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摘 要 通信用热交换型户外机柜节能降噪设计突破常规使用的集成式热交换器的设计，以一个全新设计的机柜结构，以最简单的风机加散热风道的设计革新了热交换户外机柜的设计，在直接成本、噪音、能耗上均比集成式热交换户外机柜要好，甚至在噪音和能耗上高于风扇型户外机柜，各项性能指标均高于行标。真正达到功耗小、无污染、防护等级高。
关键词 节能降噪 换热效果 噪音 能耗
中图分类号：TN915 文献标识码：A
一、前言
随着3G网络的建设及宽带接入系统的拓展，新型基站的增建及现有老基站的改造项目势在必行。由于受客观条件限制，小型化、一体化、智能化、便捷化将成为新建户外通信基站的发展趋势。在中国通信营商大力推进光进铜退、接入网改造、FTTH建设以及3G网络全面铺开，户外机柜以“低成本、易选址、易施工”等优点，已成为解决机房建设投资和选址压力的主要产品，而热交换型户外机柜功耗小、无污染、防护等级高，成为通信行业户外机柜主推产品。而目前常规热交换型户外机柜常规为集成式热交换器相对轴流风扇型户外机柜能耗高、噪音高，为响应国家提出的节能减排要求，节能降噪将成为热交换型户外机柜改进的重要课题。
二、节能降噪设计的可行性分析
（一）热交换户外机柜温控原理。
热交换型户外机柜最主要的技术特性是采用气气换热实现制冷及加热。热交换户外机柜利用室外自然冷空气，通过将外部冷空气经过净化后直接引入设备，在设备内部通过隔离的显热交换芯体与机房排风进行热量交换，排出机房内部热量，换热不换气，实现机房内风冷降温，减少基站空调能耗，为基站、机房提供理想的温度、湿度运行环境，同时隔离环境中的灰尘和湿气。热交换器的原理是通过中间的传热介质，使户外机柜内、外的空气在内、外循环的流动中进行热量交换，从而达到降低机柜内温度的目的。一般在配置热交换器的换热功率时，是按机柜内、外温度差10℃进行计算的。即当机柜内的发热功率达到设计的最大值时，在环境温度30℃的情况下，机柜内部温度是40℃左右。
（二）集成式热交换器的缺点。
目前热交换型通信机柜散热器件采用集成式热交换器，也就是将内循环风道、外循环风道、内外循环排气风机、换热材料、温度控制系统集成在一起组成一个散热设备，安装在通信机柜门上或设备舱侧面温控舱内，对设备舱进行散热。为实现散热效果，散热材料密度要求非常高、换热风机必须采用大功率离心风机。
热交换器为一个集成式设备，安装时必须有一个单独的空间，使原本的机柜尺寸加大。由气流的常识：冷空气向下，热空气向上的原理，我们设计时把冷气出风口置于机柜底部，把热气进风口越置于机柜顶部，随着风机的吸气的方向使用整个冷气循环到机柜的每个角落，但集成式热交换器出于机柜尺寸的限制，进出风口相对会比较集中于机柜中部，循环系统受限，并容易造成风道短路。由于集成式热交换器采用大功率离心风机，一般规格在200以上的，机柜噪音1.5米处大于65dB，功耗約为200W。
综上所述，热交换器通信机柜主要缺点为：（1）进出风口过于集中、机柜散热不均匀；（2）进出风口距离近，易造成风道短路；（3）风机功耗大、噪音大；（4）热交换器厚度大，占用机柜空间；（5）维修、清洗困难。
（三）节能降噪的设计方案。
节能降噪的设计克服上述技术中的不足，提供一种新型热交换通信机柜，该新型热交换通信机柜具有换热面积大、出风口多、出风均匀、换热效果佳、噪音小、功耗低、寿命长、拼装简单、维护清洗方便、成本低等优点。
