戶外機房的溫度平衡方法及其結構的製作方法

2023-05-04 19:42:21

專利名稱：戶外機房的溫度平衡方法及其結構的製作方法
技術領域：
本發明涉及散熱技術，特別涉及將相變材料應用於戶外通信設備的溫度平衡方法
及其結構。
背景技術：
通信基站是通信系統的重要組成部分，其內部溫溼度和潔淨度等環境參數不僅直 接影響著通信設備的可靠運行和使用壽命，更關係到通信的順暢與安全。基站面積一般在 10 30m2左右，但內部散熱強烈( 一般在600-2500W)，屬於全年不間斷高負荷運行，每年 在持續消耗著大量的能源，並形成了巨大的電費開支。因此，通信基站的空調降溫、空氣淨 化及其運行管理始終是維護部門的工作重點之一。 現在通信機房的節能方式有很多種，如單獨換風方式、單獨換熱方式、空調溫度控 制方式、乙二醇方式等，但這些方式都有一定的缺陷，如單獨換風方式和單獨換熱方式的適 應範圍小，其不能應用於高溫潮溼、機房內外溫差小的環境，並且其不具有防塵功能；通過 空調溫度控制的方式雖然適應範圍大且可以防塵，但是需長時間運行空調，節能效果很小； 通過乙二醇節能的方式雖然可以克服空調溫度控制方式的缺點，但是其節能效果仍不理 想；因而，上述方式均不能完全滿足通信機房節能或運行的要求。

發明內容
本發明的目的是提供一種戶外機房的溫度平衡方法及其結構，利用相變材料用以 實現對戶外機房的溫度平衡控制，達到溫度平衡的目的；同時通過將相變材料與空調配和， 使用風道連接，或者是將相變材料與通風系統配合，使用風道連接，從而實現通風。
相變材料(Phase Change Material,簡稱PCM)泛指有大量溶解潛熱的物質，該物 質在其典型溶解溫度時可以用於被動存儲和釋放能量，冰是普通存在的相變材料，在溶解 溫度零攝氏度時能夠等溫吸收或釋放大量的能量。由於相變材料可作為能量存儲器，利用 這一特性可將許多形式的能源存儲起來，這樣便可起到節能的作用。另外，相變材料是無機 物和增稠劑的混合物，其不會對周圍環境造成有害影響。 為解決上述技術問題，本發明的戶外機房的溫度平衡方法包括換熱方式和換風方
式，所述換熱方式是將相變材料安裝於戶外機房中的機櫃內，選擇適合於所述戶外機房內
的電子設備運行所要求的溫度的相變材料，當環境溫度較低時，所述相變材料和電子設備
釋放熱量到環境中去，當環境溫度較高時，所述相變材料吸收電子設備釋放熱量，用以抑制
機櫃內部的溫度；所述換風方式是將裝設有相變材料的機櫃連接風道用以形成通風系統。 作為本發明的一種優選方案，所述適合戶外機房內部電子設備運行所要求的溫度
為32攝氏度以下時，可以選擇於5 35攝氏度範圍內發生相變的相變材料。 作為本發明的一種優選方案，所述相變材料的質量與所述電子設備的運行功率、
所述戶外機房的體積、環境溫度、太陽輻射以及所述相變材料的潛熱成正比。 作為本發明的一種優選方案，將所述相變材料封裝於殼體內，以適應不同形態的
3相變材料。 作為本發明的一種優選方案，所述封裝相變材料的殼體於所述戶外機房內的機櫃可採用架構式安裝方法，即可以單層或多層形式排列於所述機櫃的上部和/或側部。
作為本發明的一種優選方案，所述封裝相變材料的殼體可以相對於垂直面於0 40度範圍內排列在所述機櫃的上部和/或側部。 作為本發明的一種優選方案，將所述戶外機房設計成雙層結構，其所產生的夾層可以用於填充相變材料。 作為本發明的一種優選方案，所述換風方式是配備一空調，並通過一風道將所述機櫃與所述空調相連接，其中，所述空調的出風口與通過所述風道與所述機櫃的進風口相連接。 作為本發明的一種優選方案，所述換風方式是通過與所述戶外機房內的機櫃相連接的風道引入外部冷源，從而形成通風系統用以實現通風，其中，通過所述相變材料使得所述機櫃的內外風道被隔離。 