CN1831436A - 通信机房和基站用节能冷却装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种通信机房和基站用节能冷却装置，包括室外机和室内机，所述室外机包括冷凝器，室内机包括蒸发器，冷凝器和蒸发器通过管道串接组成封闭系统，循环工质在管道中循环，把热量从高温的室内空气转移到低温的室外空气。而采用本发明的装置，其节约了空调制冷中压缩部分的能耗，而达到制冷的目的，极大地降低了冷却的装置的成本，降低了能耗，且环保。

Description

通信机房和基站用节能冷却装置

技术领域

本发明涉及一种空气调节装置，尤其涉及一种通信机房和基站用节能冷却装置。

背景技术

随着电信运营市场竞争日益激烈，开源节流成为提高经营收益的有效办法。各大运营商一方面要通过挖掘网络潜力、发展新业务来增加业务收入，另一方面要想尽一切办法减少运营支出，特别是降低电费支出。据统计资料分析，基站中，空调用电量约占整个基站总用电量的54％，而(交换)机房中空调用电约占整个机房用电的42％。

由于机房和基站内设备发热量大，需要全年制冷。但空调是按全年气温最高时的环境条件来配置的，在全年的运行中，均需运行压缩机制冷。特别是在室外气温较低时，仍需模拟夏天的运行参数来保证室内温湿度的稳定。如果在冬季、春秋季节能利用室外较低的空气做冷源，将能有效较少压缩机的开机时间，达到较好的节能效果。

目前，利用室外冷源冷却室内环境主要有以下三种方式：

方式一、独立的新风机柜

在机房内安装独立的新风机柜，机柜内设有室外新风风阀和室内循环风阀。从室外新风风阀进入的室外新风和从室内循环风阀进入的室内回风混合后，经过初效过滤网和中效过滤网过滤灰尘，再通过湿膜加湿器提高其相对湿度，最后由风机送往室内各通信设备进行制冷。

该方式安装时，需要在新风机柜背部墙体上开孔并安装风管到机柜的新风风阀，在机房的其它墙体上开墙孔，并安装排风机。墙体上开孔的的尺寸取决于所引新风量。新风机柜由PLC控制。

方式二、引新风到机房空调

引室外新风到机房空调的回风口，和机房空调的回风混合；机房空调采集混合后的空气温湿度相应参数确定空调相应的动作。

本方式需要在机房的其它墙体上开孔并安装排风机。

方式三、空气-空气热交换式

在机房墙体上开两个孔，室外新风从一个孔进来，流经换热器，和室内循环风进行热交换后，从另一个孔排出。由于空气-空气换热器的体积较大，一般制作的容量较小，只用在基站中。

以上三种方式在理论上可以实现用室外冷源冷却室内空气，但是实际使用时，存在以下问题：

1、机房内湿度控制

方式一、二：室外新风的温度较低，含湿量较低，室外新风与室内回风混合后，在含湿量不变的情况下，室内空气温度升高，混合气的相对湿度降低，湿膜加湿器很难将湿度增加到所需的范围，并且湿度难以精确控制。

方式三：当室外新风温度低于0℃时，可能会在换热器上结冰。

2、凝露问题

方式一、二：室外新风与室内回风混合后，其温度如果低于机房内的露点温度，会在通信设备上凝露。

方式三：室内循环风与室外新风热交换后，其温度如果低于机房内的露点温度，会在通信设备上凝露。

3、机房洁净度

方式一、二：过滤网不能有效防止室外灰尘进入机房，一方面增加了成本，另一方面，机房实际上变成了开放环境，难以保障其洁净度，最终将影响到主设备的运行。

4、安装位置

方式一、二、三都需要在机房墙体上开新风口和排风口，对室内的安装位置有较大限制，对室外的美观也造成影响，并且有安全隐患，人或者动物可以由墙体上的口子通过。另外，如果机房或基站本身是租用的民房，由于不能破坏墙体，则难以应用以上三种方式对室内环境进行冷却。

综上所述，采用向室内引入新风为通信机房和基站直接降温的节能设备，无法到达机房和基站的空气调节要求，难以满足温度、湿度、洁净度的要求。

发明内容

本发明的目的就是为了解决以上问题，提供一种通信机房和基站用节能冷却装置，充分利用室外冷源冷却通信机房和基站室内设备，以节约能耗，并满足室内温度、湿度、洁净度的要求。