为实现以上目的，本设计采用了以下的技术方案：
新型热交换通信机柜，包括立式布置的柜体、安装在柜体前后两侧的柜门以及安装在柜体顶部的顶盖、安装在柜体内部的配电单元，以及安装在柜体左右两侧柜壁上的两个温度控制器，其特征在于：通信机柜的左右两侧柜壁上分别固定有一散热结构，每个散热结构内设有相互隔离的内循环风道和外循环风道；其中，内循环风道的上部与内循环风机连通，下部与通信机柜的柜内空间连通，形成对柜内空间散热的内循环系统；外循环风道的下部与机柜外部的空气连通，上部与设置在顶盖内的外循环风机连通，该外循环风机的出风口与机柜外部的空气连通，形成与内循环系统进行对流散热的外循环系统，内循环风机和外循环风机分别与一个温度控制器连接并受其控制。
散热结构包括一个采用传热材料制成的中空的壳体，该壳体的前侧制有沿竖直方向伸展的拼接槽，壳体后侧制有与拼接槽匹配的拼接插头；壳体内的空腔形成内循环风道；壳体背离通信机柜的一侧固定有外封板，该外封板和壳体之间的空腔形成外循环风道，并且内循环风道和外循环风道之间的壳壁制成利于散热的多面结构。
（四）节能降噪的设计原理。
内循环系统中，内循环风机工作，抽取通信机柜内的空气送入内循环风道内，自上往下流动直至从内循环风道下部吹入通信机柜内。空气在通信机柜内流通时，会与机柜内各部件进行热量交换，因此空气在内循环系统中流动的过程相当于是对机柜内各部件进行散热的过程。
外循环系统中，外循环风机工作，空气从外循环风道的下部被吸入，自下往上流动，在此过程中与内循环风道内的空气进行热交换，接着进入外循环风机，经外循环风机的出风口排入柜外的空气中。
在上述两个过程中，内循环风道和外循环风道通过风机强迫对流，实现热量传导，将机柜内的热量散发出去，内循环风机和外循环风机分别受一个温度控制器控制，配电单元对各风机以及温度控制器供电。此外，还可根据机柜的尺寸将若干个壳体前后拼接，再整体加装外封板以满足机柜的散热需求。
三、节能降噪设计的实施
（一）节能降噪设计的结构说明。
下面结合附图，对该设计作进一步说明，但该设计并不局限于以下实施案例。
如图所示，该节能降噪设计的新型热交换通信机柜，包括立式布置的柜体2、安装在柜体前后两侧的柜门3以及安装在柜体顶部的顶盖1（方向参考图1）、安装在柜体内部的配电单元7，以及安装在柜体左右两侧柜壁上的两个温度控制器6（常规零部件，具有温度检测功能，同时具有控制功能，可外购获得）。柜体内通过加装支架2-1可灵活安装标准通信设备及配线设备、配电单元等，柜门关上时与柜体密封，能达到防护等级IP65，配电单元可为机柜内的设备提供过电压、过电流以及防雷保护。上述结构均与常规通信机柜类似。 该设计的改进部分是：为加速通信机柜的散热，通信机柜的左右两侧柜壁上分别固定有一散热结构4；每个散热结构内设有相互隔离的内循环风道9-1和外循环风道10-1。
内循环风道的上部与内循环风机5-1连通，下部与通信机柜的柜内空间连通，形成对柜内空间散热的内循环系统；图1中设置有两个内循环风机，分别在柜体顶部的左右两侧，每个内循环风机连通一个内循环风道，显然内循环风机的进风口布置在柜体内。所有内循环风机与一个温度控制器连接并受其控制。
外循环风道的下部与机柜外部的空气连通，上部与设置在顶盖内的外循环风机5-2连通，顶盖内制有空气流通的通道，并且顶盖上与该通道连通的顶盖出风口10-3设置在顶盖底部的四周边沿处，外循环风机可通过这些顶盖出风口排风，形成与内循环系统进行对流散热的外循环系统（内循环风道和外循环风道的空气流向相反，如圖1中箭头所示）。所有外循环风机与另一个温度控制器连接并受其控制。