本發明的戶外機房的溫度平衡結構，作為本發明的一種優選方案，包括若干通信設備，還包括一空調；至少一風道，該風道與位於所述空調上部的出風口相連；以及至少一蓄冷機櫃，所述風道同時還與位於所述蓄冷機柜上部的空調冷氣的進風口相連，所述蓄冷機櫃的上部還設有一機房內熱氣的進風口 ，其下部設有一出風口 。 本發明的戶外機房的溫度平衡結構，作為本發明的一種優選方案，包括若干通信設備，還包括至少一蓄冷機櫃，其包括位於所述蓄冷機柜上部的室外冷氣的進風口 、機房內熱氣的進風口以及位於所述蓄冷機櫃下部的出風口 ；所述蓄冷機櫃室外冷氣的進風口通過一風道與外部相連，所述蓄冷機櫃的內部裝設有所述相變材料使得所述出風口和進風口被隔離。 作為本發明的一種優選方案，所述蓄冷機櫃還包括位於所述進風口下部的內部循環風機，以及具有容置空間的機櫃主體，於所述容置空間的內部設置有單層或多層的架板用以安放相變材料。 作為本發明的一種優選方案，所述相變材料封裝於板式殼體內，所述裝有相變材料的板式殼體相對於垂直面於0 40度範圍內排列在所述架板上。 作為本發明的一種優選方案，所述板式殼體可以相對於垂直面傾斜15度排列在所述架板上，用以形成風道。 作為本發明的一種優選方案，所述板式殼體可以相對於垂直面傾斜15度排列在所述架板上，用以形成風道。 作為本發明的一種優選方案，所述機房採用鋼型焊接結構骨架，雙面鋁塑夾心發泡塑料板組成的護板結構。 作為本發明的一種優選方案，於所述護板中裝有所述相變材料。 本發明的技術效果在於，利用相變材料通過無源製冷的方式，使得戶外機房具有
良好的熱性能，同時延長戶外機櫃內部電子設備使用壽命並提高其運行的可靠性。 本發明的另一技術效果在於，充分利用自然的冷源並利用相變材料的蓄冷性能避
免了空調的頻繁啟動，並有效延長了空調的單次運行時間，從而產生了理想的節能效果。 本發明的又一技術效果在於，利用相變材料隔離機櫃的內外風道，起到了防塵的
4效果。


下面結合附圖和較佳實施方式對本發明作進一步詳細的說明。 圖1是本發明的第一實施例的運行示意圖； 圖la是本發明的第一實施例於空調運行狀態下的示意圖； 圖lb是本發明的第一實施例於空調停止狀態下的示意圖； 圖2是本發明的第一實施例的蓄冷機櫃的結構示意圖； 圖3是本發明的第二實施例的運行示意圖； 圖3a是本發明的第二實施例的於環境溫度高運行時的示意圖； 圖3b是本發明的第二實施例的於環境溫度低運行時的示意圖；以及 圖4是本發明的第二實施例的蓄冷機櫃的結構示意圖。
具體實施例方式
本發明的戶外機房的溫度平衡方法包括換熱方式和換風方式，所述換熱方式是將 相變材料安裝於戶外機房中的機櫃內，選擇適合於所述戶外機房內的電子設備運行所要求 的溫度的相變材料，當環境溫度較低時，所述相變材料和電子設備釋放熱量到環境中去，當 環境溫度較高時，所述相變材料吸收電子設備釋放熱量，用以抑制機櫃內部的溫度；所述換 風方式是將裝設有相變材料的機櫃連接風道用以形成通風系統。
對所述相變材料於本實施例中的選擇如下 1.相變材料的類型選擇考慮到由於物質狀態變化會引發環境壓力的變化，故選 擇相對變化較小的固液轉換的相變材料，以便於實施。 2.相變材料的熔點選擇根據環境溫度，選擇於5 35攝氏度範圍內發生相變的 相變材料。具體在晝夜溫差大於14攝氏度；環境的晝夜平均溫度在29攝氏度；每天高於 29攝氏度的時間不多於12小時；最高溫度可以大於38攝氏度，但是不會連續三天存在的 情況下，可選擇於27 29攝氏度範圍內發生相變的相變材料。 3.相變材料的質量選擇相變材料的質量與其潛熱、環境溫度、太陽輻射、電子設 備的運行功率、機櫃的體積等正相關，通過現有技術即可計算出。但應注意相變材料在其融 化點具有很大的潛熱，具體是液態時的80倍，固態時的130倍，並且使用環境的平均溫度值 應儘量與相變材料的熔點相接近。 所述相變材料可以封裝於殼體內，以適於容納固液轉換形態的相變材料並且可以 避免相變材料的流失，同時通過單層或多層形式將所述殼體排列於所述戶外機櫃的容置空 間中。考慮到空氣對流的因素，為使相變材料高效散熱，所述封裝有相變材料的殼體設置於 戶外機櫃容置空間的內部。PCM板豎直陳列於所述機櫃的容置空間中，各PCM板依次保持一 定的間隙並且相對於垂直面保持15度的傾斜，這樣便可以形成風道，用以散發熱量。
