x}_j=\frac{1}{\mathrm{\Δ}}{\∫}_{\mathrm{j\Δ}}^{(j+1)\mathrm{\Δ}}{f}_x\left(t\right)\mathrm{dt}-\frac{1}{\mathrm{\Δ}}{\∫}_{(j-1)\mathrm{\Δ}}^{\mathrm{j\Δ}}{f}_x\left(t\right)\mathrm{dt}(j>1)\\ x_0=\frac{1}{\mathrm{\Δ}}{\∫}_0^{\mathrm{\Δ}}{f}_x\left(t\right)\mathrm{dt}\\ y_j=\frac{1}{\mathrm{\Δ}}{\∫}_{\mathrm{j\Δ}}^{(j+1)\mathrm{\Δ}}{f}_y\left(t\right)\mathrm{dt}-\frac{1}{\mathrm{\Δ}}{\∫}_{(j-1)\mathrm{\Δ}}^{\mathrm{j\Δ}}{f}_y\left(t\right)\mathrm{dt}(j>1)\\ y_0=\frac{1}{\mathrm{\Δ}}{\∫}_0^{\mathrm{\Δ}}{f}_y\left(t\right)\mathrm{dt}\end{array}\right.$

式中：Δ为时间间隔(s)；x_j、y_j分别为吸热、贯流反应系数的第j项(W/m²℃)；f_x(t)、f_y(t)分别为吸热和贯流响应的Laplace变换中的原函数，即：

$\left\{\begin{array}{c}{q}_x\left(t\right)={\mathrm{df}}_x\left(t\right)/\mathrm{dt}\\ q_y\left(t\right)={\mathrm{df}}_y\left(t\right)/\mathrm{dt}\end{array}\right.$

通过数学上的近似处理，上式中与q_x(t)有关的积分项可转化为如下求和级数的形式，详细推导过程从略：

${\∫}_0^t{q}_x(t-\mathrm{\τ}){\mathrm{\θ}}_W\left(\mathrm{\τ}\right)\mathrm{d\τ}={\∫}_0^t{f}_x\left(\mathrm{\τ}\right){\mathrm{\θ}}_W(t-\mathrm{\τ})\mathrm{d\τ}=\underset{j=0}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{x}_j{\mathrm{\θ}}_{W,n-j}$

整理上述各式，对t按照nΔ进行时间离散后可得：

$\left[\begin{array}{cc}G& -C\\ -C^T& D\end{array}\right]\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\θ}}_{W,n}\\ {\mathrm{\θ}}_{R,n}\end{array}\right\}+\left[\begin{array}{cc}A(x_0-Z_1{q}_0)& 0\\ 0& H/\mathrm{\Δ}\end{array}\right]\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\θ}}_{W,n}\\ {\mathrm{\θ}}_{R,n}\end{array}\right\}=\left\{\begin{array}{c}A\left(Z_2\underset{j=0}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\stackrel{\‾}{y_j}\right\{\stackrel{\‾}{{\mathrm{\θ}}_{o,n-j}}\}-\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{x}_j\{{\mathrm{\θ}}_{W,n-j}\left\}\right)+Z_1\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{y}_j\left\{{\mathrm{\θ}}_{W,n-j}\right\}\\ \mathrm{\β}\left[\frac{a}{a^{\′}}\right]\mathrm{\Γ}\left\{S_{R,n}\right\}+A\left\{U_{W,n}\right\}\\ \left\{W_{R,n}\right\}+H{n}_o\left\{{\mathrm{\θ}}_{o,n}\right\}-H\left[s\right\{{\mathrm{\θ}}_{R,n-1}\}/\mathrm{\Δ}]\end{array}\right\}$

上式中的未知量为θ_W，n和θ_R，n，而系数矩阵和常数项矩阵中都是已知值，方程组可以求解。

本实施例对能耗计算模块的计算过程及根据进行了详细描述，具有实施例一的全部有益效果，此处不再重述。

实施例三

众所周知，在基站中，通风是必须要考虑的因素，因此本实施例基站能耗计算系统中，还可以包括通风计算模块。通风计算模块主要分两种情况，第一，基站本身已经包括了强制通风系统，在进行基站全年能耗模拟时该通风系统风量作为已知参数代入计算模块；第二，基站本身不包含强制通风系统，系统进一步提供两种计算方法：1)用户输入基站气密性相关的数据(缝隙或风口的尺寸、位置等)进行自然通风的详细计算；2)根据基站通风的实测统计结果，给出不同情况下简化的自然通风估算值，供用户参考使用。

