户外通讯机柜温控选型与降噪方案分析

户外通讯机柜温控选型与降噪方案分析

许德航

日海智能科技股份有限公司

摘要：目前户外通讯机柜的控温方式主要采用以下几种方案：1、机柜空调；2、热交换器；3、风扇直通风；4、机柜空调+风扇，其中机柜空调+风扇与风扇直通风应用最多；由于很多通讯机柜安装在居民区，如小区路边，居民楼顶等，机柜噪音必须控制好，不然会引起投诉，所以机柜的降噪措施也显得非常重要。

关键词：户外机柜；机柜空调；直通风；选型；降噪

一、项目前景简介

1、环境温度要求：-35~55℃。

已知环境温度：-35~55℃。

工作温度范围：-35℃～+55℃。

贮存温度范围：-35℃～+70℃。

运输温度范围：-35℃～+70℃。

大气压力：54KPa～101KPa，（近似于海拔 0m～5000m）

太阳辐射强度：总辐射强度≤1120×(1±10%）W/m2

配置空调的室外柜（舱）内相对湿度：5%～80%RH（直通风不作要求）

2、噪音要求：在关门状态下，距离柜门 1.5m、离地 1.2m 高的位置，最大噪音应不大于 60dB（A 计权）。

3、IP防护要求：有风扇的室外柜应满足 GB4208-2017 中 IP45 的要求， 无风扇的室外柜应满足GB4208-2017 中IP55 的要求。

4、机柜外形尺寸（宽×深×高）：650*700*1500mm。

5、机柜保温情况：

a、材料：PE 棉。b、厚度：5mm 或 10mm。c、几个机柜内表面贴棉保温：6个面。

直通风不贴保温棉

6、机柜内温度要求：

a、空调机柜：

夏天：≤45℃。冬天：≥0℃。

b、直通风机柜：

夏天：≤60℃。冬天：≥-10℃。

7、机柜内设备发热情况：设备发热量为200W。

二、针对本项目空调+应急风扇方案建议

2.1 夏季空调冷负荷计算

技术要求：

机柜内温度要求：考虑夏季最恶劣的情况（室外向室内漏热），机柜内温度要求控制在45℃以下；

冬季室外温度最低-35℃，机柜内环境温度控制在0℃以上。

设备发热量计算：

设备发热量为Q。

已知，机柜设备总的发热量Q=200W。

机柜漏热量计算：

机柜内部允许的最高温度为45℃。

机柜外形尺寸：650*700*1500mm，保温层厚度为5mm或10mm。

夏季最恶劣情况下，机柜漏热量由两部分组成，一部分是由机柜内外温差引起的漏热，另外一部分是由太阳辐射引起的漏热。

本项目所用机柜漏热计算结果如下：

内部贴5mm 保温棉时，Q 漏热=442.4W

内部贴10mm 保温棉时，Q 漏热=300.1W

夏季冷负荷计算结果：

夏季机柜制冷需求为Q冷负荷

内部贴5mm保温棉时：

Q 冷负荷=Q 设备+Q 漏热=200+442.4=642.4（W）

内部贴10mm 保温棉时：

Q 冷负荷=Q 设备+Q 漏热=200+300.1=500.1（W）

冷量需求Q 空调制冷

考虑空调安装后内部设备对气流的影响，预留20%的结构阻力对冷量的损失影响。

空调制冷量Q 空调制冷×（1-20%）＞Q 冷负荷

内部贴5mm 保温棉时：

Q 空调制冷＞642.4/0.8=803W

内部贴10mm 保温棉时：

Q 空调制冷＞500.1/0.8=625.13W

2.2 冬季空调热负荷计算

应用环境气温

冬季热负荷计算中室外温度取-35℃。

电池柜漏热计算

机柜空调加热开启点为10℃，停止点为15℃

电池柜内部温度取10℃。

电池柜尺寸：650*700*1500mm，保温层厚度为5mm或10mm。

考虑冬季最恶劣情况下，电池柜漏热是由内外温差引起的漏热。

本项目所用机柜漏热计算结果如下：

内部贴5mm 保温棉时，Q 漏热=-1009.3W

内部贴10mm 保温棉时，Q 漏热=-684.6W

冬季内环境温度降至最低温度0℃且机柜设备工作发热时：

机柜内贴5mm保温棉时，Q 漏热=-785.0W

内部贴10mm 保温棉时，Q 漏热=-532.5W

冬季热负荷计算结果

冬季电池柜制热需求为Q 热负荷

内环境温度为10℃，假设机柜设备不工作不发热（最恶劣情况）：

内部贴5mm 保温棉时，Q 热负荷=-Q 漏热=1009.3W

内部贴10mm 保温棉时，Q 热负荷=-Q 漏热=684.6W

内环境温度为0℃，计算机柜设备热量：

