CN109340963A - 无人值守机房或基站使用的倒u形单管虹吸降温节能装置 - Google Patents

Abstract

为了维持无人值守机房或基站里设备的正常工作温度，就必须利用空调机进行降温，为此而消耗不少电量。十多年前出现的新风节能系统，虽然可以节能，但在通风时很容易把室外的灰尘等污染物带入室内，即使采用空气过滤装置，不仅需要经常维护，还仍然难免给室内造成污染，而且还消耗不少电能。本发明“无人值守机房或基站使用的倒U形单管虹吸降温节能装置”，是一种利用虹吸现象将室内热空气引导出室外，在室外散热降温后再自动流回室内，来实现降温节能的。整个室外循环的过程不需要提供能量，成本极低，安全可靠，不需要进行维护，还完全没有噪音和污染，能够明显减少空调机的工作时间，起到节电和延长空调机寿命的作用。

Description

无人值守机房或基站使用的倒U形单管虹吸降温节能装置

(一)技术领域：本发明属于通信机房和基站节能技术领域。

(二)背景技术：在内有电器设备常年自动运行的各种无人值守机房和星罗棋布的移动通信基站，由于无人值守，通常都处于密闭状态。里面的通信设备，即使是比较节能的新式设备，在运行时也会不断产生热量，如果不能及时散热，就会导致室内温度不断升高，使设备难以继续正常运行。为了维持设备的正常工作温度，就必须把设备工作时产生的热量散发到室外去。为此目的，通常是利用空调机来进行控温(降温)的。每一个机房和移动通信基站为了维持正常工作温度而进行的控温空调，其累积消耗的电量都是不小的。十多年前出现了在室外气温较低时，利用引入室外的凉空气来为设备降温的新风节能系统。这种新风节能系统虽然可以节能，但还必须引入室外的凉空气为设备降温，而且普通的新风系统的通风量还比较大，很容易把室外的灰尘等污染物带入室内，即使在进风口采用空气过滤装置，不仅需要经常维护，而且仍然难以避免给室内造成污染。通风系统不仅仍然需要消耗不少电能，而且还需要配备比较复杂的自动控制系统。

现在本发明提出的“无人值守机房或基站使用的倒U形单管虹吸降温节能装置”，是一种单管道的降温装置。在室外气温低于室内热空气温度时，利用热、冷空气的比重不同，其在倒U形密封管道里就会形成热升冷降的虹吸作用，造成不需要供能的空气自然流动通风，使机房或基站室内的热空气能够持续不断地进入密封管道里，隔着容易传热的管道壁，与室外的凉空气进行热交换，室外降温后再返回室内。通过这种室内空气持续的“室外循环”，就可以实现为室内热空气降温的目的。利用这种不需要供能的持续的自然通风装置来为机房或基站降温，就可以大大减少空调机的开启时间，达到节能的目的。

(三)发明内容：“无人值守机房或基站使用的倒U形单管虹吸降温节能装置”是一种在无人值守机房或基站使用的降温节能装置。这种装置安装在机房或基站的室外，由一个或几个 (一组)各自独立的倒U形密封单管道系统组成。每个倒U形单管道系统是由进气口[1]和进气管[2]、上行气管[3]、倒U形管[4]、下行气管[5]以及出气管[6]和出气口[7]组成，这个单管道循环通风系统是密封的。在管道里面流动的室内空气，与管道外面紧挨的室外空气不相互沟通。这种气密性单管道通风散热结构的主要散热部分，是竖直而立的上行气管[3]、倒U形管[4]和下行气管[5]，其进气口[1]和进气管[2]与机房或基站室内热空气所在的上部空间相连，而出气管[6]和出气口[7]与机房或基站室内较凉空气所在的下部空间相连。因此，上行气管[3]和下行气管[5]并不等长。下行气管[5]比上行气管[3]长一些，大约长出机房或基站上、下空间的高度，也就是进气口[1]和出气口[7]之间的高度差。

包括上行气管[3]、倒U形管[4]和下行气管[5]在内的、竖直而立的倒U形密封管道散热结构的高度，也就是顶部倒U形管[4]所处的高度，通常在3米至30米之间，而管道的直径在4厘米至20厘米之间。根据具体情况，一般选择管道结构的高度在15米左右，而管道直径在10厘米左右为宜。

“无人值守机房或基站使用的倒U形单管虹吸降温节能装置”(简称“基站倒U形单管降温节能装置”)运行的基本原理，是由于竖直而立的密封管道的上行气管[3]和下行气管[5] 里面的空气温度热、凉不同，因而分别具有不同的比重，使得上行气管[3]里面较热较轻的空气上升，而下行气管[5]里面较凉较重的空气下沉，在密封管道里形成虹吸效应，产生自动的单向流动，从而将机房或基站室内的热空气自动引导出室外，流经室外的密封管道，并隔着容易传热的管道壁，与室外较凉的空气进行热交换，被冷却之后再流回室内，就可以实现自动降低室内空气的温度。在这里，一个关键问题在于，整个管道系统必须是气密性的，否则就难以形成虹吸效应。管道的密封连接方法，可以焊接，也可以用加有密封垫圈的螺丝口对接或法兰盘等方式连接。

