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通信基站通風(fēng)節(jié)能分析

文檔作者：錢瑾文檔來源：靖江市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)所		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年02月06日
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第20卷
V01．20
第20期
No．20
電子設(shè)計(jì)工程
Electronic Design Engineering
2012年l0月
Oct．2012
通信基站通風(fēng)節(jié)能分析
錢瑾
(靖江市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)所江蘇靖江214500)
摘要：通過對某通信基站采用CFD模擬．建立正確的物理模型，對基站房間的溫度場、速度場、流量、能量等進(jìn)行了模
擬，計(jì)算結(jié)果符合實(shí)際運(yùn)行情況。同時(shí)采用逐時(shí)分析，采用機(jī)械通風(fēng)和空調(diào)裝置兩種方法，對通信基站的熱負(fù)荷進(jìn)行
了分析對比，結(jié)果符合實(shí)際情況。通過計(jì)算過程分析，獲得了進(jìn)一步降低通信基站運(yùn)行溫度的方法，對帶有通風(fēng)節(jié)能
系統(tǒng)的通信基站設(shè)計(jì)和改進(jìn)提供了可靠依據(jù)
關(guān)鍵詞：通信；基站；通風(fēng)：節(jié)能；CFD；數(shù)值模擬
中圖分類號：TK01+8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號：1674—6236(2012)"20—0067—04
Communication base station cooling and ventilation
QIAN Jin
(Institute of(Products)Quality Supervision and Inspection ofJingjiang，fin~iang 214500，China)
Abstract：Adoption of a communication base station based on the CFD simulation，establishes the correct physical mode1．the
communication base station room temperature field，velocity field，flow，energy are simulated with the model，the calculated
resuhs are consistent with the actual operation situation．At the same time the hourly analysis，on the communication base
station heat load were analyzed and compared，the results accord with the practical situation．Through the calculation of
process analysis，obtained the further reduces the communication base station operation temperature method，with ventilation
energy saving system of communication station design and improvement to provide reliable method．
Key words：communication；station；ventilation；energy saving；CFD；numerical simulation
目前暖通空調(diào)與通風(fēng)工程領(lǐng)域內(nèi)的一些湍流現(xiàn)象主要
依靠湍流半經(jīng)驗(yàn)理論來解決。對復(fù)雜的湍流現(xiàn)象用計(jì)算機(jī)直
接模擬計(jì)算，從計(jì)算時(shí)間、計(jì)算機(jī)內(nèi)存容量上講近于不可能。
計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(computation fluid dynamics．CFD)，是通過計(jì)
算機(jī)數(shù)值計(jì)算和圖像顯示．對包含有流體流動(dòng)和熱傳導(dǎo)等相
關(guān)物理現(xiàn)象的分析。湍流的數(shù)值計(jì)算方法大致分為直接數(shù)值
模擬(DNS，Direct Numerical Simulation)t -21，大渦模擬(LES，
Large Eddy Simulation)[ 和Reynolds平均法(RANS)3類。這
樣的分析方法在工程上能夠更好地預(yù)測局部流體性能參數(shù)，
使得暖通空調(diào)與通風(fēng)工程系統(tǒng)設(shè)計(jì)通過少量的試驗(yàn)或者不
通過試驗(yàn)，就能夠獲得優(yōu)化的設(shè)計(jì)結(jié)果。因此，采用數(shù)值技術(shù)
對通信基站的能量與溫度分布模擬．尋求降低基站冷卻能耗
的方法，改進(jìn)基站通風(fēng)設(shè)計(jì)，是一個(gè)較好的嘗試[51。
1 物理模型的建立
下面以合肥地區(qū)某通信基站設(shè)備布置與通風(fēng)設(shè)計(jì)作為
研究對象。基站房間的尺寸4．5~4．5x2．9 m (長×寬x高)。基站
房間朝南，在機(jī)房背面(北墻)下方集中布置了4個(gè)進(jìn)氣口，
開孔高度500 mm，直徑200 mm，進(jìn)風(fēng)速度3 m／s，進(jìn)氣溫度
27℃ 。在機(jī)房正面(南墻)上方集中布置了4個(gè)直徑同樣為
200 mm 的排氣口，開孔高度2 300 mm。排氣溫度30℃。房間
內(nèi)部布置有蓄電池柜、電源柜、基站主設(shè)備、光配、以及配電
柜等主要設(shè)備，為了簡化模型，其它一些輔助設(shè)備，建模時(shí)沒
有考慮．靠墻擺放的主要設(shè)備也簡化為直接與墻面接觸?；?