内部贴5mm 保温棉时，Q 热负荷=-Q 漏热=-（-785+200）=585W

内部贴10mm 保温棉时，Q 热负荷=-Q 漏热=-（-532.5+200）=332.5W

热量需求Q 空调制热

考虑空调安装后内部设备对气流的影响，预留20%的结构阻力对热量的损失影响。

空调制热量Q 空调制热×（1-20%）＞Q 热负荷

内环境温度为10℃，假设机柜内设备不发热（最恶劣情况下）：

内部贴5mm 保温棉时，Q 空调制热＞1009.3/0.8=1261.625W

内部贴10mm 保温棉时，Q 空调制热＞684.6/0.8=855.75W

内环境温度为0℃，计算机柜热量：

内部贴5mm 保温棉时，Q 空调制热＞585/0.8=731.25W

内部贴10mm

保温棉时，Q 空调制热＞332.5/0.8=415.6W

2.3空调选型

选用1台直流空调，额定制冷量为1000W，配500W电加热。

夏季：在L45℃/L55℃工况下单台空调制冷量为1150.83W，1150.83W>803>625.13W，

满足要求。

冬季：单台空调电加热能力最大能选配500W，500W>415.6W，在机柜内部粘贴10mm 保温棉且机柜内设备工作发热时满足要求。

2.4风扇选型

风扇联动原理为干结点控制，属于无源控制。正常情况应急风扇控制接口为断开状态，风扇不工作；当因空调出现故障或交流市电停电（风扇为直流风扇）等原因造成机柜内部高温时，风扇控制接口闭合，开启风扇，将机柜内部温度控制在一定范围，临时解决机柜内部的散热问题。另一种是在室外环境温度较低的情况下，机柜空调停用，利用风扇通过柜内外空气的对流，将室内空气排到室外，同时将室外的空气排入室内，实现柜内热量的转移。而风扇与机柜空调设备通过控制系统联动，当室外温度过高，新风无法满足排出全部冷负荷目的时，机柜空调将自动启动，保证机柜内部温度在正常范围内。

考虑噪音和价格的影响，应急风扇规格一般选用120*120*38轴流风扇居多。

三、针对本项目应用直通风扇方案建议

此方案不做详细推算，结合实验数值与实际经验，结果如下：

1、夏季机柜内温度要求不超过60℃，温升5℃情况下，机柜对外漏热Q漏热=-136.4W, Q太阳辐射=330.6W,则机柜Q冷负荷=Q 设备+Q 漏热+ Q太阳辐射=200-136.4+330.6=394.2W

需要风扇的风量为q=285CFM，选用两个风扇并联使用，则单个风扇风量为q=142.5CFM即可。

结合风扇控制器线性调速风扇使用，使风扇在机柜高温情况下高转速运行，低温情况下低转速，起到降低风扇功耗，同时降低机柜的运行噪音。

2、冬季机柜内温度要求超过-10℃，此时Q机柜加热=Q设备+Q漏热+ Q太阳辐射=200+682+（-396.8）=485.2（W），此时在设备工作情况下，配一个500W电加热可满足使用要求。

四、机柜降噪方案建议

由于很多机柜安装在居民区，如小区路边，居民楼顶等，机柜噪音必须控制好，不然会引起投诉，目前我们机柜上降噪方式有两种，一种是在机柜内安装降噪棉，另一种是机柜选用低噪音空调和低转速风扇的形式，由于考虑低噪音空调价格比普通的空调高，所以本文主要是在机柜内贴降噪棉来实现。

降噪棉原理：聚氨酯吸音泡沫的吸声机理是材料内部有大量微小的连通的孔隙，声波沿着这些孔隙深入材料内部，与材料发生摩擦作用将声能转化为热能来降低噪音。

我们机柜的噪音主要来源是空调与风扇，所以主要贴棉部位在机柜空调外罩内部，以及风扇侧安装降噪棉，根据实验测试结果来看，贴降噪棉之后噪音能降低约3~4dB(A)，具体贴棉位置如下图所示：

五、结论

机柜空调+风扇主要优点：可靠性较高，成本较低；节电效果比较明显；相对减少机柜空调器的工作时间，从而延长其使用寿命，降低机房的投资成本及维护费用；适用范围较广。

此种控温方式明显优越于单纯的机柜空调、热交换器、风扇等单一降温形式，对于提高控温效率、降低能耗、延长设备使用寿命、扩大适用范围等方面都有较好的体现。

由于行业竞争激烈，各厂家在满足行业和招标要求的基础上，尽量控制最优的价格，本文结合实际工作经验分享户外通讯机柜温控选型与降噪方案，欢迎各位同行指正。

参考文献：

【1】YDT 2768-2014 通信户外机房用温控设备 第1部分：嵌入式温控设备

【2】YDT 1537-2015  通信系统用户外机柜

【3】招标技术规范书