其中，基站网络通风与室温计算的耦合的步骤中，对于基站来说，除风机带来的强制通风外，由于气密性等原因形成的自然通风也必须考虑。通过开口或缝隙的质量流量G和压差Δp的关系如下所示：

Δp＝aGⁿ

式中a的大小与一般开口或缝隙有关：

设基站共有K₁个开口，其中某一开口i(i＝1，2，...，K₁)属于房间l(l＝1，2，...，L)，其连接的另一侧为房间m(m＝1，2，...，l-1，l+1，l+2，...L+L2)。引入判断函数z₃(i，l)(即当开口i属于房间l时＝1，否则为零)和z₄(i，m)(即当开口i连接的另一侧为房间m时＝1，否则为零)。设房间i、m的基准压力为p₁、p_a，则开口处压差Δp_i为：

$\mathrm{\Δ}{p}_i=\underset{l=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{z}_3(i,l)p_l-\underset{m=1}{\overset{L+L_2}{\mathrm{\Σ}}}{z}_4(i,m)p_m$

利用上式，通过开口i从房间l流向房间m的空气质量流量为：

${\mathrm{aG}}_i^{n_i}=\underset{l=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{z}_3(i,l)p_l-\underset{m=1}{\overset{L+L_2}{\mathrm{\Σ}}}{z}_4(i,m)p_m$

上式用压力假定法处理，即给出G和P的初始值，然后用Newton-Raphson法求解。具体推导过程从略：

$-(n_i\mathrm{\Δ}{\tilde{p}}_i/{\tilde{G}}_i)+\underset{l=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{z}_3(i,l){\mathrm{dp}}_l-\underset{m=1}{\overset{L+L_2}{\mathrm{\Σ}}}{z}_4(i,m){\mathrm{dp}}_m=0$

式中

为求解的开口i处压差Δp_i的近似值(Pa)；

为求解的开口i处质量流量的近似值(kg/s)。dp_l、dp_m、dG的定义分别如下：

$\left\{\begin{array}{c}{p}_l={\tilde{p}}_l+{\mathrm{dp}}_l\\ p_m={\tilde{p}}_m+{\mathrm{dp}}_m\\ G_i={\tilde{G}}_i+{\mathrm{dG}}_i\end{array}\right.$

对于建筑物的所有开口均可列出上式，从而构成方程组，用矩阵形式可表述为：

$-n{\left[\frac{\mathrm{\Δ}\tilde{p}}{\tilde{G}}\right]}_s\left\{\mathrm{dG}\right\}+(Z_3-Z_4)\left\{\mathrm{dp}\right\}=0$

式中

为K₁×K₁的对角矩阵，而Z₃、Z₄分别为z₃、z₄相关的K₁×L的矩阵。

另外，根据质量平衡，流入流出房间l的质量流量应相等，则：

$\underset{i=1}{\overset{K_l}{\mathrm{\Σ}}}{z}_3(i,l)G_i=0\⇒-\underset{i=1}{\overset{K_l}{\mathrm{\Σ}}}{z}_3(i,l)d{G}_i=\underset{i=1}{\overset{K_l}{\mathrm{\Σ}}}{z}_3(i,l){\tilde{G}}_i$

对于所有房间(l＝1，2，...，L)来说均可列出上式，从而构成方程组。用矩阵形式表述如下：

$-Z_3^T\left\{\mathrm{dG}\right\}=\left\{\underset{i=1}{\overset{K_l}{\mathrm{\Σ}}}{z}_3(i,l){\tilde{G}}_i\right\}$

总结上述各式，就得到通风量的计算式：

$\left[\begin{array}{cc}-n[\frac{\mathrm{\Δ}\tilde{p}}{\tilde{G}}{]}_s& Z_3-Z_4\\ -Z_3^T& 0\end{array}\right]\left\{\begin{array}{c}\mathrm{dG}\\ \mathrm{dp}\end{array}\right\}=\left(\begin{array}{c}0\\ \underset{i=1}{\overset{K_l}{\mathrm{\Σ}}}{z}_3(i,l){\tilde{G}}_i\end{array}\right)$