为利于散热，散热结构可以采用散热材料制成（推荐采用铝合金型材压铸或模具压弯成型），该散热结构包括一个中空的壳体9（壳体一般贴紧柜壁安装），壳体内的空腔形成内循环风道9-1（壳体的上部开设有内风道进风口，下部开设内风道出风口9-2）；壳体背离通信机柜的一侧固定有外封板8（连接处密封处理），该外封板和壳体之间的空腔形成外循环风道（空腔上部开设外循环出风口，下部的外封板上开设有外循环出风口10-2），并且内循环风道和外循环风道之间的壳壁制成利于散热的多面结构（可制成弓形或锯齿形）。
如图4所示，为适应不同规格的通信机柜，壳体的前侧制有沿竖直方向伸展的拼接槽9-4，壳体后侧制有与拼接槽匹配的拼接插头9-5（常规插接方式）。因此，壳体可以是单个与外封板组合作为散热部件，也可以由两个及以上壳体拼接后，再加装外封板作为散热部件，具体根据实际情况确定。
四、结语
通信用热交换型户外机柜节能设计通过采用全新的拼装式曲面导热片散热，突破传统集成式热交换器换热模式。曲面导热风道拼装方便、灵活，散热面积大、出风口多且出风均匀，利于柜内温度平衡、换热效果佳。内外循环风机采用独立的温度控制器控制，可按照使用情况灵活调整风机启停温度。机柜内外循环风机均采用小功率轴流风机，节能低噪，功耗不超过40W，噪音控制在55dB以内。机柜风机维修、更换便捷，外循环风道清洗方便，侧板拆下后可直接用水冲洗。机柜换热系统生产成本低，性价比高，有利于产品推广。□
（作者单位：浙江万马集团电子有限公司）
参考文献：
[1]陈建平.具有智能热交换功能的3G户外机柜可行性分析.科技致富向导杂志社，2011.
[2]徐长鑫，李向红.通信系统用户外机柜的温度和噪音控制.科技资讯杂志社，2010.
[3]陆强，陈黎敏. 用于通信系统的户外机柜的开发.常州信息职业技术学院，2008.
关键词 节能降噪 换热效果 噪音 能耗
中图分类号：TN915 文献标识码：A
一、前言
随着3G网络的建设及宽带接入系统的拓展，新型基站的增建及现有老基站的改造项目势在必行。由于受客观条件限制，小型化、一体化、智能化、便捷化将成为新建户外通信基站的发展趋势。在中国通信营商大力推进光进铜退、接入网改造、FTTH建设以及3G网络全面铺开，户外机柜以“低成本、易选址、易施工”等优点，已成为解决机房建设投资和选址压力的主要产品，而热交换型户外机柜功耗小、无污染、防护等级高，成为通信行业户外机柜主推产品。而目前常规热交换型户外机柜常规为集成式热交换器相对轴流风扇型户外机柜能耗高、噪音高，为响应国家提出的节能减排要求，节能降噪将成为热交换型户外机柜改进的重要课题。
二、节能降噪设计的可行性分析
（一）热交换户外机柜温控原理。
热交换型户外机柜最主要的技术特性是采用气气换热实现制冷及加热。热交换户外机柜利用室外自然冷空气，通过将外部冷空气经过净化后直接引入设备，在设备内部通过隔离的显热交换芯体与机房排风进行热量交换，排出机房内部热量，换热不换气，实现机房内风冷降温，减少基站空调能耗，为基站、机房提供理想的温度、湿度运行环境，同时隔离环境中的灰尘和湿气。热交换器的原理是通过中间的传热介质，使户外机柜内、外的空气在内、外循环的流动中进行热量交换，从而达到降低机柜内温度的目的。一般在配置热交换器的换热功率时，是按机柜内、外温度差10℃进行计算的。即当机柜内的发热功率达到设计的最大值时，在环境温度30℃的情况下，机柜内部温度是40℃左右。
