电信基站用新风冷却换热装置的开发应用研究

资源类型:pdf 资源大小:168.00KB 文档分类:工业技术 上传者:王璞

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【作者】 魏巍  刘京  赵加宁 

【关键词】电信基站 新风冷却 空气换热 数值模拟 

【出版日期】2005-05-15

【摘要】电信基站的人工降温、空气净化及其运行管理是电信维护部门的工作重点之一。本研究提出新型的新风冷却换热装置,然后通过实验验证和数值模拟手段对该装置的性能与地区适用性进行了系统研究。初步结果表明该装置的研制开发,不仅具有显著的节能、节电效果,大幅降低了电信行业的运行管理成本,而且有利于国家的环保工作,对于促进电信行业的可持续发展,增强企业市场竞争力,具有非常重要的经济效益和社会发展意义。

【刊名】电信工程技术与标准化

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1探讨的目的与意义对于电信业来说,随着市场经济的不断深入,各种规章制度的不断完善,市场的运作模式逐步与国际接轨,同时企业之间的竞争也越来越残酷,必须考虑以最小的成本投入创造最大的利润回报。在这样的形势下,节电降耗不仅符合我国的基本国情,又满足企业的生存发展策略。移动通信基站的人工降温、空气净化及其运行管理是电信维护部门的工作重点之一,现有的移动基站绝大多数依旧采用空调降温的方法,初投资大、运行时间长,占用了大量的运营成本。以中国移动黑龙江省公司为例,目前共有移动通信基站约4000个,每年空调耗电运行费用支出大约为3000~4000万元。另一方面,常见的空气—空气换热装置或新风冷却空调装置都是将换热处理后的新风直接送入基站内,如果不能及时更换过滤装置,长时间使用会使得系统阻力增加,新风供冷能力下降;同时很难保证基站对洁净度的要求。另外,夏季室外湿度较大的时期还需要考虑基站内防潮、防结露问题。从利用自然能源、降低运行管理成本、维持基站正常工作洁净度的角度出发,克服上述现有基站空调设备和传统换热装置的缺点,我们首先提出了新型的新风冷却换热装置,然后通过实验验证和数值模拟手段对该装置的性能与地区适用性进行了系统研究。2装置概要与实验研究新风冷却换热装置的示意图如图1所示,该装置最大的特点是只利用室外新风的冷源,室内空气通过换热冷却后再被送回室内。这种装置在室外冷源的利用上采用了隔绝换热的方式,避免了室外空气中的尘埃对基站内空气洁净度的影响,不存在新风过滤问题。设备结构紧凑合理、操作简便灵活、易于拆卸。另外,该装置通过控制系统与空调设备联动,当室外温度过高,新风无法满足排出全部冷负荷目的时,空调设备将自动启动,保证移动基站内部温度在正常范围内。该装置已申请专利。为研制该设备,我们进行了大量的实验测试工作。图2给出了一个实验结果。可以看出在室内外温差5℃~电信工程技术与标准化-15-2005.518℃之间,换热效率可大体上保持在57%~66%这样的高水平。换热芯体的尺寸与两个风机的风量基于移动基站的全年动态负荷特点,根据实验和理论计算确定出最佳比例,大大提高了换热效果。图1新风冷却换热装置示意图图2实验结果3数值计算我国幅员辽阔,地形复杂。各地由于纬度、地势和地理条件不同,气候差异悬殊。我们考虑利用数值计算方法探讨移动基站用新风冷却换热装置在各地区不同气候条件下的节能效果,这对于在全国范围内推广该设备具有重要意义。3.1计算概要根据室外气象条件变化和室内温湿度要求进行全年8760h的动态能耗仿真模拟,与常规静态的模拟方法相比,计算内容更复杂、计算耗时也越多,但计算精度大大提高,更便于准确地评价节能效果。本项目采用美国开发的目前世界上功能最强大的能耗模拟软件EnergyPlus进行移动基站的动态能耗模拟。根据《民用建筑热工设计规范》(GB50176-93),以累年最冷月(1月)和最热月(7月)平均温度作为分区主要指标,全国被划分为5个区,即严寒、寒冷、夏热冬冷、夏热冬暖和温和地区,图略。利用EnergyPlus自身附带的中国八城市的气象文件:哈尔滨、广州、上海、北京、沈阳、乌鲁木齐、兰州和昆明,它们基本上涵盖了上述五个地区的气候特点。