CN101446436B - 一种利用冷风箱对机房温度进行调节的方法及机房结构 - Google Patents

Abstract

一种利用冷风箱对机房温度进行调节的方法及机房结构，解决在一般天气条件下，对机房温度进行调节的技术问题，采用的技术方案是，在现有的机房房顶设置空腔或利用机房内侧走廊空间，形成机房温度调温的冷风箱，机房温度调温的冷风箱内的冷空气与机房内的热空气在风机作用下进行强制循环对机房内温度进行调节。机房结构为：在机房顶设置一夹层或利用机房内侧走廊等空间的空腔结构形成冷风箱，机房与冷风箱之间设置有由智能控制器控制的变速风扇，在夹层侧墙或内侧走廊墙壁上设置有冷空气进风窗，在机房内设置有使机房内与大气连通的机房出风管，本发明的有益效果是，方法简单，在满足机房内设备散热的情况下，大大降低电能消耗，降低运行成本。

Description

一种利用冷风箱对机房温度进行调节的方法及机房结构

所属技术领域：

本发明涉及一种移动基站等小型设备机房利用冷风箱对机房温度进行调节的方法及使用该方法设计的机房结构。

背景技术：

近年来，蜂窝移动通信迅猛发展，为了满足覆盖和容量的需求，移动通信基站(下称基站)大量使用，遍布全国城乡郊野。据统计，到2007年底我国有基站52万座，而且，随着移动电话的普及，基站仍在快速增长。基站机房一般是10～30平方无人值守的小型设备机房，因设备运行产生热量，为了保证设备正常工作的环境温度，机房一般都配备2台空调，24小时轮流工作。因空调制冷时耗电量大，空调成为基站中主要耗电设备，每站空调年平均耗电量约15000度。统计资料显示，基站设备正常配置情况下(如GSM900、DCS1800或再加CMDA多网设备共站)，空调耗电约占基站总用电量的60％。基站设备正常工作环境要求：温度-5℃～+40℃，湿度10％～80％，最佳工作环境：温度18℃～24℃，湿度30％～40％。运行中的设备不断产生热量，通过散热风扇将热量传递到机房室内空气，使室内的空气温度升高。为了保持机房环境温度，通常配备2台空调轮流工作，24小时制冷把热量带出机房。同时，为了提高制冷效率，防止室外热量渗入，现有机房均作了隔热和封闭处理。

发明内容：

实际上，现代科技的发展，使设备对工作环境的要求越来越宽松，自然环境温度和湿度在大绝部分时间都满足要求(因地域、季节、气候等差异有所不同)。因此，当自然环境温湿度均达到一定要求时，可利用机房室内外冷热空气交换，以户外凉风不断替换室内热空气，使机房环境温度达到设备正常工作要求，当自然气候十分恶劣、户外温、湿度特别高时仍就使用空调制冷。这样，风冷与空调制冷相结合，大部分时间采用风冷，极少数恶劣气候条件下采用空调制冷，从而大大缩短空调运转的时间，大幅度降低基站耗电量。

本发明采用箱式风冷方法，在自然环境温湿度不太高的情况下，以风冷代替空调制冷来调节机房环境温度，使空调在大部分时间处于停机状态，从而大大降低基站能耗，达到节能的目的。

本发明根据上述节能理念，提出一种利用冷风箱对机房温度进行调节的方法及机房结构，克服现有技术中基站机房保持环境温度能耗大的技术不足。

目前，我国基站机房的建设主要有新建机房和改造机房两类：新建机房是由运营商自己按通信机房标准新建的，如在山上、野外的基站机房，还有在楼宇顶部用彩钢板等轻质材料搭建的简易机房等，这类机房较为规范，且相对独立；改造机房是运营商租赁现有建筑楼宇的房间进行改造当作基站机房，这类机房因地制宜，机房室外改造受业主和现有条件限制较多，但一般楼宇都有走廊等通道阴凉空间。

本发明根据上述节能理念，提出一种利用冷风箱对机房温度进行调节的方法及机房结构，克服现有方法中基站机房保持环境温度能耗大的技术不足。

本发明实现对机房温度进行调节方法的发明目的采用技术方案是，该方法在现有的机房房顶增加一夹层或利用机房内侧走廊等空间设置空腔结构，机房房顶夹层或机房内侧走廊等空间的空腔结构形成机房温度调温的冷风箱，机房温度调温的冷风箱内的冷空气与机房内的热空气在风机作用下强制交换，对机房内温度进行调节。所述的强制交换的风机采用变速风扇，通过智能控制器控制变速风扇的风量实现对机房内温度的调节。

