CN207395066U - 一种基于空气介质的基站机房地埋式换热装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于空气介质的基站机房地埋式换热装置，在地面设置一个深度不小于10米的井，所述井内设置一组套管，套管包括第一管道、第二管道且基站机房内的气体能进入第一管道中，第一管道与第二管道之间的夹层构成气体进气管且其中的气体通过土壤进行温度调节。本方案的最大好处在于利用地下土壤自身的恒温特性作为温度调节源，而通过土壤对气体进行换热，从而实现对地面上密闭空间内的温度调节；相比与现有的空调，本方案只需要对风机进行供电，就能实现空气的循环流动，从而实现对机房目标温控区域内的温度调节；而消耗的电量与空调相比明显减少。
Description
技术领域
本发明涉及空气温控领域，尤其是节能环保领域，具体为一种基于空气介质的基站机房地埋式换热装置。
背景技术
公用移动通信基站是无线电台站的一种形式，是指在一定的无线电覆盖区中，通过移动通信交换中心，与移动电话终端之间进行信息传递的无线电收发信电台。移动通信基站的建设是我国移动通信运营商投资的重要部分，移动通信基站的建设一般都是围绕覆盖面、通话质量、投资效益、建设难易、维护方便等要素进行。
而我国大部分通信基站都是修建在户外的高山上，特别是在夏季，户外温度高导致基站内存放设备的机房温度也非常高，按照一贯的方式都是采用空调对机房进行降温，对设备区域温控在45℃以下，对ups电源区域温控要求在30℃以下。一般情况下，宏站机房根据具体情况配置一到三台空调，在机房内完成上述温控要求；一体化站中，设备柜通过内外风独立循环结构采用强制换热方式进行柜内制冷，保证设备柜内＜45℃，含ups电源的机柜配置机柜式空调，保证电源机柜内＜30℃。这种模式一直以来都在使用在各种基站机房，但是空调的维护费用和运作成本非常高，空调系统一年消耗的电费占基站总电耗的30%~60%，且还不算上空调的维护维修费用。因此对于整个基站系统而言，不仅维护维修费用高，而且消耗大量的能源。
目前，还没有一种可以有效代替空调的装置进行机房降温，因此需要设计出一种可以低功耗、低能耗的装置来代替空调，并且维修成本低，方便实施和管理。
发明内容
本发明的目的是提供一中冷却装置，用于替代目前基站机房内的空调设备，实现将空气换热后，实现基站机房内温度的控制。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于空气介质的基站机房地埋式换热装置，在地下设置一个深度为10米-100米的井，所述井内设置一组套管，所述套管包括第一管道、第二管道，基站机房内的待换热气体能进入第一管道中，所述第一管道与第二管道之间的夹层构成气体进气管且其中的气体通过土壤进行换热；换热后的气体能经第二管道输出进入基站机房内并对基站机房内部进行温度调节。
所述第二管道采用绝热材料制备而成。
所述第一管道下端与第二管道连通。
所述第一管道和/或第二管道上设置有风机。
基站机房内设置有若干个密封柜体且基站机房内的设备设置于密封柜体内，所述密封柜体分别与第一管道、第二管道连通。
所述第二管道外壁设置有紊流装置。
还包括设置在第二管道底端的固定支架且固定支架能够对第二管道进行支撑。
还包括与第一管道底端相连的排水装置且排水装置能将第一管道底端的积水排出。
所述排水装置包括与第一管道底端相连的排水管、水泵，所述排水管的出水端设置在地面上，且水泵设置在排水管一端。
还包括水位测定装置、控制系统，所述水位测定装置设置第一管道底端，所述水位测定装置、水泵分别与控制系统相连，所述水位测定装置能将第一管道底端的水位信息传递给控制系统；当第一管道底端的水位达到高位设定值时，控制系统启动水泵进行抽水；当第一管道底端的水位到达低位设定值时，控制系统关闭水泵，停止抽水。
针对前述问题，本方案提供一种基于空气介质的基站机房地埋式换热装置，在地面设置一个深度为10-100米的井，井内设置一组套管，套管包括第一管道、第二管道且基站机房内的待换热气体能进入第一管道中，第一管道与第二管道之间的夹层构成待换热气体进气管且其中的气体通过土壤进行换热；换热后的气体能经第二管道输出进入基站机房内并对基站机房内部进行温度调节。进一步，第二管道采用绝热材料制备而成，第一管道和/或第二管道上设置有风机。
本方案的工作原理如下：风机将基站机房内的待换热气体送入第一管道中，第一管道与第二管道之间的夹层构成待换热气体进气管，待换热气体在待换热气体进气管内向下流动的过程中与周围的土壤进行换热，温度逐渐调节至30℃左右，得到换热后的气体；换热后的气体通过第二管道，向上返回基站内部（本发明中，第二管道采用绝热材料制备而成），并对基站机房内部设备进行温度调节。
