中興通訊：室外通信設(shè)備不同散熱方式的應(yīng)用及分析

摘要：本文通過對室外通信設(shè)備常用的四種散熱方式（自然散熱、風(fēng)扇散熱、熱交換器散熱和熱電制冷）的仿真、測試和分析，給出了不同散熱方式在不同環(huán)境下的優(yōu)勢，結(jié)合實際應(yīng)用給出作者的建議。

關(guān)鍵詞：室外通信機(jī)柜、散熱方式、風(fēng)扇、熱交換器、TEC

一、概述

 隨著通信行業(yè)競爭的加劇，為了降低投資成本和運營成本，越來越多的運營商選擇室外通信設(shè)備建設(shè)通信網(wǎng)絡(luò)。室外通信設(shè)備的散熱方式是多種多樣的，目前常見的有自然散熱、風(fēng)扇散熱、熱交換器散熱和熱電制冷（TEC空調(diào)）。如何選擇室外柜的散熱方式，盡可能減少高低溫環(huán)境對設(shè)備的影響，是運營商非常關(guān)注的問題，本文通過對不同散熱方式的仿真、測試和分析，給出建議。

二、室外機(jī)柜散熱仿真和測試

1、理論仿真分析

有無風(fēng)扇散熱，電池柜內(nèi)溫度分布的仿真結(jié)果如圖1和2所示（外部環(huán)境溫度35℃），從仿真結(jié)果來看，不加風(fēng)扇的自然散熱情況，由于太陽輻射熱且系統(tǒng)密閉散熱效果差，系統(tǒng)內(nèi)部溫度較高，平均溫度比環(huán)境溫度高近11℃；使用風(fēng)扇抽風(fēng)，系統(tǒng)內(nèi)部空氣溫度大大降低，平均溫度比環(huán)境溫度高3℃左右

 
        圖1：自然散熱的溫度分布仿真圖         圖2：風(fēng)扇散熱的溫度分布仿真圖

TEC空調(diào)散熱方式下電池柜內(nèi)溫度分布仿真如圖3所示（外部環(huán)境溫度50℃），從仿真結(jié)果看，環(huán)境溫度50℃時，電池表面溫度平均溫度約35℃左右，可以實現(xiàn)約15℃溫度的降低，具有比較好的降溫效果。

圖3：TEC空調(diào)散熱的溫度分布仿真圖

2、試驗測試分析

測試場景一：自然散熱和風(fēng)扇散熱對比測試

試驗溫度：20℃～26℃（室外自然環(huán)境溫度）

測試設(shè)備：室外電源綜合柜（含設(shè)備倉和電池倉）

測試結(jié)果：如下圖4所示

圖4：電池柜有無風(fēng)扇散熱對比測試圖

 試驗小結(jié)：由圖4可以得到，當(dāng)電池柜配置風(fēng)扇，電池柜內(nèi)、外環(huán)境的換熱速度明顯比不帶風(fēng)扇快，在機(jī)柜內(nèi)、外達(dá)到熱平衡以后，有風(fēng)扇時機(jī)柜內(nèi)、外溫差在3℃左右；如果不開風(fēng)扇，機(jī)柜內(nèi)外溫差最大在8.5℃。如果外界環(huán)境溫度更高的話，不帶風(fēng)扇會出現(xiàn)熱量積聚，內(nèi)外溫差會更大。

測試場景二：風(fēng)扇散熱和TEC空調(diào)散熱對比測試

試驗溫度：40℃（室內(nèi)高溫環(huán)境）

測試設(shè)備：室外電源綜合柜（含設(shè)備倉和電池倉）

測試結(jié)果：如下圖5所示

圖5：風(fēng)扇散熱和TEC空調(diào)散熱對比測試圖

試驗小結(jié)：由圖5可以看出，在高溫情況下，TEC空調(diào)具備主動制冷功能，40℃的外部環(huán)境溫度，機(jī)柜內(nèi)部穩(wěn)定時的溫度為25℃，比外界環(huán)境溫度低15℃；風(fēng)扇是被動散熱，機(jī)柜內(nèi)部穩(wěn)定時的溫度為44℃，比外界環(huán)境溫度高4℃。因此對于高溫環(huán)境，選擇TEC散熱更適合電池的使用，能有效延長蓄電池的使用壽命。

三、實際應(yīng)用基站測試

2010年5月，我們針對巴基斯坦TEC恒溫電池柜進(jìn)行了測試，該設(shè)備是2009年下半年為了解決巴基斯坦高溫環(huán)境條件下導(dǎo)致電池壽命大幅縮短的問題而提供的方案，被測試電池柜內(nèi)放置150AH/12V閥控鉛酸蓄電池，連續(xù)36小時測試，每小時采集測試數(shù)據(jù)一組。基站現(xiàn)場圖片和測試結(jié)果如圖6和圖7所示。

圖6：設(shè)備現(xiàn)場圖片

圖7：TEC散熱測試圖

測試結(jié)果分析：巴基斯坦室外環(huán)境溫度在27℃~46℃（白天溫度均在39℃以上）的情況下，TEC恒溫電池柜內(nèi)部的溫度保持在21℃~29℃，最大內(nèi)外溫差約17℃，說明TEC有較好的主動散熱能力，特別適合環(huán)境溫度高的場合使用；遮陽棚在室外起到了較大的防止熱量輻射的作用，遮陽棚內(nèi)外的最大溫差為5℃（出現(xiàn)在下午3點），說明在溫度較高、太陽輻射較強(qiáng)的地區(qū)，使用遮陽棚對于設(shè)備柜內(nèi)溫度的降低有較大的好處，尤其對于蓄電池設(shè)備。

四、室外通信設(shè)備散熱方式建議

通過實際站點測試、實驗室測試、理論仿真，結(jié)合中興室外通信設(shè)備在國內(nèi)外大量實際應(yīng)用的分析，對于室外通信設(shè)備不同環(huán)境下的散熱方式建議如表1。

表1 不同區(qū)域散熱方式建議表