本发明实现发明目的机房结构的技术方案是，该机房为封闭式结构机房，在机房的房顶设置夹层形成冷风箱，在机房的房顶与冷风箱之间设置有变速风扇，在冷风箱的侧壁上设置冷空气进风窗，在机房的房顶设置有使机房内与大气连通的机房出风管，在冷风箱的顶部设置有使冷风箱与大气连通的冷风箱换风管。

本发明实现发明目的机房结构的另一技术方案是，该机房为带走廊等空间的空腔结构的封闭式机房，在机房靠走廊侧墙壁上设置有与走廊冷空气连通的冷空气进风窗，机房内设置有抽风箱与冷空气进风窗相连，抽风箱设置有变速风扇，在机房的房顶或外墙高处设置有使机房与大气连通的机房出风管。

本发明实现发明目的机房结构的控制冷热空气交换速度和空调制冷与风冷倒换的技术方案是，以可编程智能控制器和室内外温湿度探头组成的机房环境温度自动控制装置，智能控制器可预设温度、湿度参考值和机房最佳环境温度范围，通过室内、外温湿度探头实时采集室内和户外大气温湿度信息，决定空调与变速风扇间工作切换，变速风扇间工作时，由智能控制器调节变速风扇的转速，控制冷热空气交换速度，以保持一定的机房环境温度。

本发明的有益效果是，本发明充分考虑了实际可行、实施简单、成本低等因素，对现有机房改造小，简单易行，智能控制也只需对现有机房环境控制器稍加改造即可实现，对电信、电力和自动控制等小型设备机房均适用。如果得以推广，其社会效益和经济效益十分可观。以基站为例，如采用本发明，只有高温天气、三五月梅雨季节和雨天等非常潮湿和高温等非常恶劣的时候才需要用空调制冷，绝大多数时间均可以采用风冷，空调使用时间不足原来的10％，而风扇功率一般只有百瓦的量级，不及空调的耗电的10％，因此，可节省原空调耗电的80％以上。如果基站空调耗电占基站总用电的60％，使用本发明为基站节能约50％。以现有基站空调年平均耗电15000度计，全国52万座基站每年能节约电能39亿度，相当于几座大型发电厂的发电量。另外，因空调使用少了，现有基站配置2台空调完全可以减少一台，因此，还可以节省一台空调的投资。

下面结合附图对本发明进行详细说明。

附图说明

附图1为本发明新建机房实施例1立体透视示意图。

附图2为附图1俯视图。

附图3为机房实施例1机房房顶夹层冷风箱正视图。

附图4为机房实施例1机房房顶夹层冷风箱侧视图。

附图5为环境温度自动控制装置示意图。

附图6为本发明改造机房实施例2立体透视示意图。

附图7为机房出风弯管示意图。

附图8为抽风箱示意图。

附图9为本发明自动控制流程图。

附图中，1机房，2冷风箱，3变速风扇，4冷空气进风窗，5机房出风管，6换风管，7设备，8智能控制器，9室外温湿度探头，10室内温湿度探头，11空调，12机房出风弯管，13抽风箱。

具体实施方式

本发明涉及的利用冷风箱对机房温度进行调节的方法，该方法在现有的机房房顶增加一夹层或利用机房内侧走廊等空间设置空腔结构，机房房顶夹层或机房侧墙走廊等空间的空腔结构形成机房温度调温的冷风箱，机房温度调温的冷风箱内的冷空气与机房内的热空气在风机作用下强制交换，对机房内温度进行调节。所述的强制交换的风机采用变速风扇，通过控制变速风扇的风量实现对机房内温度的调节。

本发明实施例1，在机房顶部增加一夹层，形成冷风箱，以获得相对阴凉的空气。在冷风箱侧墙壁上设置冷空气进风窗，使户外大气与冷风箱连通，在冷空气进风窗中设置空气过滤、净化装置，使进入风箱的空气洁净，用风扇从冷风箱中将阴凉空气抽入冷却机房。