在温度区间-5℃~18℃内的累加时间如图3所示。根据实验结果,该温度区间可认为是新风冷却换热装置的可能适用时间域。由图3可知,由于全年温度适中,昆明在该温度区间内的累加时间最长,为5539h,占全年总时间的63.2%;而广州由于大多数时间在18℃以上,在该温度区间内的累加时间只有2482h,占全年总时间的28.3%。按照分区进行排序的话,大致可得以下规律:温暖地区〉寒冷地区〉夏热冬冷地区〉严寒地区〉夏热冬暖地区。图3在温度区间(-5℃~18℃)内的累加小时数3.2计算条件及结果计算以图4所示小型电信基站为计算对象。考虑到人极少进入,门直接按墙体考虑。根据室内设定温度为26℃,设备散热为900W。墙体按照60mm厚苯板考虑,导热系数0.042W/(m·K),比热容1.38kJ/(kg·K)。计算求得的全年冷负荷频度分布图如图5所示。由图可知,由于内部热源散热量较大,除哈尔滨、沈阳、乌鲁木齐等严寒地区城市外,其他地区的移动基站均需要全年制冷。参考实验数据,设新风冷却换热装置风量为400m3/h,换热效率为60%,装置运行条件为(-5℃~移动基站新风冷却换热装置电信设备热效率换()%7065605505101520温度差(℃)250m3/h160m3/h加小时数累()h哈尔滨广州北京昆明兰州上海沈阳乌鲁木齐城市8760730058404380292014600通信电源专题电信工程技术与标准化-15-2005.518℃之间,换热效率可大体上保持在57%~66%这样的高水平。换热芯体的尺寸与两个风机的风量基于移动基站的全年动态负荷特点,根据实验和理论计算确定出最佳比例,大大提高了换热效果。图1新风冷却换热装置示意图图2实验结果3数值计算我国幅员辽阔,地形复杂。各地由于纬度、地势和地理条件不同,气候差异悬殊。我们考虑利用数值计算方法探讨移动基站用新风冷却换热装置在各地区不同气候条件下的节能效果,这对于在全国范围内推广该设备具有重要意义。3.1计算概要根据室外气象条件变化和室内温湿度要求进行全年8760h的动态能耗仿真模拟,与常规静态的模拟方法相比,计算内容更复杂、计算耗时也越多,但计算精度大大提高,更便于准确地评价节能效果。本项目采用美国开发的目前世界上功能最强大的能耗模拟软件EnergyPlus进行移动基站的动态能耗模拟。根据《民用建筑热工设计规范》(GB50176-93),以累年最冷月(1月)和最热月(7月)平均温度作为分区主要指标,全国被划分为5个区,即严寒、寒冷、夏热冬冷、夏热冬暖和温和地区,图略。利用EnergyPlus自身附带的中国八城市的气象文件:哈尔滨、广州、上海、北京、沈阳、乌鲁木齐、兰州和昆明,它们基本上涵盖了上述五个地区的气候特点。在温度区间-5℃~18℃内的累加时间如图3所示。根据实验结果,该温度区间可认为是新风冷却换热装置的可能适用时间域。由图3可知,由于全年温度适中,昆明在该温度区间内的累加时间最长,为5539h,占全年总时间的63.2%;而广州由于大多数时间在18℃以上,在该温度区间内的累加时间只有2482h,占全年总时间的28.3%。按照分区进行排序的话,大致可得以下规律:温暖地区〉寒冷地区〉夏热冬冷地区〉严寒地区〉夏热冬暖地区。图3在温度区间(-5℃~18℃)内的累加小时数3.2计算条件及结果计算以图4所示小型电信基站为计算对象。考虑到人极少进入,门直接按墙体考虑。根据室内设定温度为26℃,设备散热为900W。墙体按照60mm厚苯板考虑,导热系数0.042W/(m·K),比热容1.38kJ/(kg·K)。计算求得的全年冷负荷频度分布图如图5所示。由图可知,由于内部热源散热量较大,除哈尔滨、沈阳、乌鲁木齐等严寒地区城市外,其他地区的移动基站均需要全年制冷。参考实验数据,设新风冷却换热装置风量为400m3/h,换热效率为60%,装置运行条件为(-5℃~移动基站新风冷却换热装置电信设备热效率换()%7065605505101520温度差(℃)250m3/h160m3/h加小时数累()h哈尔滨广州北京昆明兰州上海沈阳乌鲁木齐城市8760730058404380292014600通信电源专题电信工程技术与标准化-16-2005.518℃)。