为实现上述目的，本发明提出一种通信机房和基站用节能冷却装置，包括室外机和室内机，所述室外机包括冷凝器，室内机包括蒸发器，冷凝器和蒸发器通过管道串接组成封闭系统，循环工质在管道中循环，把热量从高温的室内空气转移到低温的室外空气。

所述循环工质为氟利昂。

所述循环工质为氟利昂R22。

所述室外机还包括储液器和循环泵，储液器和循环泵串接在冷凝器和蒸发器之间，储液器的进液口与冷凝器的出液口相连，循环泵的出口与蒸发器的进液口相连，储液器的功能是保证一定的液位，防止气体进入循环泵，循环泵的功能是为储液器输出的液态循环工质增加压力和保持其一定的流量。

所述冷凝器和蒸发器分别包括风机与盘管，所述风机置于相应的盘管外侧，外置的风机控制空气的流量。

所述冷凝器和蒸发器还包括翅片，翅片沿径向套在相应的盘管上，空气通过翅片间的空隙。

所述室外机还包括温度传感器，温度传感器安装在循环泵和储液器连接处的管道上，温度传感器的输出控制冷凝器的风机的转速，控制液体循环工质的温度不低于0℃。

所述室外机还包括压力传感器，压力传感器检测冷凝器出口处的压力，控制冷凝器的风机的转速。

所述冷凝器的入口处设置压头控制阀，压头控制阀根据冷凝器中循环工质的压力，控制压头控制阀的开关程度。

在室内机与室外机的连接处设置截止阀。

相对于传统的制冷装置四个必要组件，压缩机、蒸发器、冷凝器和膨胀阀，本发明仅采用蒸发器和冷凝器，利用相变冷却的原理，采用循环工质作为热量传递介质，利用室内和室外温差所引起的蒸发器和冷凝器的压力差，作为循环的动力，形成循环工质在封闭系统中的自然循环，以达到带走室内热量的目的。传统的空调制冷中压缩机的耗电量占了绝大部分，其耗电量在80％以上，而采用本发明的装置，其节约了空调制冷中压缩部分的能耗，而达到制冷的目的，极大地降低了冷却的装置的成本，降低了能耗，且环保。

附图说明

下面通过具体的实施例并结合附图对本发明作进一步详细的描述。

图1是本发明结构原理示意图。

图2是本发明的压焓图。

图3是本发明冷凝器的风机与盘管结构示意图。

图4是本发明实施例二的结构示意图。

图5是本发明实施例三的结构示意图。

具体实施方式

参见图1，通信机房和基站用节能冷却装置，包括室外机1和室内机2，所述室外机1包括冷凝器11，室内机2包括蒸发器21，冷凝器11和蒸发器21通过管道串接组成封闭系统，循环工质在管道中循环，把热量从高温的室内空气转移到低温的室外空气。

由于室内与室外没有空气交换，机房和基站仍然是密闭的，避免了室外的灰尘进入室内，从而保证了机房和基站的洁净度。

本发明利用相变冷却的原理，采用循环工质作为热量传递介质，利用室内和室外的温差提供流体动力，形成循环工质在封闭系统中的自然循环，以达到带走室内热量的目的。

参见图2，其以循环工质的焓值h为横坐标，以压力的对数值1gP为纵坐标，图中的第一曲线A为饱和液体线，第二曲线B为干饱和蒸汽线，第一曲线A和第二曲线B向上延伸交于一点C，该点为临界点，第三曲线D是空调制冷循环曲线，第四曲线E是本发明的制冷循环曲线，其中第三曲线D上有四个点D1、D2、D3、D4，D1→D2的曲线段为蒸发的过程，D2→D3的曲线段为压缩的过程，D3→D4的曲线段为冷凝的过程，D4→D1的曲线段为膨胀的过程；第四曲线E上有两个点E1、E2，E1→E2的曲线段为蒸发的过程，E2→E1的曲线段为冷凝的过程。由图2所示，传统的空调制冷中压缩机的耗电量占了绝大部分，其耗电量在80％以上，而采用本发明的装置，其节约了空调制冷中压缩部分的能耗，而达到制冷的目的，极大地降低了冷却的装置的成本，降低了能耗，且环保。