（二）集成式热交换器的缺点。
目前热交换型通信机柜散热器件采用集成式热交换器，也就是将内循环风道、外循环风道、内外循环排气风机、换热材料、温度控制系统集成在一起组成一个散热设备，安装在通信机柜门上或设备舱侧面温控舱内，对设备舱进行散热。为实现散热效果，散热材料密度要求非常高、换热风机必须采用大功率离心风机。
热交换器为一个集成式设备，安装时必须有一个单独的空间，使原本的机柜尺寸加大。由气流的常识：冷空气向下，热空气向上的原理，我们设计时把冷气出风口置于机柜底部，把热气进风口越置于机柜顶部，随着风机的吸气的方向使用整个冷气循环到机柜的每个角落，但集成式热交换器出于机柜尺寸的限制，进出风口相对会比较集中于机柜中部，循环系统受限，并容易造成风道短路。由于集成式热交换器采用大功率离心风机，一般规格在200以上的，机柜噪音1.5米处大于65dB，功耗約为200W。
综上所述，热交换器通信机柜主要缺点为：（1）进出风口过于集中、机柜散热不均匀；（2）进出风口距离近，易造成风道短路；（3）风机功耗大、噪音大；（4）热交换器厚度大，占用机柜空间；（5）维修、清洗困难。
（三）节能降噪的设计方案。
节能降噪的设计克服上述技术中的不足，提供一种新型热交换通信机柜，该新型热交换通信机柜具有换热面积大、出风口多、出风均匀、换热效果佳、噪音小、功耗低、寿命长、拼装简单、维护清洗方便、成本低等优点。
为实现以上目的，本设计采用了以下的技术方案：
新型热交换通信机柜，包括立式布置的柜体、安装在柜体前后两侧的柜门以及安装在柜体顶部的顶盖、安装在柜体内部的配电单元，以及安装在柜体左右两侧柜壁上的两个温度控制器，其特征在于：通信机柜的左右两侧柜壁上分别固定有一散热结构，每个散热结构内设有相互隔离的内循环风道和外循环风道；其中，内循环风道的上部与内循环风机连通，下部与通信机柜的柜内空间连通，形成对柜内空间散热的内循环系统；外循环风道的下部与机柜外部的空气连通，上部与设置在顶盖内的外循环风机连通，该外循环风机的出风口与机柜外部的空气连通，形成与内循环系统进行对流散热的外循环系统，内循环风机和外循环风机分别与一个温度控制器连接并受其控制。
散热结构包括一个采用传热材料制成的中空的壳体，该壳体的前侧制有沿竖直方向伸展的拼接槽，壳体后侧制有与拼接槽匹配的拼接插头；壳体内的空腔形成内循环风道；壳体背离通信机柜的一侧固定有外封板，该外封板和壳体之间的空腔形成外循环风道，并且内循环风道和外循环风道之间的壳壁制成利于散热的多面结构。
（四）节能降噪的设计原理。
内循环系统中，内循环风机工作，抽取通信机柜内的空气送入内循环风道内，自上往下流动直至从内循环风道下部吹入通信机柜内。空气在通信机柜内流通时，会与机柜内各部件进行热量交换，因此空气在内循环系统中流动的过程相当于是对机柜内各部件进行散热的过程。
外循环系统中，外循环风机工作，空气从外循环风道的下部被吸入，自下往上流动，在此过程中与内循环风道内的空气进行热交换，接着进入外循环风机，经外循环风机的出风口排入柜外的空气中。
在上述两个过程中，内循环风道和外循环风道通过风机强迫对流，实现热量传导，将机柜内的热量散发出去，内循环风机和外循环风机分别受一个温度控制器控制，配电单元对各风机以及温度控制器供电。此外，还可根据机柜的尺寸将若干个壳体前后拼接，再整体加装外封板以满足机柜的散热需求。
三、节能降噪设计的实施
