通信基站蓄電池恒溫柜隔熱設計及分析

摘 要：通信基站蓄電池使用環境溫度保證在15℃～25℃理想溫度范圍內，可實現延長蓄電池使用壽命和節能降耗的雙重目標。本文通過對蓄電池恒溫柜隔熱設計及熱力學分析，以此使人們能設計出更高效率和更節能的蓄電池恒溫柜。

關鍵詞：蓄電池恒溫柜；隔熱；熱力學分析

1 序言

隨著通信網絡規模的不斷擴大，通信企業設備運行的耗電量已經成為不斷增加的重要成本。目前國內通信基站能耗中溫控系統的能耗約占50%，溫控系統是節能減排的關鍵，由于通信基站中各種設備對溫度的耐受度存在較大的差異，其中蓄電池要求在25℃，環境溫度每升高10℃，電池壽命縮減一半，而其他設備可以在30℃-40℃的溫度環境下工作。目前基站內所維持的溫度更多是為了滿足電池的使用要求而設置的，標準站通常將基站整體溫度維持在25℃-28℃，因而造成能耗居高不下。

近年來通信行業逐漸推行按照“分區控溫、針對冷卻”的控溫原則進行綠色基站建設，以提高基站整體環境溫度從而大幅度節能降耗，將蓄電池裝入恒溫蓄電池柜，為其提供一個最適宜的局部恒溫環境，蓄電池柜以外的區域可視設備狀況將環境溫度設定30℃-40℃。從而大大降低基站溫控系統能耗。為蓄電池提供最適宜的恒溫環境需要蓄電池恒溫柜有可靠地隔熱性能和與其相匹配的制冷單元。

2 柜體隔熱設計

2.1 柜體組成及分類

柜體主要包括骨架、隔熱板、排氫裝置、密封件、制冷單元等的組成，柜體分為一體化結構和拼裝結構，蓄電池分上下兩層安放。一體化結構柜體可在工廠內一次性加工好，密封性好，可減小柜體的熱泄露，柜內溫度分布均勻性好，但運輸成本高，適合新建基站使用，對于舊基站改造需要對蓄電池進行搬移和重新連線，工作量大；拼裝結構柜體方便運輸和組裝，密封性略差，增加柜體的熱泄露，柜內溫度分布均勻性較差，影響局部蓄電池使用性能和壽命，適合舊基站改造使用，無需對蓄電池進行搬移和重新連線，無需底層隔熱板安裝。

2.2 隔熱材料的選擇

2.2.1 隔熱材料的選用原則

（1）導熱系數盡可能小，一般要求不大于0.045W/（m·k）；（2）密度輕；（3）具有一定的機械強度，硬質無機成型制品的抗壓強度不應小于0.3MPa，有機成型制品的抗壓能力不應小于0.2MPa；（4）膨脹性、防潮性、防火性均要符合使用要求；（5）具有化學穩定性，對金屬無腐蝕作用；（6）價格低、易成形，可采用填充、澆注、噴涂等工藝形成柜體隔熱層?，F在使用較為普遍的隔熱材料有聚苯乙烯泡沫、聚氨酯泡沫。

2.2.2 常用保溫材料性能比較

從上表比較可知，硬質聚氨酯泡沫（PU），絕熱性能好，工藝性佳，成型工藝比較簡單，可預制或現場發泡，是首選的隔熱材料；阻燃性能要求高的產品，可選用酚醛樹脂發泡板，但成本較高。

2.3 斷熱橋設計

由于金屬導熱系數較大， 為減少漏熱，采用斷熱橋設計消除隔熱板內外面鋼板間、隔熱板與骨架間熱傳導。隔熱板內外面鋼板間結合部位采用導熱性能低的非金屬阻燃材料作過渡連接；隔熱板與骨架間采用有斷熱功能的輔助骨架；隔熱板及其與骨架間拼合間隙采用高彈力橡塑密封條（PEVA）進行密封，提高接觸密封，阻隔空氣對流。

3 柜體熱力學分析

3.1 示例計算分析的對象與條件

3.1.1 柜體外形尺寸（H*W*D）：1300*1100*650（mm）。

3.1.2 柜體結構與隔熱材料尺寸參數：柜體為六面箱體結構，六面均為厚度δ=40mm的夾心隔熱板，隔熱板為六面封閉型腔內灌注PU構成，其型腔由厚δ0.5mm的鋼板制成.鋼板外側涂有粉末涂層。

3.1.3 運行環境條件：

工作溫度范圍：-5℃～+40℃。

相對濕度：5%～95%（+40℃±2℃）。

3.1.4 設定柜內部放置24只電壓2V、容量300AH 的閥控式密封鉛酸蓄電池組。

3.1.5 設定該蓄電池組的備用供電時間為4小時。

3.1.6 要求恒溫柜內工作溫度范圍：15℃～25℃。

3.2 熱負荷計算說明

3.2.1 柜體漏熱計算

隔熱板兩邊都是防潮性能極好的鋼板，因此不考慮隔熱板的濕度溫度。

3.2.2 蓄電池充放電過程散熱量計算

依照國家標準：YD/T799-2002對通信用閥控式密封鉛酸蓄電池在25℃柜內溫度環境下測定了蓄電池的表面溫度和散熱量，通過測試和計算得知每只2V-300AH 的蓄電池，按照設定4 小時備用供電時間要求的放電時，散熱量約為2.5w，每個箱體共24 只2V-300AH 的蓄電池，其總散熱量約為60W。

3.2.3 恒溫柜總體熱負荷計算

4 結束語

從以上分析可知，在極端環境溫度條件下（-5及40℃）蓄電池恒溫柜有、無隔熱底板相比，熱負荷相差31.1W，采用隔熱底板雖然會增加投資，但會降低運行成本；柜體設計制造過程中還需不斷提高結構設計和加工工藝水平，盡量減少熱損失和泄漏，可提高柜體的隔熱性能；從熱力學角度考慮，恒溫柜內空間各位置溫度越均勻，越有利于降低制冷器換熱溫差從而提高制冷效率，同時避免因溫度死角（即局部溫度太高或太低），而影響局部蓄電池使用性能和壽命的問題；由于基站建設材料有嚴格的燃燒性能要求，柜體隔熱材料選擇時，同時要滿足阻燃性能的要求。

參考文獻

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