CN103900180B

CN103900180B - 一种通信机房外循环热交换节能装置

Info

Publication number: CN103900180B
Application number: CN201410153275.9A
Authority: CN
Inventors: 桑永礼
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-04-17
Filing date: 2014-04-17
Publication date: 2016-03-16
Anticipated expiration: 2034-04-17
Also published as: CN103900180A

Abstract

本发明公开了一种通信机房外循环热交换节能装置，它是在机房的后外侧设有热量交换器，热量交换器的框架内设有冷却散热管道，热量交换器的左侧设有冷风集风箱，冷风集风箱的出风口上设有左右两个冷风通道，机房内设有通信网络设备，通信网络设备的后侧装有空调机，空调机的底端设有地槽，通信网络设备的底端设有冷风通道槽，冷风通道槽的上端设有冷风进风网板，通信网络设备的上端设有冷风出风孔，空调机底端的地槽内设有冷风池，冷风通道槽依次分别与冷风池相连接，热风箱的右端设有抽风机，抽风机的右侧装有抽风管道，抽风管道的吸风口安装在机房内，机房内设有温控仪，温控仪的左外侧设有室外温度传感器。

Description

一种通信机房外循环热交换节能装置

技术领域

本发明涉及一种通信机房的空气流通设备，确切的说是一种通信机房外循环热交换节能装置。

背景技术

随着社会的进步及通信网络事业的迅猛发展，各地通信网络的站点及IDC通信机房已“星罗棋布”，而且为了提高通信质量，还有加密增扩的趋势，与其同时运营的网络设备能耗支出亦呈直线上升态势。因此，如何在确保网络质量的前提下节能降耗，降低运营商网络运行及维修成本，实现“低成本、高效益”运营，是摆在每个运营商面前最大的难题。

目前，现有的通信机房均采用隔热密封的墙体结构，在环境温度高于机房设定温度（一般为21℃-26℃）时，可以避免外界热量传导侵入，在一定程度上降低了空调制冷能耗；但这种密闭围体结构在环境温度低于机房温度设定温度时，不能利用外界冷源给室内降温，只能依靠空调制冷保持通信机房环境设定的温度，造成通信机房空调制冷能耗的极大浪费，给运营商造成巨大的网络运维成本压力。

虽有少数通信机房尝试采用机房通风，在环境温度低于机房温度设定温度（一般为21℃-26℃）时，直接引入外界环境冷源，来降低通信机房温度，减少空调制冷能耗，但使用中又存在下列缺陷：

一是效能低下：由于通信机房防潮、防尘的要求，现有通信通风设备一般采用两级过滤、吸收，而采用两次过滤，虽在一定程度上解决了防尘、防潮问题的同时，但也带来了一个根本问题，那就是经过两级滤网的阻挡，机房通风设备实际引入冷风量较小，新风载热量严重不足，使用效果不明显。二是维护工作量大：在空气质量、环境温度及温差的变化是调整机房温度的关键时段，我国江淮以北区域的春、秋、冬三个季节，普遍存在扬沙、浮尘、飘絮现象。在机房通风电机运行期间，出现的扬沙、浮尘、飘絮，常常导致两级过滤网短时间运行就会出现“脏堵”现象。根据实际维护经验，一般机房通风节能设备运行半月左右，就会形成完全脏堵现象，需要要换一次两级滤网，一个地市布有数百个站点，维护工作量可想而知。三是运行成本高：半个月更换一次两级滤网，带来至少两方面的成本问题：需要配置大量滤网备件，增加成本很高；需要投入大量的维护人力物力、交通工具，这进一步增加运行成本。四是实际上处于废弃状态：在当前网络维护经费受限，维护人员、交通工具配置相对紧张情况下，半个月更换一次两级滤网根本不可能做到的。这就导致我们通信企业投入大量资金，建设的成千上万个通信机房通风设备，不能及时更换滤网，绝大部分因为脏堵实际上已不起作用，处于废弃状态，同时电机运转还要消耗电能，这是一种何等“犯罪”级别的浪费。五是存在火灾事故隐患：在外界环境温度运行温度设置的时候，即使通信机房通风设备滤网处于“脏堵”状态，通风电机也会持续运转。我们知道，通风电机本身是依靠流通冷风进行冷却的，这种状态下实际上是基本没有冷风流通电机的，就会导致通风电机线圈长期持续升温，极易出现绝缘老化破坏，甚至引起短路起火事故的发生，存在明显的火灾安全事故隐患。

发明内容

本发明的方案就是克服上述缺陷，提供一种通道密闭式通信机房外循环热交换节能装置，以提高通信网络设备的工作环境质量，降低网络运行维修投入，实现“低成本，高效益”运营。