圖l是本發明的第一實施例的運行示意圖，如圖l所示，本實施例的戶外機房包括 若干通信設備ll，還包括一空調13 ;—風道12，該風道12與位於所述空調13上部的出風 口 131相連；以及一蓄冷機櫃IO，所述風道131同時還與位於所述蓄冷機櫃10上部的空調 冷氣的進風口 101相連，所述蓄冷機櫃10的上部還設有一機房內熱氣的進風口 102，其下部
5設有一出風口 105。 圖2是本發明的第一實施例的蓄冷機櫃10的結構示意圖，如圖2所示，所述蓄冷機櫃10還包括位於所述進風口 101U02下部的內部循環風機103，以及具有容置空間的機櫃主體，於所述容置空間的內部設置有單層或多層的架板104用以安放相變材料。
請同時結合圖la和圖lb，當空調13運行時，關閉蓄冷機櫃IO上部的機房內熱氣的進風口 102，來自空調13的冷風先給蓄冷機櫃IO蓄冷，餘留的冷量給機房降溫；當蓄冷機櫃的冷量蓄滿時，即關閉空調13，打開蓄冷機櫃10上部的機房內熱氣的進風口 102，此時使用蓄冷機櫃10給機房降溫。也就是說，當環境溫度低時(夜裡)，使空調高效工作，同時給蓄冷機櫃充分蓄冷；當環境溫度高時(白天)時，關閉對外的熱交換風機，利用空氣對流，PCM板吸收通信設備釋放的熱量，即將相變材料儲存的冷能量釋放，達到吸熱的目的。通過PCM的使用，使空調在環境溫度低的時候(製冷效率最高的時段)充分製冷；延長了空調的單次的運行時間，使得空調可以在高效的狀況給機房和PCM充分製冷，提高整個機房的製冷效率，降低空調的電量消耗，實現節能的目的。 圖3是本發明的第二實施例的運行示意圖，如圖3所示，本實施例的機房包括若干通信設備21，還包括一蓄冷機櫃20，其包括位於所述蓄冷機櫃20上部的室外冷氣的進風口201、機房內熱氣的進風口 202以及位於所述蓄冷機櫃下部的出風口 205 ;所述蓄冷機櫃室外冷氣的進風口 201通過一風道22與外部相連，所述蓄冷機櫃20的內部裝設有所述相變材料使得所述出風口 205和所述進風口 201、202被隔離。 圖4是本發明的第二實施例的蓄冷機櫃20的結構示意圖，如圖4所示，所述蓄冷機櫃20還包括位於所述進風口 201、202下部的內部循環風機203，以及具有容置空間的機櫃主體，於所述容置空間的內部設置有單層或多層的架板204用以安放相變材料。
請同時結合圖3a和圖3b，當環境溫度底時(夜裡)，首先把通信設備21釋放的熱量與相變材料交換，然後通過PCM的熱傳導給外面的冷空氣，即PCM板在吸收機房內部的熱量的同時，也在釋放能量，為高溫的吸收能源作好準備；當環境溫度高時(白天)時，關閉對外的熱交換風機，利用空氣對流，PCM板204吸收通信設備釋放的熱量，即將相變材料儲存的冷能量釋放，達到吸熱的目的。換熱型相變機櫃20的內外風道用相變材料進行完全隔離的，達到了防塵的目的。通信設備產生的熱量通過與相變材料的交換，使機房內部的溫度達到符合國標規定的溫度範圍內。 也可以選用功率比較的小的空調，在環境溫度連續高溫時，補充相變材料低溫時儲存能量的不足。在這過程只消耗很少的電能(風扇耗電)，縮短了空調的運行時間，因而節省了大量的製冷空調機的耗電。在環境溫度高時，利用相變材料儲存的潛熱給機房內的設備降溫，儘量避免空調的運行，同樣實現了節能。 以上已對本發明的較佳實施例進行了具體說明，但本發明並不限於所述實施例，熟悉本領域的技術人員在不違背本發明精神的前提下還可作出種種的等同的變型或替換，這些等同的變型或替換均包含在本申請權利要求所限定的範圍內。