（一）节能降噪设计的结构说明。
下面结合附图，对该设计作进一步说明，但该设计并不局限于以下实施案例。
如图所示，该节能降噪设计的新型热交换通信机柜，包括立式布置的柜体2、安装在柜体前后两侧的柜门3以及安装在柜体顶部的顶盖1（方向参考图1）、安装在柜体内部的配电单元7，以及安装在柜体左右两侧柜壁上的两个温度控制器6（常规零部件，具有温度检测功能，同时具有控制功能，可外购获得）。柜体内通过加装支架2-1可灵活安装标准通信设备及配线设备、配电单元等，柜门关上时与柜体密封，能达到防护等级IP65，配电单元可为机柜内的设备提供过电压、过电流以及防雷保护。上述结构均与常规通信机柜类似。 该设计的改进部分是：为加速通信机柜的散热，通信机柜的左右两侧柜壁上分别固定有一散热结构4；每个散热结构内设有相互隔离的内循环风道9-1和外循环风道10-1。
内循环风道的上部与内循环风机5-1连通，下部与通信机柜的柜内空间连通，形成对柜内空间散热的内循环系统；图1中设置有两个内循环风机，分别在柜体顶部的左右两侧，每个内循环风机连通一个内循环风道，显然内循环风机的进风口布置在柜体内。所有内循环风机与一个温度控制器连接并受其控制。
外循环风道的下部与机柜外部的空气连通，上部与设置在顶盖内的外循环风机5-2连通，顶盖内制有空气流通的通道，并且顶盖上与该通道连通的顶盖出风口10-3设置在顶盖底部的四周边沿处，外循环风机可通过这些顶盖出风口排风，形成与内循环系统进行对流散热的外循环系统（内循环风道和外循环风道的空气流向相反，如圖1中箭头所示）。所有外循环风机与另一个温度控制器连接并受其控制。
为利于散热，散热结构可以采用散热材料制成（推荐采用铝合金型材压铸或模具压弯成型），该散热结构包括一个中空的壳体9（壳体一般贴紧柜壁安装），壳体内的空腔形成内循环风道9-1（壳体的上部开设有内风道进风口，下部开设内风道出风口9-2）；壳体背离通信机柜的一侧固定有外封板8（连接处密封处理），该外封板和壳体之间的空腔形成外循环风道（空腔上部开设外循环出风口，下部的外封板上开设有外循环出风口10-2），并且内循环风道和外循环风道之间的壳壁制成利于散热的多面结构（可制成弓形或锯齿形）。
如图4所示，为适应不同规格的通信机柜，壳体的前侧制有沿竖直方向伸展的拼接槽9-4，壳体后侧制有与拼接槽匹配的拼接插头9-5（常规插接方式）。因此，壳体可以是单个与外封板组合作为散热部件，也可以由两个及以上壳体拼接后，再加装外封板作为散热部件，具体根据实际情况确定。
四、结语
通信用热交换型户外机柜节能设计通过采用全新的拼装式曲面导热片散热，突破传统集成式热交换器换热模式。曲面导热风道拼装方便、灵活，散热面积大、出风口多且出风均匀，利于柜内温度平衡、换热效果佳。内外循环风机采用独立的温度控制器控制，可按照使用情况灵活调整风机启停温度。机柜内外循环风机均采用小功率轴流风机，节能低噪，功耗不超过40W，噪音控制在55dB以内。机柜风机维修、更换便捷，外循环风道清洗方便，侧板拆下后可直接用水冲洗。机柜换热系统生产成本低，性价比高，有利于产品推广。□
（作者单位：浙江万马集团电子有限公司）
参考文献：
[1]陈建平.具有智能热交换功能的3G户外机柜可行性分析.科技致富向导杂志社，2011.
[2]徐长鑫，李向红.通信系统用户外机柜的温度和噪音控制.科技资讯杂志社，2010.
[3]陆强，陈黎敏. 用于通信系统的户外机柜的开发.常州信息职业技术学院，2008.