需要指出的是，在此模型中通风量的计算必须与室温计算耦合进行。根据以下流程图，计算的步骤大致如下：

a.先计算出基站房间的各角系数，利用Hottel的辐射理论计算出综合辐射系数。假设室内平均绝对温度，为热计算进行准备；

b.利用最初假设的各室压力值计算出最初的通风量，代入热计算连立方程组求解出各室室温和各室内部各壁面温度；

c.计算出新的室内平均绝对温度，与假设的室内绝对温度值比较，误差超过精度要求时，返回步骤2)；

d.利用计算出的各室室温和各室内部各壁面温度值计算各室通风量，然后与假设的通风量值比较，误差超过精度要求时，返回步骤b；如误差满足精度要求，输出通风与热的计算值。

由于通信基站的影响因素众多且可能存在交互作用，如果考虑各因素之间所有的可能组合进行全面优化试验，势必带来巨大的工作量，即使是高性能的计算机也难以承受；更重要的是计算结果中混杂大量无效的数据信息，增加了统计分析的难度，反而难以探求各因素的规律性。故此，本软件内设了试验设计的方法，采用尽可能少的试验次数，同时获得最有效的试验效果，从而把握基站能耗形成的机理；从基站用能量和费用的角度，在气候条件、基站形式等已知的前提下，得到围护结构、通风与空调设备设定值之间的优化组合。本实施例考虑的通风因素对基站能耗的影响，比实施例一更具有可实施性，并具有实施例一的全部有益效果。

实施例四

在实施例一至实施例三中，基站能耗计算系统还可以包括函数回归分析模块，用于根据自动多元函数回归分析，得到基站能耗与各影响因素之间的多元函数回归方程。具体如下：

a.均匀试验设计原理

试验设计的方法很多，如正交试验设计就是流行最广的一种，在建筑环境与设备学科领域应用较多。考虑到研究对象的多因素性以及详细讨论可能带来的高水平数问题，本软件中内置了均匀试验设计(Uniform Design)方法。

由理论分析可知，正交试验设计的试验次数是因素水平数目的平方，而均匀试验设计的试验次数就是水平数目或其倍数。因此相比之下，均匀试验设计方法最大的优势在于更适用于多因素多水平试验。当偏差相近而水平数大于6时，正交试验设计的试验次数约为均匀试验设计的4.5倍以上；但另一方面，正交试验设计方法的数据分析比较简单，从直观上就可给出试验指标随各因素水平变化的规律，利用简单的方差分析还可判断因素的显著作用和交互作用。而均匀试验设计方法则必须利用逐步回归分析等变量筛选的技巧，并且要借助于计算机的帮助。

下文中简单介绍均匀试验设计方法原理：

均匀试验设计要达到的目标是：(1)任一因素的诸水平作相同数目的试验；(2)所选的试验点在试验范围内分布均匀。为达到此目标，开发者利用数论方法(伪蒙特卡洛法)中的中心化L2偏差(CD2)作为试验点分布均匀性的度量函数，然后通过优化建立了均匀设计表。

均匀设计表用代号Un(qs)或U*n(qs)表示，其中U表示均匀设计，n表示要做n次试验，q表示每个因素有q个水平。试验次数就是因素水平数目的均匀设计表时，记作Un(ns)或U*n(ns)。s表示该表有s列。U的右上角加*和不加*代表两种不同类型的均匀设计表。所有的表都是由Un(qs)表中划去最后一行而得到的。通常加*的均匀设计表有更好的均匀性，应优先选用。

均匀设计表具有以下特点：

(1)每个因素的每个水平仅做一次试验；

(2)任两个因素的试验点在平面的交叉格子点的每行及每列上仅有一个试验点。上述两个特点实质上反映了试验安排的均衡性，即对各因素、每个因素的各个水平给予同样的重视；

(3)均匀表中任两列组成的试验方案一般不一定等价。因此每个均匀表都需要附有一个使用表，以挑选均匀性搭配比较好的列。

b.均匀试验设计步骤

均匀试验设计的主要步骤如下：

(1)明确试验目的，确定试验指标。如果试验指标不只一个，还要将各指标综合考虑；

(2)选择试验因素。根据专业知识和实际经验进行试验因素的选择，一般选择对试验指标影响较大的因素进行试验；

(3)合理确定因素水平。根据试验条件和以往的实践经验，首先确定各因素的取值范围，然后在此范围内确定合适的水平；

(4)选择均匀设计表。根据试验的因素个数、水平等具体情况选择一张合适的均匀设计表；

(5)制定试验方案。从均匀设计表的使用表中选出列号，将因素分别安排到这些列号上，并将这些因素的各水平值按所在列的编号分别对号填入，编制出试验方案表；

(6)试验操作。用随机化方法决定试验次序，并进行试验，并把试验结果填写在实验方案表上；

(7)试验结果分析。采用回归分析等统计建模和有关统计推断方法对试验结果进行分析进而发现优化的试验条件；

(8)优化条件的试验验证，确定因素的最佳水平组合和相应的指标值。

c.多元函数回归分析

在多元回归方程中，偏回归系数表示了各试验因素对试验指标值的具体效应，但一般情况下由于偏回归系数本身的大小受到因素单位和取值的影响，并不能直接反映其相对重要性，故需要进行标准化处理，计算式如下：