本发明的方案是由机房、冷风通道、抽风管道、热量交换器、温控仪、抽风机、空调机、冷风池及冷风通道槽组成，其结构特点是在机房的后外侧设有热量交换器，热量交换器的框架内设有冷却散热管道，热量交换器的左侧设有冷风集风箱，冷风集风箱的出风口上设有左右两个冷风通道，左右两个冷风通道上设有左右两个加力风机。机房内设有通信网络设备，通信网络设备依次排列安装在机房内，通信网络设备的后侧装有空调机，空调机的底端设有地槽，通信网络设备的底端设有冷风通道槽，冷风通道槽的上端设有冷风进风网板，通信网络设备的上端设有冷风出风孔。空调机底端的地槽内设有冷风池，冷风通道槽依次分别与冷风池相连接，左右两个冷风通道的出风口分别连接在冷风池左右两端的进风口上，进风口上分别设有自闭式活动隔热门。热量交换器的右端设有热风箱，热风箱的右端设有抽风机，抽风机的右侧装有抽风管道，抽风管道的吸风口安装在机房内，抽风管道的机房入口处装有自闭式活动隔热门，抽风管道的中部设有助力引风机。机房内设有温控仪，温控仪的左外侧设有室外温度传感器，右侧设有室内温度传感器，温控仪的左下侧设有交流供电接触器。

其工作过程

1、在温控仪上设置启停温度（电机启动温度设置点室外温度为20℃，电机关闭温度设置点为通信机房室内温度为21℃）；

2、通信机房室外温度传感器检测通信机房室外环境温度；

3、当通信机房室外环境温度达到电机启动设定温度低于20℃时，温控仪发送电机开启控制驱动信号；

4、电机交流供电接触器电磁线圈得电工作，交流供电接触器吸合导通，抽风机电机、助力风机电机运行开始抽风；

5、热风风道内的空气开始流动，在热风自闭式隔热活动门处形成负压，开启热风自闭式隔热活动门，将通信机房内温度较高的热风气体抽入风道；

6、通信机房内温度较高气体在风道内流动，进入热量交换器，通过铝制导热板，将热量传递到通信机房外部环境，变成温度较低的空气（以下简称冷风）；

7、冷风经加力风机抽吸进入冷风通道，在冷风自闭式隔热活动门处形成正压，打开自闭式活动门进入冷风通道槽，由冷风通道槽上端的进风网板向上，经通信网络设备上端的冷风出风孔排出，参与空调气流循环；

8、通信机房内的温度下降到机房环境保障温度设置点（24℃），通信机房空调停止工作；

9、当通信机房室外环境温度达到电机关停设定温度电机关停温度设置点温度低于21℃时，温控仪停止发送电机开启控制驱动信号；

10、电机交流供电接触器电磁线圈失电，交流供电接触器放开触头导通，电机停止运转，通风停止；

11、当机房温度高于23度时，自动执行（3-10）工作步骤，但通信机房空调不再运行；

12、当外界环境温度高于20℃，温控仪停止发送电机开启控制驱动信号；电机交流供电接触器电磁线圈失电，交流供电接触器放开触头导通，电机停止运转，通风停止；

13、热风自闭式隔热活动门、冷风自闭式隔热活动门在弹簧弹力作用下，自动关闭，保证通信机房自身密闭隔热；

14、通信机房温度上升，到达机房环境保障温度设置点（24℃左右），通信机房空调开始工作；

15、如通信机房突发火灾，温控仪根据室内温度传感器温度检测结果（大于65℃），自动停止发送电机开启控制驱动信号，电机交流供电接触器电磁线圈失电，交流供电接触器放开触头导通，电机停止运转，通风停止。热风自闭式隔热活动门、冷风自闭式隔热活动门在弹簧弹力作用下，自动关闭，保证通信机房自身消防密闭。

四、本发明创新点

（一）本发明节能效果明显

如上图，铝制导热板采用双接触面折叠45^o安装，最大限度保证热量交换。

根据Q＝Q:导热量；λ：导热系数，铝为0.237KW/(m²·℃)，b：厚度；（t₁-t₂）：温差则每平方米0.005m厚度铝板在通信机房内外温差为10℃时为{[0.237KW/(m²·℃)]/0.005}*10*1.44*2=68.25KW，

基本上相当于1台制冷量为50KW的通信机房空调，只消耗通风电机运转能量，制冷能效比高达40-60，是通信机房空调的20倍以上。

以直流负荷2000A通信机房计算，热负荷为53.6V*2000A=107.2KW，

密闭隔热通信机房空调能耗为107.2KW/2.5(一般机房空调能效比)=42.88KW，该通信机房外循环热交换节能装置配置2.5平方即可满足在通信机房室外温度16℃时机房温度保障需求；配置5平方即可满足在通信机房室外温度20℃时机房温度保障需求。