基站机房内设置有若干个密封柜体且基站机房内的设备设置于密封柜体内，密封柜体分别与第一管道、第二管道连通。作为优选，密封柜体为两个，基站机房内的电池位于一个密封柜体中，基站机房内除电池外的气体设备位于另一个密封柜体中。采用该方式，能够将冷却后的气体集中于电池和相关的设备上，提高冷却的效果。
进一步，第二管道外壁设置有紊流装置。通过紊流装置，能够增加高温气体与土壤环境之间的换热时间，提高换热效果。
还包括设置在第二管道底端的固定支架，固定支架能够对第二管道进行支撑。采用该方式，能够保证内管（即第二管道）的位置不偏移。
受到气压和温度的影响，气体中的水分会冷凝成水珠掉落到第一管道底端。为此，本发明设置与第一管道底端相连的排水装置，通过排水装置能将第一管道底端内冷凝的水排出。进一步，排水装置包括与第一管道底端相连的排水管、水泵；排水管的出水端设置在地面上，另一端与第一管道底端相连；水泵设置在排水管上，为排水管提供动力。该结构中，热空气于井道冷却过程中产生的冷凝水将会在井底积水，系统中安装有水位测量及自动排水装置。为了进一步降低水泵的能耗，本发明还包括水位测定装置、控制系统。水位测定装置设置在第一管道底端内，其能够对第一管道底端的水位进行测定；其中，水位测定装置、水泵分别与控制系统相连，水位测定装置能将第一管道底端的水位信息传递给控制系统，控制系统则基于测定的水位，对水泵进行控制；当第一管道底端的水位达到高位设定值时，控制系统启动水泵进行抽水；当第一管道底端的水位达到低位设定值时，控制系统关闭水泵，停止抽水。采用该方式，既能保证装置的正常运行，又使得水泵采用变频工作，有效降低水泵能耗。
有别于基于水源介质的地能换热结构，本发明利用地下土壤自身的20℃恒温特性作为源头，仅需采用风机提供动力即可，不受地域、时间的影响，在自身能耗指标及建设成本方面进一步提高了实用性能和效果，具有较好的适应性和应用前景，值得大规模推广和应用。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
本方案的最大好处在于利用地面下10-100米的恒温特性，通过对气流流向的改变，从而对地面上密闭空间进行温度调节，相比与现有的空调，本方案只需要对风机进行供电从而就能实现自然风的循环流动，从而实现将机房内的温度控制在25~30℃之间；而消耗的电量与空调相比明显非常少，且本方案的实际施工非常简单，并不复杂；特别是针对于一个区域的所有基站而言，如果采用本方案，光电量的节省，夏季的电能消耗降低至现有空调制冷的5%以下，从而实现节能的目的。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1是一种实施方案的结构示意图；
图中标记：1、第一管道，2、第二管道，3、基站机房，4、土壤，6、排水管，7、水泵。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
如图1所示，是本发明的一种实施方案，在基站机房外的地面上挖一个深度为10-100米的井。进一步，井的深度采用10-100米，是因为到了这个深度空气中的温度基本维持在20~25℃之间。井内设置一组套管，套管包括第一管道、第二管道，基站机房内的待换热气体能进入第一管道中，第一管道与第二管道之间的夹层构成待换热气体进气管且其中的气体通过土壤进行换热。换热后的气体能经第二管道输出进入基站机房内，并对基站机房内部进行温度调节。本实施例中，第一管道采用金属管道制备而成，第二管道采用绝热材料制备而成，第一管道下端与第二管道连通。
进一步，本实施例中，第一管道上设置有风机，通过风机将基站机房内的待换热气体送入第一管道中。
进一步，本实施例中，基站机房内设置有两个密封柜体，基站机房内的电池位于其中一个密封柜体内，基站机房内除电池外的气体设备位于另一个密封柜体内。采用该方式，能够提高换热效率。
进一步，第二管道外壁设置有紊流装置。通过在第二管道外壁设置紊流装置，能够有效增加气体与土壤之间的换热时间，提高换热效果。
还包括设置在第二管道底端的固定支架，固定支架能够对第二管道进行支撑。采用该方式，能够保证第二管道的位置不偏移，保持整体结构的稳定性。
该结构中，套管四周均被泥土填埋，也就是说泥土的温度直接会通过管道壁传递到管道内，但基站机房内的气体通过第一管道进入第一管道内，第一管道与第二管道之间的夹层构成待换热气体进气管，气体在待换热气体进气管中与周围环境中的土壤进行热量交换，从上至下的过程中逐渐被冷却，得到冷却后的气体；冷却后的气体再经由绝热材料制备的第二管道流入基站机房内。
同时，还能将本发明的装置用于高寒地区，室外温度通常在0℃以下，甚至低达-20℃左右，而采用本实施例的装置，能够提供20℃±10℃区间范围内的恒温空气。
本发明能保证管壁和土壤具有最大的接触面积，这个方案使得安装维修非常方便，相比而言与土壤的接触面积小，换热效果好。采用本发明的实施方案，相比与现有的空调，；夏季的电能消耗降低至现有空调制冷的5%以下，而且维护相当快捷，非常适合现有的基站机房推广。