$P_j=\left|b_j\right|\sqrt{L_{\mathrm{jj}}/L_{\mathrm{yy}}}$

式中P_j——试验因素j的标准化回归系数；

b_j——试验因素j的偏回归系数；

L_jj——试验因素j的残差平方值，

其中x_i、

n分别为试验因素j的第i个取值、平均值和个数；

L_yy——试验指标的残差平方值，

其中y_i、n分别为试验指标的第i个取值、平均值和个数。

具体计算流程为：首先以某特定类型基站为研究对象，根据研究目的确定试验指标为基站能耗和用能成本。抽取与试验指标相关的主要因素：基站的体形系数、围护结构热工性能、基站内部通风换气次数、空调采暖和制冷设定温度、基站内部散热量以及当地气候特征等。考虑各因素的合理取值范围，给出用于试验设计的因子和水平取值。然后本软件根据均匀试验设计原理给出试验设计方案。如水平数为6的话，将采用均匀设计表U₁₈(18⁶)。表头设计及试验安排如下表所示。

d.均匀试验设计方案

根据以上试验方案，可计算得到每一方案对应的基站能耗和成本值。再利用多元函数回归分析方法，得到如下的回归式。

H＝0.05+0.24φ-0.04φ²+0.029(φ·V)-0.078(T_w/T^*)+0.01(T_s/T^*)+0.044(H_w)

该式中复相关系数R＝0.979、决定系数R²＝0.958、标准误差＝0.042；自由度df＝6、离差平方和SS＝0.453、均方MS＝0.075、F值＝42.317、F值对应的显著性水平＝5.71×10^-7；标准回归P1＝2.33、P2＝2.37、P3＝0.11、P4＝0.24、P5＝0.87、P6＝0.02。

式中H为基站全年总能耗(×10³kWh)；

为综合反映基站体形系数和围护结构相关的参数；V为基站内部通风换气次数(h^-1)；T_w和T_s分别为基站空调采暖和制冷设定温度(℃)；H_w为基站内单位面积散热量(W/m²)；T*为反映当地气候条件的特征温度(℃)。

本实施例中，基站能耗计算系统还可以包括：自学习模块，用于存储能耗计算模块的计算结果和配置优化模块的优化配置结果，供下次计算和配置及进行参考。

本实施例中，由于基站能耗影响因素较多，相互之间的作用关系复杂，单纯采用直观分析很难准确把握各因素对基站用能的影响，故本软件中还增加了自动多元函数回归分析，得到基站能耗与各影响因素之间的多元函数回归方程，从而增强了本发明的准确性。

实施例五

本实施例中，基站能耗计算系统还可以包括：

1)数据输出模块(OUTPUT)：输出基站动态室温变化、基站用空调和采暖负荷、设备运行成本等；

2)算法模块(LIB)：包括本软件进行模型计算时所需的数学方法的集成，包括方程组求解、数值试验方法等内容。

用户操作界面开发语言为VBA，采用事件驱动的编程机制，利用面向对象的编程方法，并使用Windows内部应用程序接口(API)函数，采用动态链接库(DLL)，动态数据交换(DDE)，对象的链接与嵌入(OL E)以及开发式数据访问(ODBC)等技术，高效、快速地建立功能强大、形象直观的应用软件系统。用户操作界面程序中主要包括如下几个重点模块：

1)前处理：用户通过输入界面输入有关通信基站的相关信息(房屋围护结构、HVAC系统、人员、设备组成等)。用户输入界面开发的总体原则是界面美观醒目、可视化程度高，应保证其实用性、易操作性及扩展性。

2)主处理程序：主程序通过输入处理器调入输入数据文件IDF，并根据输入数据定义文件对相关的输入数据进行转换。主程序每一个模块中相关的子程序去读取IDF中与其模块相关的输入数据；主程序执行相应的运算过程。