根据相关资料，江淮以北区域室外温度16℃以下时间段至少为全年的5/12；20℃以下时间段至少为全年的6/12。

我们按16℃以下时间段计算节能效益，风机运转能耗为3KW，则年节省用电有(42.88KW-3KW)*24*365*5/12=145562KWH，按生产综合电费1.00/KWH计算，年节省通信企业电费支出14.56万元。

而本发明建设投资成本不超过5万元，不到半年即可收回投资，具有较高的经济回报。

（二）自动化程度高，自适应能力强，基本不需专门维护

1、根据通信机房外界环境温度自动开启、关闭通风，自适应能力强，自动化程度高，基本不需人为操作，维护成本低；在发生火灾时自动停止通风；

2、采用弹簧自闭式隔热防火活动门，在风机运转时形成的正、负压，自动开启；在风机停止运行时，在簧力作用下自动关闭，确保通信机房防火密闭，不需专门控制电路，节能、安全、可靠。

（三）适用范围广，适用时段长。

从上图可以看出，我国长江以北区域及青海、西藏等广大区域，年平均气温在16℃以下，采用本发明，可节约通信机房空调制冷电费50%-80%（根据区域差异，效益运行时段长短有所区别），具有明显的经济效益。

（四）适合规模化推广使用

1、技术成熟，市场化程度高

本发明采用的温控仪、抽风助力风机电机市场有售，自闭式隔热活动门、风道结构简单，节约投产成本；

2、本发明所用材料、设备，市场有售，成本低廉，易大范围推广使用。

（五）安全程度高

本发明整个换热循环气体流动均在密闭箱、道内进行，热量交换通过铝制导热板传导交换，不与外界环境接触，根本杜绝灰尘、潮气进入机房。

在如通信机房突发火灾，温控仪根据室内温度传感器温度检测结果（大于65℃），自动停止发送电机开启控制驱动信号，电机交流供电接触器电磁线圈失电，交流供电接触器放开触头导通，电机停止运转，通风停止。热风自复式隔热活动门、冷风自复式隔热活动门在弹簧弹力作用下，自动关闭，保证通信机房自身消防密闭。

本发明结构简单，完全贴合国家节能减排政策，符合企业安全、消防标准要求。

下面结合附图作进一步详细说明。

附图说明

图1为外循环系统俯视结构示意图；

图2为外循环系统侧视结构示意图；

图3为外循环系统后视结构示意图；

图4为热交换器结构示意图；

图5为自闭式隔热门结构示意图；

图6为控制电路连接示意图；

图7为散热管道结构示意图；

图8为中国年平均气温分布图。

具体实施方式

图1-4中示出的机房1的后外侧设有热量交换器7，热量交换器的框架33内设有冷却散热管道34，热量交换器的左侧设有冷风集风箱6，冷风集风箱的出口上设有左冷风通道4，右冷风通道5，左冷风通道上设有左加力风机3，右冷风通道上设有右加力风机11，机房内设有通信网络设备16，通信网络设备依次排列安装在机房内，通信网络设备的后侧设有空调机10，空调机的底端设有地槽，通信网络设备的底端设有冷风通道槽20，冷风通道槽的上端设有冷风进风网板21，通信网络设备的上端设有冷风出风孔19，空调机底端的地槽内设有冷风池13，冷风通道槽依次分别与冷风池相连接，左冷风通道4的出风口连接在冷风池左端的左进风口上，左进风口上设有左自闭式活动隔热门2，右冷风通道5的出风口连接在冷风池右端的右进风口上，右进风口上设有右自闭式活动隔热门12，热量交换器的右端设有热风箱9，热风箱的右端设有抽风机8，抽风机的右侧装有抽风管道15，抽风管道的吸风口18安装在机房内，抽风管道的机房入口处设有自闭式活动隔热门17，抽风管道的中部设有助力引风机14，机房内设有温控仪。

图5中示出的自闭式活动隔热门由门框、隔热门及张紧弹簧组成，门框22的里侧设有隔热门23，隔热门的右端与门框的连接处装有复位弹簧24。

图6中示出的机房内设有温控仪30，温控仪的左外侧设有室外温度传感器29，右侧设有室内温度传感器31，温控仪的底侧设有控制电路连接线32，温控仪的左下侧设有交流供电接触器28，交流供电接触器的下端连接有抽风机电机27，助力引风机电机26及左右两个加力风机电机25。