对实施例中的冷却装置进行实际应用测试，测试结果如下。
进风风速为4m/s，进气量为320m3/h时，管深22米时，出口空气的温度为25.35℃，能够满足基站内部湿度及洁净度要求。
另外，申请人研究发现，出口空气温度随流速增加而增大，出口空气温度对流速的变化随流速增大而减小，在满足流量要求的情况下，设计流速应尽可能的小。在出口空气温度满足室内基本要求的前提下，可以适当减少套管的管长，这样既具有较高的经济价值，又可减轻热短路的影响作用。
另外，当温度低于常温时，空气中的水分会自然冷凝成水珠，特别是在夏天，当外部气温较高，而出现一个低温时，那么在低温处就会出现大量的水珠。在本实施例中，空气中的水分会冷凝到管壁上，并沉积在第一管道底端。为此，本实施例中，还包括与第一管道底端相连的排水装置。该排水装置包括与第一管道底端相连的排水管、水泵、水位测定装置、控制系统，排水管的出水端设置在地面上，排水管的另一端与第一管道底端相连，水泵设置在排水管上。水位测定装置设置第一管道底端，水位测定装置、水泵分别与控制系统相连。在本发明的装置工作时，水位测定装置能将第一管道底端的水位信息传递给控制系统，控制系统则基于测定的水位，对水泵进行控制；当第一管道底端的水位达到高位设定值时，控制系统启动水泵进行抽水，并通过排水管将水排出；当第一管道底端的水位达到低位测定值时，控制系统关闭水泵，停止抽水。
综上所述，通讯基站电耗中约30%~60%为空调系统能耗，目前节能技术主要集中于通讯设备的智能载频关断与空调系统节能两个方面。因本系统完全利用地能中的恒温能源通过闭环循环供风方式进行温度补偿，仅仅以小功率直流风机30~100w（600m3/h~1200m3/h）完全替代原有1.5~3kW空调系统、100~300W（1200m3/h~3000m3/h）新风系统，使得在基站在更优的温控条件下取得综合节电率＞35%的经济效益（以单体宏站电费3万元/年为例），可至少提供铁塔集团基站在无投资、免维护条件下20%的节电效益。
本发明通过提供一种全新的基于空气介质的基站机房地埋式换热装置，能以5%以下的电耗占比，起到完全替代原有空调系统的效果。且本申请完全适用于全国各类不同地区、不同气候，可用于全面推广，寿命及能效可达20年以上，具有较高的应用价值，及显著的经济意义，能够起到有效的节能减排作用。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
Claims (10)
1.一种基于空气介质的基站机房地埋式换热装置，其特征在于，在地下设置一个深度为10米-100米的井，所述井内设置一组套管，所述套管包括第一管道、第二管道，基站机房内的待换热气体能进入第一管道中，所述第一管道与第二管道之间的夹层构成气体进气管且其中的气体通过土壤进行换热；换热后的气体能经第二管道输出进入基站机房内并对基站机房内部进行温度调节。
2.根据权利要求1所述基于空气介质的基站机房地埋式换热装置，其特征在于，所述第二管道采用绝热材料制备而成。
3.根据权利要求1所述基于空气介质的基站机房地埋式换热装置，其特征在于，所述第一管道下端与第二管道连通。
4.根据权利要求1所述基于空气介质的基站机房地埋式换热装置，其特征在于，所述第一管道和/或第二管道上设置有风机。
5.根据权利要求1所述基于空气介质的基站机房地埋式换热装置，其特征在于，基站机房内设置有若干个密封柜体且基站机房内的设备设置于密封柜体内，所述密封柜体分别与第一管道、第二管道连通。
6.根据权利要求1所述基于空气介质的基站机房地埋式换热装置，其特征在于，所述第二管道外壁设置有紊流装置。
7.根据权利要求1所述基于空气介质的基站机房地埋式换热装置，其特征在于，还包括设置在第二管道底端的固定支架且固定支架能够对第二管道进行支撑。
8.根据权利要求1-7任一项所述基于空气介质的基站机房地埋式换热装置，其特征在于，还包括位于第一管道底端的排水装置且排水装置能将第一管道底端的积水排出。
9.根据权利要求8所述基于空气介质的基站机房地埋式换热装置，其特征在于，所述排水装置包括与第一管道底端相连的排水管、水泵，所述排水管的出水端设置在地面上，且水泵设置在排水管一端。
10.根据权利要求9所述基于空气介质的基站机房地埋式换热装置，其特征在于，还包括水位测定装置、控制系统，所述水位测定装置设置第一管道底端，所述水位测定装置、水泵分别与控制系统相连，所述水位测定装置能将第一管道底端的水位信息传递给控制系统；当第一管道底端的水位达到高位设定值时，控制系统启动水泵进行抽水；当第一管道底端的水位到达低位设定值时，控制系统关闭水泵，停止抽水。
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