3)后处理：根据用户的要求生成相应的输出文件，并且可以转化为电子数据表格或其他形式以供制表或者总结之用。用户也可以自由选择相关的输出报告形式，并对可输出参量进行选择。

与一般建筑能耗模拟软件的用户绝大多数为建筑环境与设备专业出身不同，本提案开发软件的预期使用用户为通信公司、通信管理部门的管理者或科研工作者，这意味着软件除必要的运算速度和精确度要求外，还必须有针对特定使用者的很好的操作友好度和简便度。操作层面上的特殊要求主要包括：基于组件的COM技术、灵活的数据导入接口、基于知识的数据分析机制、高效的数据缓存技术、多样化的成果展示方式等，具体内容如下：

1)基于组件的开发技术：本软件核心计算模块研发中采用COM技术，符合通用软件组件标准及接口规范，可实现异构环境下的软件复用。其它的应用系统(windows或linux平台)可通过组件提供的标准接口实现核心模块的组件级复用。

2)灵活的数据导入接口：系统可根据需要直观快捷导入最新的地区气象数据、太阳辐射相关参数及建筑物的相关传热和通风参数，使其参与动态预测计算，从而得出室内温湿度的变化趋势，并以此为根据调节基站内的空调运行状态和其它温湿度调节设备的运行情况。

3)基于知识的数据分析机制：本软件可根据历史运行情况，学习并总结出相关决策规则，形成历史知识库，使其参与到后续的分析和计算过程中，以此提高后续分析决策的精确性和基站的建筑节能率。

4)高效的数据缓存技术：对于从系统导入的大量基础及历史数据，系统采用多队列分级缓存技术，使系统的I/O读取效率大幅度提高，大幅度提高了系统运行的实时性。

多样化的成果展示：系统通过分析形成的预测结果可通过多种图形化方式(包括二维及三维的预测曲线及趋势图)及报表来展示，用户能够根据展示结果直观准确进行后续的调节操作。

本实施例对实施例一至实施例四的方案结合程序化设计语言进行了补充，更加适合在计算机系统中实现，除具有上述实施例的全部有益效果外，可实施性更强。

实施例六

本实施例提供了一种基站能耗计算方法，包括采集基站能耗参数；根据能耗参数，计算基站内的热平衡，获取基站能耗的分布。其中，能耗参数包括：基站体形参数、围护结构热工参数、基站设备发热参数及气候特征参数。

本实施例中，根据能耗参数，计算基站内的热平衡的步骤包括：根据基站设备发热量和壁表面热平衡，计算基站内热平衡。

本实施例中，根据与能耗相关的参数，计算基站内的热平衡，获取基站能耗的分布的步骤具体包括：计算无线设备、电源、蓄电池的发热量；室内壁表面的热平衡计算，具体包括：不透明墙体的太阳辐射计算；计算透明体墙体的太阳辐射；根据房间内部的发热量、室内空气与壁面之间的对流传热量，和/或通风时由其他房间或室外进入或排出的热量，计算基站内空气的热平衡。

本实施例中，基站能耗计算方法还可以包括：当基站本身已经包括了强制通风系统时，根据通风系统的风量进行基站能耗计算；或当基站本身不包含强制通风系统时，根据用户输入基站气密性参数和基站通风的实测统计结果，计算自然通风值；结合通风计算模块的结果与室温值进行耦合计算，进行网络通风与室温计算的耦合公式为：

$\left[\begin{array}{cc}-n[\frac{\mathrm{\Δ}\tilde{p}}{\tilde{G}}{]}_s& Z_3-Z_4\\ -Z_3^T& 0\end{array}\right]\left\{\begin{array}{c}\mathrm{dG}\\ \mathrm{dp}\end{array}\right\}=\left(\begin{array}{c}0\\ \underset{i=1}{\overset{K_l}{\mathrm{\Σ}}}{z}_3(i,l){\tilde{G}}_i\end{array}\right)$

其中，n为特性系数，与开口或缝隙的形状有关，取值在1和2之间；Z₃和Z₄分别为z₃(i，l)和z₄(i，m)的K₁×L矩阵(z₃(i，l)和z₄(i，m)为判断函数，当i＝j或i＝0时为1，其他情况时为0)；dG和dp分别为利用Newton-Raphson法进行收敛计算时，通过开口或缝隙i的质量流量G和开口两侧压力差Δp的两次迭代运算值之间的差值构成的K₁矩阵；