由于“无人值守机房或基站使用的倒U形单管虹吸降温节能装置”具有较高的竖直而立的管道，因此为了能够安全牢固地安装和正常使用，就需要有可以依附的、能够牢固竖立的支架。通常情况下，竖直而立的倒U形管道散热结构可以利用机房或基站现有的铁塔或天线支架作为支撑架[11]而附着安装，也可以单独竖立一个像电线杆那样的独立牢固的支撑杆，将倒U形管道散热结构附着安装在支撑杆上。

“无人值守机房或基站使用的倒U形单管虹吸降温节能装置”的倒U形管道散热结构，是由容易传热的金属材料制成的。由于是室外使用，因此材料本身要具有耐候性，或进行耐候的表面处理。而且，为了加强管道内、外空气热交换的面积、效能和速度，最好使用管道外带有散热片的翅片管制作。

由于“无人值守机房或基站使用的倒U形单管虹吸降温节能装置”是在室外使用的，就免不了会被太阳晒。而太阳晒不利于散热，因此需要在能够被太阳晒的向阳面，加装可防太阳晒的遮阳板[10]。遮阳板稍微与散热管道离开一些距离，而不与散热管道相接触，避免将太阳晒产生的热量传到散热管上。

为了在室外气温与室内热空气的温度相近、但仍然低于室内热空气温度时，仍能产生较好的降温作用，可以在机房或基站室内的进风口[1]前，安装一个带有聚风罩[8]的小型风扇 [9]，其聚风罩的出风口直径稍小于进气口[1]的直径，对准进气口[1]安装，但与进气口[1] 离开一定距离而不相连接，这样既可以在开启小风扇时能够加速管道里气体的流动，又不会因为小风扇和聚风罩的存在而在不开小风扇时阻碍气体的自动流入。在这里，小风扇的启动需要有自动控制，使其只在室内外温差较小、而室外温度仍然低于室内上方热空气温度时才启动，而一旦室外温度高于室内上方热空气的温度，就自动关闭小风扇。也可以不安装这个小风扇，完全依靠自然虹吸的力量，产生具有降温作用的气体室外循环流动。一旦室外温度高过室内上方热空气的温度，被室外气体加热了的管道里的气体，由于其比重比室内上方热空气的比重更小，因此比室内更热的空气不会自动流进室内。

此外，为了使倒U形管能够稳定地附着安装在铁塔或塔架上，还有必要在适当位置安设起固定作用的结构性支架[12]。

通信机房或基站采用这种“无人值守机房或基站使用的倒U形单管虹吸降温节能装置”来实现节能，不仅成本极低，而且安全可靠，完全不需要进行维护，还完全没有噪音和污染，虽然不能完全取代空调机的作用，但却能够明显减少空调机的工作时间，节省空调机用电，延长空调机的使用寿命，减少报废空调机形成的电子垃圾，以及其损坏时释放出的制冷剂对大气环境所产生的污染。同时，这种成本低廉的基本设施还不会像空调机那样成为盗贼偷盗的目标，不会因被盗而失去效用。只要室外气温不高于室内热空气的温度，这种装置就能自动运行发挥节能作用。

这种节能装置适合在全国范围内使用，即使是南方气温比较高的地区，也会有多半时间处于室外温度低于室内热空气的时段，这种降温装置就能自动发挥节能作用。

(四)附图说明：图1是“无人值守机房或基站使用的倒U形单管虹吸降温节能装置”的纵向剖面，及其附着安装在铁塔(支撑架)的状况，和与机房或基站上、下墙壁连接的示意图，也表示了室内空气在这种降温节能装置里流动的路径。

其中，数标[1]表示这种装置的进气口，同时也是机房或基站上部墙壁的出气口；数标 [2]表示该管道装置的进气管；数标[3]表示上行气管；数标[4]表示顶部的倒U形管；数标 [5]表示下行气管，数标[6]表示出气管，数标[7]表示管道系统的出气口，同时也是机房或基站下部墙壁的进气口；数标[8]表示小风扇的聚风罩，数标[9]表示小风扇，数标[10]表示遮阳板，数标[11]表示管道装置的支撑架，数标[12]表示将管道结构依附安装在支撑架上所使用的结构性支架。

(五)具体实施方式：

通常，“无人值守机房或基站使用的倒U形单管虹吸降温节能装置”的上行气管[3]、倒 U形管[4]、下行气管[5]由容易传热并具有耐候性的比较轻便的金属翅片管密封在一起组成。进气管[2]和出气管[6]既可以使用金属翅片管，也可以用普通金属管或用工程塑料管充当。需要特别注意的是，这套装置从进气口[1]开始，到进气管[2]、上行气管[3]、U形管[4]、下行气管[5]，以及出气管[6]直到出气口[7]，全都处于密封连接状态。也就是说，室内空气在整个室外循环的过程中，既不会从某个缝隙处流出，也不会有室外空气从某个缝隙处流入。整个管道系统只有实现密封，才能具有虹吸效果和起到自动循环降温作用。