根据热气上升、冷气下降的空气对流原理，机房中热空气会聚集在机房的顶部，因此，在机房顶部设置出风管通向户外大气，利于热气排出。在风扇和机房室内外压差的作用下，冷空气从冷风箱进入机房，机房内热空气从顶部出风管排出，冷热空气不断替换将热量带出机房，保持一定的机房环境温度。

因高温天气仍用空调制冷时，滞留在风箱里的空气会被房顶加热，故在冷风箱夹层的顶部设置换风管通向屋顶大气，换风管上下两端因温度差形成负压，使冷风箱内的热空气通过排风管自然排出，而较冷空气则从冷空气进风口进入，如此循环流动，从而使风箱内温度与户外大气温度基本保持一致。

另外，因机房屋顶是太阳热辐射最大受热区，机房顶部增加风箱夹层也有效隔断了太阳辐射热量通过屋顶直接导入机房，提高机房的隔热效果。

本发明实施例2充分利用现有条件，机房走廊等阴凉空间实际上等效于一个冷风箱，因此，无需增加任何设施即可获得阴凉空气。在机房走廊侧墙壁上开冷空气进风窗，机房内侧连接抽风箱，既可用风扇直接从走廊等空间将阴凉空气抽入冷却机房。为净化抽入机房的空气，在冷空气进风窗中加上空气过滤、净化装置。

在机房顶或外墙壁高处开出风管通往户外大气，以利于聚集在机房顶部的热气排出，这样，在风扇和机房室内外压差的作用下，冷空气从走廊进入机房，热空气从出风管排出，冷热空气不断交换将热量带出机房，保持一定的机房环境温度。

为防止雨水和逆风倒灌，出风管管口向下，内设常开双叶封门，在逆风作用下，常开双叶封门自然封闭，阻止逆风倒灌。

为控制机房环境温度，采用变速风扇调节进入(或排出)机房空气的量。变速风扇的转速根据室内外温差和设备环境温度的要求来调节，保持室内温度平衡。

在自然环境温度或湿度过高时，不能用户外空气冷却机房，以免造成设备损坏，此时，仍启动机房内设置的空调制冷。

为实现风冷、机房内设置的空调制冷的自动切换和控制变速风扇的运转速度，机房内安装智能控制器，预设的温度、湿度参考值和机房最佳环境温度范围，并通过室内、外温湿度传感器实时采集温湿度信息进行比较判断，实现自动控制。

自动控制流程(见附图3)，根据设备环境温度要求，在智能控制器内预设机房室内外环境温度、湿度参考值和室内最佳环境温度范围，通过室内、外温湿度探头，实时采集温湿度信息，由此决定空调与变速风扇间的切换和控制变速风扇的转速。变速风扇的最大排风量要根据机房的大小、设备的发热量等因素确定。

当室外温度、湿度低于设定值时，智能控制器停止空调，启动变速风扇，向机房抽入凉风，送到设备散热风扇的进风侧，被设备加热了的空气则从设备出风侧吹出，自然上升到机房顶部，在室内外空气负压和变速风扇的作用下，通过出风管排出，室内空气顺序流动，不断抽入冷空气、排出热空气，保持一定的机房环境温度。

在高温或潮湿天气，当户外温度过高或湿度过大、高于设定值时，智能控制器变速风扇停用，由空调制冷来保持一定的机房环境温度。

设室外最高、最低温度设定值分别为

室外最高、最低湿度设定值分别为

室内允许最高、最低温度值分别为

室内最佳工作环境温度最高、最低值分别为

室内允许最高、最低湿度分别为

将上述设定值输入智能控制器，作为自动控制的参考值。智能控制器的控制流程如下：

当室外温度 $T_{\mathrm{out}}\≥T_{\mathrm{out}}^h$ 或室外湿度 $W_{\mathrm{out}}\≥W_{\mathrm{out}}^h$ 或室内温度 $T_{\mathrm{in}}\≥T_{\mathrm{in}}^h$ 或室外湿度 $W_{\mathrm{in}}\≥W_{\mathrm{in}}^h$ 时，变速风扇停止运行，空调启动。除此之外，停止空调，启动变速风扇。