为开口两侧压力差近似值

和质量流量近似值

的比值构成的K₁×K₁的对角矩阵。

本实施例中，基站能耗计算方法还可以包括：根据自动多元函数回归分析，得到基站能耗与各影响因素之间的多元函数回归方程：

H＝0.05+0.24φ-0.04φ²+0.029(φ·V)-0.078(T_w/T^*)+0.01(T_s/T^*)+0.044(H_w)

该式中复相关系数R＝0.979、决定系数R²＝0.958、标准误差＝0.042；自由度df＝6、离差平方和SS＝0.453、均方MS＝0.075、F值＝42.317、F值对应的显著性水平＝5.71×10^-7；标准回归P1＝2.33、P2＝2.37、P3＝0.11、P4＝0.24、P5＝0.87、P6＝0.02；

式中H为基站全年总能耗(×10³kWh)；

为综合反映基站体形系数和围护结构相关的参数；V为基站内部通风换气次数(h^-1)；T_w和T_s分别为基站空调采暖和制冷设定温度(℃)；H_w为基站内单位面积散热量(W/m²)；T*为反映当地气候条件的特征温度(℃)。

本实施例中，基站能耗计算方法还可以包括：存储能耗计算模块的计算结果和配置优化模块的优化配置结果，供下次计算和配置及进行参考；和/或根据各部门能耗的分布，优化围护结构热工参数，配置最佳通风量。

本实施例实现的方法可参照实施例一至实施例五的说明。图3为本发明实施例六基站能耗计算方法的流程图，具体包括：

S602：开始；

S604：是否开始能耗优化计算，如果是，执行步骤S606；否则，执行步骤S610；

S606：输入各种数据，如：基站种类；墙体构造；自然通风或机械强制通风及空调种类与设定；室内热源强度；各因素的水平数目和水平值；

S608：建立优化试验表和实验方法，执行步骤S612；

S610：输入各种基站数据，如：野外基站或民居基站；墙体构造；自然通风或机械强制通风及空调种类与设定；室内热源强度；气象数据，执行步骤S612；

S612：设定初值，包括：基站迎风量；基站压力值，基站室温和壁面温度；

S614：是否进行相互辐射判定，如果是，执行步骤S616，否则，执行步骤S618；

S616：计算综合辐射系数，执行步骤S618；

S618：计算基站室温和壁面温度；

S620：是否进行通风量判定，如果是，执行步骤S622；否则，执行步骤S628；

S622：优化试验操作；

S624：计算基站迎风量；

S626：输出数据，能耗与各因素的多元回归方程，优化后的基站参数，执行步骤S630；

S628：输出数据，基站动态室温与壁面温度变化，基站迎风量；基站动态冷热负荷，设备用能值；

S630：结束。

本实施例具有实施例一至实施例五的全部有益效果，具体的实现方法也可以参照上述实施例，此处不再重述。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟、光盘、网络节点、调度器等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (20)

1.一种基站能耗计算系统，其特征在于，包括：

数据采集模块，用于采集能耗参数；

能耗计算模块，用于根据所述能耗参数，计算基站内的热平衡，获得基站能耗的分布。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述能耗参数包括：基站体形参数、围护结构热工参数、基站设备能耗参数及气候特征参数。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

数据库模块，用于存储和分析数据采集模块收集的基站体形参数、围护结构热工参数、基站设备能耗参数及气候特征参数。

4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，能耗计算模块包括：

基站内热平衡计算子模块，用于根据基站设备发热量和壁表面热平衡，计算基站内热平衡。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，还包括：

设备发热量计算子模块，用于根据基站设备能耗参数，获取基站的发热量；

和壁表面热平衡计算子模块，用于根据围护结构热工参数和气候特征参数，计算壁表面热平衡。

6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述基站内热平衡计算子模块中，

所述围护结构热工参数包括：房间内的热容量、房间内部的发热量、室内空气与壁面之间的对流传热量，和/或通风时由其他房间或室外进入或排出的热量，所述基站内热平衡计算子模块的热平衡关系式为：