站房體的物理模型如圖1所示 。
架
圖1 房間的設(shè)備布置
Fig．1 Equipments distribution in the communication base station
模擬選用的節(jié)能通風(fēng)系統(tǒng)類型為直排式節(jié)能系統(tǒng)．基站
收稿日期：2012—05—16 1牛 0l —— 內(nèi)各設(shè)備尺寸及功率詳如表1所示。
作者簡介：錢瑾(1966一)，女，江蘇靖江人，工程師。研究方向：產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督、性能檢驗(yàn)。
． — 67-
《電子設(shè)計(jì)工程}2012年第20期
表1 房間物理模型參數(shù)表
Tab．1 Param eters of the equipm ent in the com munication
base station
2 通信基站工作條件模擬
數(shù)值模擬中的邊界條件指的是在數(shù)值計(jì)算求解區(qū)域的
邊界上所求解的變量如速度、溫度等或其一階導(dǎo)數(shù)隨地點(diǎn)及
時(shí)間的變化規(guī)律。
通信基站機(jī)房一般置于室外，因此計(jì)算中需考慮太陽輻
射的影響．本論文研究夏季機(jī)房采取機(jī)械通風(fēng)的可行性，故根
據(jù)合肥夏季的氣候的特點(diǎn)，選取太陽輻射的強(qiáng)度為1 000 W／m 。
機(jī)房一般無人值守，因此在一般情況下無需考慮人體和照明
光的散熱。本模型的主要邊界類型及條件如下：
1)將基站外墻、屋頂設(shè)為熱通量邊界，室內(nèi)地面則設(shè)為
溫度邊界，溫度根據(jù)逐時(shí)計(jì)算結(jié)果可能出現(xiàn)的最大值時(shí)刻選
取。基站無外窗，故無需考慮太陽透射。
2)站內(nèi)主要設(shè)備設(shè)為熱通量邊界。數(shù)值上取其總發(fā)熱量
與散熱表面積之比。
3)進(jìn)、出風(fēng)口分別設(shè)定為風(fēng)速進(jìn)口邊界和風(fēng)速Hj口
邊界。
4)風(fēng)扇進(jìn)口溫度為27～40℃ ．速度為3 m／s(主要考慮夏
天時(shí)也采取機(jī)械通風(fēng))。根據(jù)氣象臺(tái)發(fā)布的安徽合肥近年的
氣候溫度可知，合肥夏季7月的平均溫度的大致范同為25—
29℃ ，考慮到可能出現(xiàn)的極限情況，故取最大值4O℃ ，即風(fēng)
扇的進(jìn)口溫度。由于基站房間正常T作溫度為10～35℃ ，在
采用空調(diào)進(jìn)行機(jī)械通風(fēng)的條件下，將夏季的基站房間設(shè)計(jì)
溫度設(shè)為3O。C
根據(jù)室外空氣溫度及太陽輻射強(qiáng)度 ，將測點(diǎn)取在太陽
輻射較強(qiáng)時(shí)候的正午l3時(shí)。該時(shí)刻各墻面的熱通量(熱流密
度)值如表2所示。
室內(nèi)電子設(shè)備散熱量計(jì)算公式l 7I：
Q=1 000n1 j一盟Ⅳ w (1)
表2 正午13時(shí)各墻面的熱流密度值(W／m )
Tab．2 Heat—flux of the station walls on
thirteen 0’clock(W／m )
式中，Ⅳ 為電子設(shè)備的安裝功率，kW；田為電子設(shè)備的效
率 為利用系數(shù)，系電子設(shè)備最大實(shí)耗功率與安裝功率之
比，一般可取0．7—0．9，可以反映安裝功率的利用情況；n 為負(fù)
荷系數(shù)．指電子設(shè)備每小時(shí)平均實(shí)耗功率與最大設(shè)計(jì)實(shí)耗功
率之比，根據(jù)使用情況而定，一般儀表取O．5—0．9； 為同時(shí)使
用系數(shù)．只室內(nèi)電子設(shè)備同時(shí)使用的安裝功率與總安裝功率