權利要求
一種戶外機房的溫度平衡方法，包括換熱方式和換風方式，其特徵在於，所述換熱方式是將相變材料安裝於戶外機房中的機櫃內，選擇適合於所述戶外機房內的電子設備運行所要求的溫度的相變材料，當環境溫度較低時，所述相變材料和電子設備釋放熱量到環境中去，當環境溫度較高時，所述相變材料吸收電子設備釋放熱量，用以抑制機櫃內部的溫度；所述換風方式是將裝設有相變材料的機櫃連接風道用以形成通風系統。
2. 如權利要求1所述的戶外機房的溫度平衡方法，其特徵在於所述適合戶外機房內 部電子設備運行所要求的溫度為32攝氏度以下時，選擇於5 35攝氏度範圍內發生相變 的相變材料。
3. 如權利要求1所述的戶外機房的溫度平衡方法，其特徵在於將所述相變材料封裝 於殼體內，以適應不同形態的相變材料。
4. 如權利要求3所述的戶外機房的溫度平衡方法，其特徵在於所述換風方式是配備 一空調，並通過一風道將所述機櫃與所述空調相連接，其中，所述空調的出風口與通過所述 風道與所述機櫃的進風口相連接。
5. 如權利要求4所述的戶外機房的溫度平衡結構，包括若干通信設備，其特徵在於還 包括一空調；至少一風道，該風道與位於所述空調上部的出風口相連；以及至少一蓄冷機 櫃，所述風道同時還與位於所述蓄冷機柜上部的空調冷氣的進風口相連，所述蓄冷機櫃的 上部還設有一機房內熱氣的進風口 ，其下部設有一出風口 。
6. 如權利要求3所述的戶外機房的溫度平衡方法，其特徵在於所述換風方式是通過 與所述戶外機房內的機櫃相連接的風道引入外部冷源，從而形成通風系統用以實現通風， 其中，通過所述相變材料使得所述機櫃的內外風道被隔離。
7. 如權利要求6所述的戶外機房的溫度平衡結構，包括若干通信設備，其特徵在於還 包括至少一蓄冷機櫃，其包括位於所述蓄冷機柜上部的室外冷氣的進風口 、機房內熱氣的 進風口以及位於所述蓄冷機櫃下部的出風口 ；所述蓄冷機櫃室外冷氣的進風口通過一風道 與外部相連，所述蓄冷機櫃的內部裝設有所述相變材料使得所述出風口和進風口被隔離。
8. 如權利要求5或7所述的戶外機房的溫度平衡結構，其特徵在於所述蓄冷機櫃還 包括位於所述進風口下部的內部循環風機，以及具有容置空間的機櫃主體，於所述容置空 間的內部設置有單層或多層的架板用以安放相變材料。
9. 如權利要求8所述的戶外機房的溫度平衡結構，其特徵在於所述相變材料封裝於 板式殼體內，所述裝有相變材料的板式殼體相對於垂直面於0 40度範圍內排列在所述架 板上。
10. 如權利要求9所述的戶外機房的溫度平衡結構，其特徵在於所述機房採用鋼型焊 接結構骨架，雙面鋁塑夾心發泡塑料板組成的護板結構，於所述護板中裝有所述相變材料。
全文摘要
本發明公開了一種戶外機房的溫度平衡方法及其結構，所述溫度平衡的方法包括換熱風方式和換風方式，所述換熱方式是將相變材料安裝於戶外機房中的機櫃內，選擇適合於所述戶外機房內的電子設備運行所要求的溫度的相變材料，當環境溫度較低時，所述相變材料和電子設備釋放熱量到環境中去，當環境溫度較高時，所述相變材料吸收電子設備釋放熱量，用以抑制機櫃內部的溫度；所述換風方式是將裝設有相變材料的機櫃連接風道用以形成通風系統。本發明通過無源製冷的方式使得戶外機房具有良好的熱性能，利用自然的冷源並利用相變材料的蓄冷性能避免了空調的頻繁啟動，並有效延長了空調的單次運行時間；利用相變材料隔離機櫃的內外風道，起到了防塵的效果。
文檔編號H05K7/20GK101737880SQ20081020342
公開日2010年6月16日 申請日期2008年11月27日 優先權日2008年11月27日
發明者吳建國 申請人:上海凌御電氣有限公司