这个装置的循环通风系统虽然与室外空气不直接沟通，但却可以通过管道装置的器壁，尤其具有大接触面积和高传热能力的金属翅片管的管壁和翅片，与室外空气进行热交换。而且，只要室外温度比室内上方热空气的温度低，管道里的空气与室外空气进行热交换而散热后，就会自动顺着下行气管[5]向下沉，并经出气口[7]向室内流动，而同时，室内上方的热空气也会自动从进气口[1]流进本管道散热装置，并顺序通过密封连接的进气管[2]、上行气管[3]、倒U形管[4]、进入下行气管[5]，并通过出气管[6]和出气口[7]，流回室内，形成循环流动。在这个循环过程中，流入管道的室内热空气只是通过管道的器壁和翅片与室外较凉的空气进行热交换。由于在整个热交换的过程中，空气是被管道封闭的，没有直接进入室外空气，因此也就不会带进来灰尘等污染物。又由于这个循环流动是利用自然规律，依靠因热空气与凉空气的比重不同而造成的升、降作用，和虹吸效果所形成的自然通风，来实现循环流动和进行热交换的，因此在通常情况下是不耗能的，也没有噪音。即使在个别时段开通电力小排风扇加速通风，由于排风扇的功率不大，耗电量很少，也几乎没有噪音。

在室外温度比室内热空气的温度低时，由于从进气口[1]，到出气口[7]，整个管道系统是密封连接的，上行气管[3]连接的是室内比重小的热空气，本身具有向上的升腾力量，而下行气管[5]里面是经过散热后比重比较大的凉空气，所连接的也是室内下方较凉较重的空气，因此室内上方的热空气就会向管道装置内流入，并从管道装置下方流出，回到室内，形成单向循环，而不会发生反向流动。这就是一种气体的虹吸过程。而在夏天天气热，室外气温比室内上方的热空气温度更高时，室外的热空气即使加热了室外管道里的空气，由于这种管道里比室内上方热空气更热的空气比重更轻，就不会从管道里流进室内，不会导致室内气温进一步升高，也不会影响此种状态下利用空调机的降温。

之所以要将这样的管道系统附着安装在基站铁塔的背阴面，主要是由于这种管道结构比较高，独立安装时需要坚牢的底座和支架，否则有可能经不起风吹而倒塌，造成事故和危害；而且还需要专门的防晒遮阳措施，否则会因太阳晒而降低管道里气体的降温效果。利用铁塔作支架，安装在背阴面，既能起到支撑作用，还可以遮挡阳光。当然，如果铁塔的遮阳效果不足，还需要安装遮阳板。

Claims (7)

1.一种无人值守机房或基站使用的降温节能装置，其特征是由安装在机房或基站室外的一个或一组各自独立、并且竖直而立的倒U形单管道气密性通风管系统组成，包括进气口[1]和进气管[2]、上行气管[3]、倒U形管[4]、下行气管[5]以及出气管[6]和出气口[7]七个部分，其进气口[1]和进气管[2]与机房或基站室内热空气所在的上部空间相连，而出气管[6]和出气口[7]则与机房或基站室内较凉空气所在的下部空间相连，利用在倒U形密封管道两边上行气管[3]和下行气管[5]里热、凉空气不同比重造成的升、降和虹吸作用，自动实现气体的室外循环流动，并在循环流动过程中，从室内流出的热空气隔着管道容易传热的管壁，与较凉的室外空气进行热交换，降温后再从下方的出气口流入室内，实现室内空气的循环降温。

2.根据权利要求1所述的无人值守机房或基站使用的降温节能装置，其由上行气管[3]、倒U形管[4]和下行气管[5]构成的竖直而立的倒U形单管道散热结构，可以附着依附安装在机房或基站现有的铁塔或天线支架旁，或附着安装在专门设立的独立牢固的竖直支撑杆架上。

3.根据权利要求1所述的无人值守机房或基站使用的降温节能装置，其包括上行气管[3]、倒U形管[4]、下行气管[5]在内的、竖直而立的倒U形单管道气密性散热结构的高度，在3米至30米之间，而管道的直径在4厘米至20厘米之间。

4.根据权利要求1所述的无人值守机房或基站使用的降温节能装置，其倒U形单管道散热结构，是由容易传热的金属材料制成，优选使用其外带有散热片的翅片管制作。

5.根据权利要求1所述的无人值守机房或基站使用的降温节能装置，其特征是在竖直而立的倒U形单管道散热结构的支架上，还安装有可防太阳晒的遮阳板。

6.根据权利要求1所述的无人值守机房或基站使用的降温节能装置，其特征是在机房或基站室内的进气口前，可以安装能够加快气体流动的带有聚风罩的小型风扇，其聚风罩出风口的直径稍小于管道进气口[1]的直径，对准进气口[1]但与进气口[1]离开一定距离而不相连接。

7.根据权利要求6所述的小型风扇，采用温度控制电路实现自动控制，只在室外温度低于室内上方热空气温度，并且室内、外温差较小时启动，通过加速气体流动来增强降温效果。