$\left[\begin{array}{cc}X& -C\\ -C^T& D\end{array}\right]\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\θ}}_{W,n}\\ {\mathrm{\θ}}_{R,n}\end{array}\right\}+\left[\begin{array}{cc}A(x_0-Z_1{y}_0)& 0\\ 0& H/\mathrm{\Δ}\end{array}\right]\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\θ}}_{W,n}\\ {\mathrm{\θ}}_{R,n}\end{array}\right\}=\left\{\begin{array}{c}A\left(Z_2\underset{j=0}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\stackrel{\‾}{y_j}\right\{\stackrel{\‾}{{\mathrm{\θ}}_{o,n-j}}\}-\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{x}_j\{{\mathrm{\θ}}_{W,n-j}\left\}\right)+Z_1\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{y}_j\left\{{\mathrm{\θ}}_{W,n-j}\right\}\\ \mathrm{\β}\left[\frac{a}{a^{\′}}\right]\mathrm{\Γ}\left\{S_{R,n}\right\}+A\left\{U_{W,n}\right\}\\ \left\{W_{R,n}\right\}+{\mathrm{Hn}}_o\left\{{\mathrm{\θ}}_{o,n}\right\}-H\left[s\right\{{\mathrm{\θ}}_{R,n-1}\}/\mathrm{\Δ}]\end{array}\right\}$

其中：G、C和D分别为以下计算式的简写；H为房间m空气热容量构成的N×N对角矩阵；n₀为以重量单位考虑的从室外到房间m的换气次数n(m，l₁)构成的L×L₁对角矩阵；Δ为计算时间间隔；x₀、x_j和y₀、y_j分别为吸热、贯流反应系数的第0项和第j项(j＞0)；

$\left\{\begin{array}{c}D={\mathrm{\Γ}}^{T}A{\mathrm{\α}}_c\mathrm{\Γ}+\mathrm{\ΣHn}+\mathrm{\ΣH}{n}_o\\ C={\mathrm{\Γ}}^{T}A{\mathrm{\α}}_c\\ X=({\mathrm{A\α}}_c+\mathrm{A\κ\ϵ}-\mathrm{\κE}+A{q}_x)-A{Z}_1{q}_y=G+{\mathrm{Aq}}_x-{\mathrm{AZ}}_1{q}_y\end{array}\right..$

7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，还包括：

通风计算模块：当基站本身已经包括了强制通风系统时，根据所述通风系统的风量进行基站能耗计算；或当基站本身不包含强制通风系统时，根据用户输入基站气密性参数和基站通风的实测统计结果，计算自然通风值；

通风与室温耦合模块，用于结合通风计算模块的结果与室温值进行耦合计算。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的系统，其特征在于，还包括：

函数回归分析模块，用于根据自动多元函数回归分析，得到基站能耗与各影响因素之间的多元函数回归方程：

H＝0.05+0.24φ-0.04φ²+0.029(φ·V)-0.078(T_w/T^*)+0.01(T_s/T^*)+0.044(H_w)

其中，复相关系数R＝0.979、决定系数R²＝0.958、标准误差＝0.042；自由度df＝6、离差平方和SS＝0.453、均方MS＝0.075、F值＝42.317、F值对应的显著性水平＝5.71×10^-7；标准回归P1＝2.33、P2＝2.37、P3＝0.11、P4＝0.24、P5＝0.87、P6＝0.02；

式中H为基站全年总能耗(×10³kWh)；为综合反映基站体形系数和围护结构相关的参数；V为基站内部通风换气次数(h^-1)；T_w和T_s分别为基站空调采暖和制冷设定温度(℃)；H_w为基站内单位面积散热量(W/m²)；T^*为反映当地气候条件的特征温度(℃)。

9.根据权利要求1-7中任一项所述的系统，其特征在于，还包括：

自学习模块，用于存储能耗计算模块的计算结果和配置优化模块的优化配置结果，供下次计算和配置及进行参考。

10.根据权利要求1-7中任一项所述的系统，其特征在于，还包括：

配置优化模块：用于根据所述各部门能耗的分布，优化围护结构热工参数，配置最佳通风量。

11.一种基站能耗计算方法，其特征在于，包括：

采集基站能耗参数；

根据所述能耗参数，计算基站内的热平衡，获得基站能耗的分布。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述能耗参数包括：基站体形参数、围护结构热工参数、基站设备发热参数及气候特征参数。

13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，采集基站能耗参数的步骤之后还包括：

存储和分析基站体形参数、围护结构热工参数、基站设备能耗参数及气候特征参数。

14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述根据能耗参数，计算基站内的热平衡的步骤包括：根据基站设备发热量和壁表面热平衡，计算基站内热平衡。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述根据基站设备发热量和壁表面热平衡计算基站内热平衡的步骤之前还包括：