之比，根據(jù)工藝過程的設(shè)備使用情況而定，一般取O．5～0_8；根
據(jù)經(jīng)驗(yàn)取值，可取發(fā)射機(jī)的叼為85％ ，其余設(shè)備的叼為76％，
n 為O．8，n 和n 均為0．7。根據(jù)公式(1)及表l可算?各沒備
的散熱量及熱通量，如表3所示。
表3 各設(shè)備的散熱面積及熱通量邊界值
Tab．3 Equipment cooling area and heat flux boundary value
3 通信基站模型的邊界條件
外墻和犀頂瞬變傳熱形成的逐時(shí)負(fù)荷公式：
LQ．=KF(tI,n-t ) w (2)
式中，K 為外墻和屋頂?shù)膫鳠嵯禂?shù)，W／(m ·℃)； ’為外墻
和屋頂?shù)挠?jì)算面積，m ； ． 為外墻和屋頂?shù)睦湄?fù)荷溫度的逐時(shí)
值，oC；f 為室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度，℃ ；根據(jù)《空氣淵節(jié)》附錄2—4的犀
頂及墻面結(jié)構(gòu)可查得，基站房間屋頂和墻面的K值及面積。
屋頂K=1．163 W／(nl ·oC) 1=2O m
墻面 K=1．5 W／(m · ) 13 m
根據(jù)《空氣調(diào)節(jié)》附錄2—4表4墻面汁算溫度逐時(shí)值，表
5的地點(diǎn)修正值可知合肥地區(qū)的地點(diǎn)修正值t 。各個(gè)方向的
地點(diǎn)修正值、一天之內(nèi)不同時(shí)刻各墻面的溫度及冷負(fù)荷分刖
如表4、表5、表6和表7所示。
表4 墻面地點(diǎn)修正值 (合肥地區(qū))
Tab．4 Tem perature correction value in the Latitude
表5 夏季合肥地區(qū)墻面的逐時(shí)溫度值，℃
Tah．5 Hourly temperature values on each wall in the summer{Hefei China)
- 68-

《電子設(shè)計(jì)工程12012年第20期
滿足設(shè)備運(yùn)行與使用要求，和設(shè)備實(shí)際運(yùn)行情況吻合。
5 結(jié) 論
在僅采取機(jī)械通風(fēng)通信基站的方案中，根據(jù)各壁面溫度
值可知，BTS主設(shè)備的表面溫度低于60℃ ，設(shè)備就能長期穩(wěn)
定工作。雖然此方式從節(jié)能角度來看具有很大的優(yōu)勢，但比
較接近極限溫度，在合肥地區(qū)炎熱的夏季還應(yīng)該采取適當(dāng)?shù)?
補(bǔ)充措施。在計(jì)算過程中發(fā)現(xiàn)，針對基站房間內(nèi)可能出現(xiàn)的
最高熱負(fù)荷，可以采用強(qiáng)化機(jī)械通風(fēng)、單獨(dú)對溫升高的基站
設(shè)備實(shí)行強(qiáng)制通風(fēng)降溫、安裝小型空調(diào)冷卻、基站室內(nèi)地面
盡可能不采用架空基礎(chǔ)等等方法，均能夠改善基站設(shè)備在夏
季極限氣溫條件下的工作條件。基站模型的模擬過程及結(jié)果
證實(shí)了采用數(shù)值模擬來對有內(nèi)熱源、內(nèi)部有障礙物、考慮輻
射的通風(fēng)房間進(jìn)行數(shù)值模擬是可行的，這樣的計(jì)算與模擬方
法對空調(diào)流場具有足夠的使用精度。這對帶有通風(fēng)節(jié)能系統(tǒng)
房間的設(shè)計(jì)和改進(jìn)提供了可靠依據(jù)，有較普遍的指導(dǎo)意義
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)● 。J? ? ● 二 ● )m t， ● ●、 ● ● ● 0
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