图7中示出的冷却散热管道34由外管及内管组成，外管的中部设有内管36，内管与外管之间设有折叠式导热片35。

图8中示出的气温分布图上，我国长江以北区域及青海、西藏等广大区域平均气温都在16℃以下，将本发明在全国推广，可节约通信机房空调制冷电费50-70%以上。

Claims

1.一种通信机房外循环热交换节能装置，由机房、冷风通道、抽风管道、热量交换器、温控仪、抽风机、空调机、冷风池及冷风通道槽组成，其特征在于：所述机房（1）的后外侧设有热量交换器（7），热量交换器的框架（33）内设有冷却散热管道（34），热量交换器的左侧设有冷风集风箱（6），冷风集风箱的出口上设有左冷风通道（4），右冷风通道（5），左冷风通道上设有左加力风机（3），右冷风通道上设有右加力风机（11），机房内设有通信网络设备（16），通信网络设备依次排列安装在机房内，通信网络设备的后侧设有空调机（10），空调机的底端设有地槽，通信网络设备的底端设有冷风通道槽（20），冷风通道槽的上端设有冷风进风网板（21），通信网络设备的上端设有冷风出风孔（19），空调机底端的地槽内设有冷风池（13），冷风通道槽依次分别与冷风池相连接，左冷风通道（4）的出风口连接在冷风池左端的左进风口上，左进风口上设有左自闭式活动隔热门（2），右冷风通道（5）的出风口连接在冷风池右端的右进风口上，右进风口上设有右自闭式活动隔热门（12），热量交换器的右端设有热风箱（9），热风箱的右端设有抽风机（8），抽风机的右侧装有抽风管道（15），抽风管道的吸风口（18）安装在机房内，抽风管道的机房入口处设有自闭式活动隔热门（17），抽风管道的中部设有助力引风机（14），机房内设有温控仪，温控仪的左外侧设有室外温度传感器（29），右侧设有室内温度传感器（31），温控仪的底侧设有控制电路连接线（32），温控仪的左下侧设有交流供电接触器（28），交流供电接触器的下端连接有抽风机电机（27），助力引风机电机（26）及左右两个加力风机电机（25），其循环热交换工作过程如下：

（1）在温控仪上设置启停温度，电机启动温度设置点室外温度为20℃，电机关闭温度设置点为通信机房室内温度为21℃；

（2）通信机房室外温度传感器检测通信机房室外环境温度；

（3）当通信机房室外环境温度达到电机启动设定温度低于20℃时，温控仪发送电机开启控制驱动信号；

（4）电机交流供电接触器电磁线圈得电工作，交流供电接触器吸合导通，抽风机电机、助力风机电机运行开始抽风；

（5）热风风道内的空气开始流动，在热风自闭式隔热活动门处形成负压，开启热风自闭式隔热活动门，将通信机房内温度较高的热风气体抽入风道；

（6）通信机房内温度较高气体在风道内流动，进入热量交换器，通过铝制导热板，将热量传递到通信机房外部环境，变成温度较低的空气，以下简称为冷风；

（7）冷风经加力风机抽吸进入冷风通道，在冷风自闭式隔热活动门处形成正压，打开自闭式活动门进入冷风通道槽，由冷风通道槽上端的进风网板向上，经通信网络设备上端的冷风出风孔排出，参与空调气流循环；

（8）通信机房内的温度下降到机房环境保障温度设置点，即24℃时，通信机房空调停止工作；

（9）当通信机房室外环境温度低于电机关停设定的设置点温度21℃时，温控仪停止发送电机开启控制驱动信号；

（10）电机交流供电接触器电磁线圈失电，交流供电接触器放开触头导通，电机停止运转，通风停止；

（11）当机房温度高于23度时，自动执行（3）-（10）工作步骤，但通信机房空调不再运行；

（12）当外界环境温度高于20℃，温控仪停止发送电机开启控制驱动信号；电机交流供电接触器电磁线圈失电，交流供电接触器放开触头导通，电机停止运转，通风停止；

（13）热风自闭式隔热活动门、冷风自闭式隔热活动门在弹簧弹力作用下，自动关闭，保证通信机房自身密闭隔热；

（14）通信机房温度上升，到达机房环境保障温度设置点，即24℃时，通信机房空调开始工作；

（15）如通信机房突发火灾，温控仪传感器温度检测的结果大于65℃时，自动停止发送电机开启控制驱动信号，电机交流供电接触器电磁线圈失电，交流供电接触器放开触头导通，电机停止运转，通风停止，热风自闭式隔热活动门、冷风自闭式隔热活动门在弹簧弹力作用下，自动关闭，保证通信机房自身消防密闭。

2.根据权利要求1所述的通信机房外循环热交换节能装置，其特征在于：所述的自闭式活动隔热门由门框、隔热门及张紧弹簧组成，门框（22）的里侧设有隔热门（23），隔热门的右端与门框的连接处装有复位弹簧（24）。

3.根据权利要求1所述的通信机房外循环热交换节能装置，其特征在于：所述的冷却散热管道（34）由外管及内管组成，外管的中部设有内管（36），内管与外管之间设有折叠式导热片（35）。