为了保持循环工质在管道中循环的连续性，室外机1还包括储液器12和循环泵13，储液器12和循环泵13串接在冷凝器11和蒸发器21之间，储液器12的进液口与冷凝器11的出液口相连，循环泵13的出口与蒸发器21的进液口相连，储液器12保证一定的液位，防止气体进入循环泵13，循环泵13的功能与水泵相似，为储液器12输出的液态循环工质增加压力和保持一定的流量，循环泵13只能输送液体，当有气体混入时，工作不稳定，并容易产生“气蚀”。采用循环泵13后，供给蒸发器21的氟利昂量较大，往往在蒸发器21中没有完全蒸发成气体，就被派出到室外冷凝，这样，氟利昂在蒸发器盘管仲剧烈流动形成“紊流”，增大了换热能力。

循环工质采用氟利昂，其中氟利昂R22性能较好且最常用，使用氟利昂的最大优点是用相变来吸收和放出热量，这样就可以大大缩小制冷剂的流量、管路尺寸、循环泵和整机体积等。其他循环工质，例如乙二醇溶液，其是水和乙二醇的混合溶液，凝固点很低，要达到同样的换热量，管路的结构尺寸和循环泵的体积都要大许多。

管道采用铜管，热传递性能好；而且室内机和室外机通过铜管连接，只要在墙体上开小孔供铜管穿过即可，安装位置灵活，美观，同时避免了安全隐患。

参见图3，冷凝器和蒸发器均采用风机与盘管结构，盘管采用铜管，以冷凝器为例，氟利昂在盘管112内流动，空气从盘管112外流过，通过盘管112的管壁进行热交换。为了增大盘管112与空气的接触面积，更有利于散热，设置翅片113，翅片113沿径向套在盘管112上，翅片113采用铝制的，空气通过翅片113间的空隙，为了保证空气的流速和相应的空气流量，即克服阻力，由外置的风机控制空气流量。风机转速越快，空气流量越大，换热能力越强；转速越低，换热能力越小。

当室外温度低于室内温度时，氟利昂在冷凝器11中凝结成液体，汇集到储液器12中，室内机有制冷需求时，循环泵13开启，输送氟利昂液体经管路到室内机的蒸发器21中。室内空气穿过蒸发器21的盘管时，将热量传递给氟利昂。随着氟利昂在蒸发器21中的流动，逐渐由液态变成汽液共存状态，然后从蒸发器21流出；再经管道进入冷凝器11，放出热量，变为液态进入储液器12，完成一个循环。

如果室外温度过低，进入储液器12的液态氟利昂温度有可能低于0℃，经由循环泵13进入室内机蒸发器21时，有可能造成蒸发器盘管结冰，造成冷却效果下降和过度除湿，从而不能保持机房内一定的湿度，因此，冷凝器11使用可调速风机，在循环泵13和储液器12连接处的管道上设置温度传感器14，其输出控制冷凝器的风机111的转速，达到控制液体氟利昂温度最低不能低于0℃的目的。当氟利昂液体温度为0℃时，冷凝器的风机111停止运转；当液体温度超过10℃时，全速运转；在0℃-10℃之间线性可调，采用线性可调的方式，既可以与所需的风量匹配，同时调速装置较易实现。

在室外机1中设置压力传感器15，其检测冷凝器11出口处的压力，控制冷凝器的风机111的转速，当检测到压力低于0℃的饱和压力，即低于4.9Bar时，冷凝器的风机111停止转动；当检测到压力高于10℃的饱和压力即高于6.8Bar时，冷凝器的风机111全速运转；当检测到压力等于在0-10℃区间的饱和压力时，冷凝器的风机111转速线性可调。

在冷凝器11的入口处设压头控制阀16，当冷凝器11中压力高于6.8Bar时，压头控制阀16完全打开，从蒸发器21来的氟利昂全部进入冷凝器11冷凝；当冷凝器11中压力低于6.8Bar时，压头控制阀16部分打开，另一部分旁通至储液器12，使储液器12中液面下降，液体积存在冷凝器11中，从而增加冷凝器11出口处的液体过冷度并保证冷凝器11中的压力在4.9Bar以上。