根据基站设备能耗参数，获取基站的发热量；

根据围护结构热工参数和气候特征参数，计算壁表面热平衡。

16.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述计算基站内的热平衡步骤具体包括：

所述围护结构热工参数包括：房间内的热容量、房间内部的发热量、室内空气与壁面之间的对流传热量，和/或通风时由其他房间或室外进入或排出的热量，所述基站内空气的热平衡关系式为：

$\left[\begin{array}{cc}X& -C\\ -C^T& D\end{array}\right]\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\θ}}_{W,n}\\ {\mathrm{\θ}}_{R,n}\end{array}\right\}+\left[\begin{array}{cc}A(x_0-Z_1{y}_0)& 0\\ 0& H/\mathrm{\Δ}\end{array}\right]\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\θ}}_{W,n}\\ {\mathrm{\θ}}_{R,n}\end{array}\right\}=\left\{\begin{array}{c}A\left(Z_2\underset{j=0}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\stackrel{\‾}{y_j}\right\{\stackrel{\‾}{{\mathrm{\θ}}_{o,n-j}}\}-\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{x}_j\{{\mathrm{\θ}}_{W,n-j}\left\}\right)+Z_1\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{y}_j\left\{{\mathrm{\θ}}_{W,n-j}\right\}\\ \mathrm{\β}\left[\frac{a}{a^{\′}}\right]\mathrm{\Γ}\left\{S_{R,n}\right\}+A\left\{U_{W,n}\right\}\\ \left\{W_{R,n}\right\}+{\mathrm{Hn}}_o\left\{{\mathrm{\θ}}_{o,n}\right\}-H\left[s\right\{{\mathrm{\θ}}_{R,n-1}\}/\mathrm{\Δ}]\end{array}\right\}$

其中：G、C和D分别为以下计算式的简写；H为房间m空气热容量构成的N×N对角矩阵；n₀为以重量单位考虑的从室外到房间m的换气次数n(m，l₁)构成的L×L₁对角矩阵；Δ为计算时间间隔；x₀、x_j和y₀、y_j分别为吸热、贯流反应系数的第0项和第j项(j＞0)；

$\left\{\begin{array}{c}D={\mathrm{\Γ}}^{T}A{\mathrm{\α}}_c\mathrm{\Γ}+\mathrm{\ΣHn}+\mathrm{\ΣH}{n}_o\\ C={\mathrm{\Γ}}^{T}A{\mathrm{\α}}_c\\ X=({\mathrm{A\α}}_c+\mathrm{A\κ\ϵ}-\mathrm{\κE}+A{q}_x)-A{Z}_1{q}_y=G+{\mathrm{Aq}}_x-{\mathrm{AZ}}_1{q}_y\end{array}\right..$

17.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述计算基站内热平衡的步骤之前还包括：

当基站本身已经包括了强制通风系统时，根据所述通风系统的风量进行基站能耗计算；或当基站本身不包含强制通风系统时，根据用户输入基站气密性参数和基站通风的实测统计结果，计算自然通风值；

通风与室温耦合模块，用于结合通风计算模块的结果与室温值进行耦合计算。

18.根据权利要求11-17中任一项所述的方法，其特征在于，还包括：

根据自动多元函数回归分析，得到基站能耗与各影响因素之间的多元函数回归方程：

H＝0.05+0.24φ-0.04φ²+0.029(φ·V)-0.078(T_w/T^*)+0.01(T_s/T^*)+0.044(H_w)

该式中复相关系数R＝0.979、决定系数R²＝0.958、标准误差＝0.042；自由度df＝6、离差平方和SS＝0.453、均方MS＝0.075、F值＝42.317、F值对应的显著性水平＝5.71×10^-7；标准回归P1＝2.33、P2＝2.37、P3＝0.11、P4＝0.24、P5＝0.87、P6＝0.02；

式中H为基站全年总能耗(×10³kWh)；

为综合反映基站体形系数和围护结构相关的参数；V为基站内部通风换气次数(h^-1)；T_w和T_s分别为基站空调采暖和制冷设定温度(℃)；H_w为基站内单位面积散热量(W/m²)；T^*为反映当地气候条件的特征温度(℃)。

19.根据权利要求11-17中任一项所述的方法，其特征在于，还包括：

存储能耗计算模块的计算结果和配置优化模块的优化配置结果，供下次计算和配置及进行参考。

20.根据权利要求11-17中任一项所述的方法，其特征在于，还包括：

根据所述各部门能耗的分布，优化围护结构热工参数，配置最佳通风量。

Images