变速风扇启动后，转速随室内温度和室内外温度差调节。当室内温度处于最佳温度范围，即 $T_0^l<T_{\mathrm{in}}<T_0^h,$ 或当室内外温度ΔT＝T_in-T_out保持稳定时，变速风扇保持匀速运转；当室内外温度差ΔT＝T_in-T_out增大时，变速风扇加速，反之减速，直至速度为零。

上述控制流程经过一段设定的延时后，不断循环往复，实现风冷和空调制冷自动控制。

本发明涉及的机房结构实施例1为，该机房为封闭式结构机房，在机房1的房顶设置冷风箱2，在机房1的房顶与冷风箱2之间设置有变速风扇3，在冷风箱2的侧壁上设置冷空气进风窗4，在机房1的房顶设置有使机房1内与户外大气连通的机房出风管5，在冷风箱2的顶部设置有使冷风箱2与户外大气连通的冷风箱2换风管6。

使用时，户外冷空气经冷空气进风窗4进入冷风箱2，变速风扇3将冷风箱2内的冷空气强制送入机房1内，机房1内的热空气将从机房出风管5排出机房1，使机房内空气顺序流动，不断抽入冷空气、排出热空气，保持机房环境温度。

为保持进入机房1空气洁净，所述的冷空气进风窗4上设置有防沙防尘过滤网，防沙防尘过滤网对进入冷风箱2的空气进行过滤除尘处理，并防止沙石、昆虫等进入。

为提高对机房1调温效率，在机房内变速风扇3的送风口与机房内设备7散热风扇进风口侧对应，机房出风管5与设备7散热风扇出风口侧对应，使机房内设备7产生的热量及时排除到机房1外。

本发明涉及的机房结构实施例2为另一种机房结构，该机房为带走廊的空腔结构的封闭式机房，在机房1走廊侧墙壁上设置有冷空气进风窗4，机房内侧连接抽风箱13和变速风扇3，在机房1的外墙壁上部设置有使机房1内与户外大气连通的机房出风弯管12。

使用时，走廊冷空气经冷空气进风窗4进入抽风箱13，变速风扇3将抽风箱13内冷空气强制送入机房1内，机房1内的热空气从机房出风弯管12排除机房1，使机房1内空气顺序流动，不断抽入冷空气、排出热空气，保持机房环境温度。

为保持进入机房1空气洁净，所述的冷空气进风窗4中设置有防沙防尘过滤网，防沙防尘过滤网对进入抽风箱13的空气进行过滤除尘处理，并防止沙石、昆虫等进入。

为提高对机房1调温效率，在机房内变速风扇3的送风口与机房内设备7散热风扇进风侧对应，机房出风弯管12与设备7散热风扇出风侧对应，使机房内设备7产生的热量及时排除到机房1外。

Claims (6)

1.一种机房结构，该机房为封闭式结构机房，其特征在于：在机房(1)的房顶设置冷风箱(2)，在机房(1)的房顶与冷风箱(2)之间设置有变速风扇(3)，在冷风箱(2)的侧壁上设置冷空气进风窗(4)，在机房(1)的房顶设置有使机房(1)内与户外大气连通的机房出风管(5)，在冷风箱(2)的顶部设置有使冷风箱(2)与户外大气连通的冷风箱(2)换风管(6)。

2.根据权利要求1所述的一种机房结构，其特征在于：所述的冷空气进风窗(4)上设置有防沙防尘过滤网。

3.根据权利要求1或2所述的一种机房结构，其特征在于：所述的机房变速风扇(3)送风口与设备散热风扇的进风口对应，机房出风管(5)在机房内的入风口与机房内设备(7)散热风扇出风口对应。

4.一种机房结构，该机房为带走廊的空腔结构的封闭式机房，其特征在于：在机房(1)走廊侧墙壁上设置有冷气进风窗(4)，机房(1)内侧连接抽风箱(13)和变速风扇(3)，在机房(1)的外墙壁上部设置有使机房(1)内与大气连通的机房出风弯管(12)。

5.根据权利要求4所述的一种机房结构，其特征在于：所述的冷空气进风窗(4)上设置有防沙防尘过滤网。

6.根据权利要求4或5所述的一种机房结构，其特征在于：所述的机房变速风扇(3)进风口与设备散热风扇的进风口对应，出风弯管(12)在机房内的入风口端与机房内设备(7)的发热部位对应。

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