为了室内机和室外机安装的方便，在室内机与室外机的连接处设置截止阀17，将本发明的装置安装在通信机房和基站之前，室内机与室外机是分离的，氟利昂保存在室外机中，室外机的管道两端用截止阀17封闭，室内机和室外机分别安装完毕，管路连接好后，打开截止阀17。

实施一，参见图1，包括蒸发器21、截止阀17、冷凝器11和储液器12组成。室外机的安装位置比室内机高出一定的高度，在冷凝器11中的液体氟利昂以重力为动力，流到蒸发器21中，在蒸发器21中吸收热量，变成气体，至冷凝器11中，完成循环。

实施例二，参见图4，在实施例一的基础上，冷凝器11的风机111由压力传感器15控制转速，压力传感器15检测冷凝器11出口处的液体压力，控制冷凝器的风机111的转速，当检测到压力低于0℃的饱和压力，即低于4.9Bar时，风机111停止转动；当检测到压力高于10℃的饱和压力，即高于6.8Bar时，风机111全速运转；在0-10℃区间内风机111的转速线性可调。

实施例三，参见图5，在实施例一的基础上，在冷凝器11入口处设压头控制阀16，当冷凝器11中压力高于6.8Bar时，压头控制阀16完全打开，从蒸发器21来的氟利昂全部进入冷凝器11中冷凝；当压力低于6.8Bar时，压头控制阀16部分打开，另一部分旁通至储液器12，使储液器12中液面下降，氟利昂液体积存在冷凝器11中，增加冷凝器11出口处的液体过冷度并保证冷凝器11中的压力在4.9Bar以上。

Claims (10)

1、一种通信机房和基站用节能冷却装置，其特征在于：包括室外机(1)和室内机(2)，所述室外机(1)包括冷凝器(11)，室内机(2)包括蒸发器(21)，冷凝器(11)和蒸发器(21)通过管道串接组成封闭系统，循环工质在管道中循环，把热量从高温的室内空气转移到低温的室外空气。

2、根据权利要求1所述的通信机房和基站用节能冷却装置，其特征在于：所述循环工质为氟利昂。

3、根据权利要求2所述的通信机房和基站用节能冷却装置，其特征在于：所述循环工质为氟利昂R22。

4、根据权利要求1至3其中之一所述的通信机房和基站用节能冷却装置，其特征在于：所述室外机(1)还包括储液器(12)和循环泵(13)，储液器(12)和循环泵(13)串接在冷凝器(11)和蒸发器(21)之间，储液器(12)的进液口与冷凝器(11)的出液口相连，循环泵(13)的出口与蒸发器(21)的进液口相连，储液器(12)的功能是保证一定的液位，防止气体进入循环泵(13)，循环泵(13)的功能是为储液器(12)输出的液态循环工质增加压力和保持其一定的流量。

5、根据权利要求4所述的通信机房和基站用节能冷却装置，其特征在于：所述冷凝器(11)和蒸发器(21)分别包括风机与盘管，所述风机置于相应的盘管外侧，外置的风机控制空气的流量。

6、根据权利要求5所述的通信机房和基站用节能冷却装置，其特征在于：所述冷凝器(11)和蒸发器(21)还包括翅片，翅片沿径向套在相应的盘管上，空气通过翅片间的空隙。

7、根据权利要求5所述的通信机房和基站用节能冷却装置，其特征在于：所述室外机(1)还包括温度传感器(14)，温度传感器(14)安装在循环泵(13)和储液器(12)连接处的管道上，温度传感器(14)的输出控制冷凝器的风机(111)的转速，控制液体循环工质的温度不低于0℃。

8、根据权利要求5所述的通信机房和基站用节能冷却装置，其特征在于：所述室外机(1)还包括压力传感器(15)，压力传感器(15)检测冷凝器(11)出口处的压力，控制冷凝器的风机(111)的转速。

9、根据权利要求5所述的通信机房和基站用节能冷却装置，其特征在于：所述冷凝器(11)的入口处设置压头控制阀(16)，压头控制阀(16)根据冷凝器(11)中循环工质的压力，控制压头控制阀(16)的开关程度。

10、根据权利要求5所述的通信机房和基站用节能冷却装置，其特征在于：在室内机(1)与室外机(2)的连接处设置截止阀(17)。

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