以各气候分区的代表城市为例,计算所得各城市新风冷却量与冷负荷的关系如图6所示。各城市的新风冷却装置的节能量如表1所示。可以看出,不同气候条件下新风冷却装置的使用规律完全不同。昆明的运行时间、占总制冷时间的比率以及节能量均为最高,广州最低,只能在冬季较短的时间内使用。除广州外,其他城市的使用率大体在50%~63%之间。节能量大体依次为温暖地区〉寒冷地区、夏热冬冷地区〉严寒地区〉夏热冬暖地区。图6(a)全年动态负荷与换热量的关系(哈尔滨)图6(b)全年动态负荷与换热量的关系(广州)图6(c)全年动态负荷与换热量的关系(昆明)图6(d)全年动态负荷与换热量的关系(北京)图6(e)全年动态负荷与换热量的关系(上海)4结论本研究提出新型新风冷却换热装置,并通过实验和数值模拟手段对其性能与地区适用性进行了评价,认为图4移动基站的平面图图5各城市冷负荷32500066000063003600热源1H=2m热源2H=1.6mH=2.75m负荷冷(W)14001200100080060040020000146029204380584073008760小时数(h)哈尔滨广州北京昆明兰州上海沈阳乌鲁木齐荷负()W2800210014007000时间(h)114612921438158417301换热量冷负荷荷负()W2800210014007000时间(h)114612921438158417301换热量冷负荷荷负()W2800210014007000时间(h)114612921438158417301换热量冷负荷荷负()W2800210014007000时间(h)114612921438158417301换热量冷负荷荷负()W2800210014007000时间(h)114612921438158417301换热量冷负荷通信电源专题城市运行时间h占制冷时间比率(%)节能量(kWh)乌鲁木齐405250.71834兰州551363.02565沈阳430052.31917昆明553663.23009广州248128.31358上海477954.62319北京494556.52131哈尔滨380551.61769表1新风冷却换热装置的运行时间该装置具有以下优点:(1)从节能的角度,在我省采用新风冷却换热装置,大大节能了冷量,从而降低了电能能耗;(2)从经济的角度,由于空调机运行时间可缩短50%以上,事实上等于大大延长了使用寿命,降低了电信系统的运行管理成本;(3)从环保的角度,通过移动基站用新风冷却装置的开发,大幅降低了电信行业对电力的需求,进而减少了火力发电过程中所产生的环境污染,因此具有重要的环保效益;(4)从基站洁净度的角度,由于这种装置在室外冷源利用时采用隔绝换热方式,只利用冷量部分,避免了空气中尘埃对基站内空气的污染,不会影响基站内通信设备的正常工作。因此该设备的应用对保持基站内洁净度具有重要作用。综上所述,通信机房用新风冷却换热装置的研制开发,不仅具有显著的节能、节电效果,大幅降低了电信行业的运行管理成本,而且有利于国家的环保工作,对于促进电信行业的可持续发展,增强企业市场竞争力具有非常重要的经济效益和社会发展意义。电信基站用新风冷却换热装置的开发应用研究@魏巍$中国移动通信黑龙江电信电源维护中心!哈尔滨150046 @刘京$哈尔滨工业大学市政环境工程学院!哈尔滨150090 @赵加宁$哈尔滨工业大学市政环境工程学院!哈尔滨150090电信基站;;新风冷却;;空气换热;;数值模拟电信基站的人工降温、空气净化及其运行管理是电信维护部门的工作重点之一。本研究提出新型的新风冷却换热装置,然后通过实验验证和数值模拟手段对该装置的性能与地区适用性进行了系统研究。初步结果表明该装置的研制开发,不仅具有显著的节能、节电效果,大幅降低了电信行业的运行管理成本,而且有利于国家的环保工作,对于促进电信行业的可持续发展,增强企业市场竞争力,具有非常重要的经济效益和社会发展意义。

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