通信用移動基站戶外機柜的應用

帥起陽

摘 要：隨著人們對網絡需求的日益提高，要求運營商對網絡的發(fā)展和覆蓋的要求也日益深入。越來越多的室外建站從單純的邊際網，逐步擴大的城區(qū)、道路覆蓋等等，有效解決盲區(qū)覆蓋、緩解區(qū)域通信壓力等問題。同時，有限網絡寬帶的提速，直接帶來了接入網的下沉，因此也掀起了戶外站點大量建設需求，本文主要對戶外基站機柜的結構及功能進行了論述。

關鍵詞：基站；熱交換；風機；空調；噪音控制

移動通信基站戶外機柜（Communication base station out

door cabinet），是指直接處于氣候影響下，由金屬或非金屬材料制成的，不允許操作者進入操作的柜體。其內部可安裝通信系統(tǒng)設備、交直流配電、蓄電池、溫度調節(jié)設備、及其它配套設備，能為內部設備正常工作提供可靠的機械和環(huán)境保護。其特征還包括低能耗、分艙溫控，具有較高的集成度、擴展靈活、安裝簡單、支持散件運輸現場拼裝等。

一、基站機柜的結構及功能

戶外基站柜一般由頂蓋、柜體、夾芯板及門四部分組成，同時需采用可拆卸式（或現場組裝式）的結構；機柜整體框架一般采用鍍鋅鋼板或不銹鋼板，其中夾芯板的保溫性能對整個機柜起著至關重要的作用，因此夾芯板的芯材選用需為隔熱性、強度及穩(wěn)定性良好的無機的玻璃棉、巖棉、泡沫玻璃，或有機的酚醛樹脂泡沫等材料，同時內、外面板彩鋼板厚度需≥0.5mm，整體厚度需≥45mm，表面通過噴涂室外塑粉處理。

基站柜根據網絡規(guī)劃一般安裝在地面、樓頂、路邊、山坡等地區(qū)，同時按使用要求不同，柜體由各種獨立的單元/艙組成，一般包括設備艙、電源艙、蓄電池艙及配線艙（DDF、ODF）四大類；設備艙需供標準的19/21英寸安裝空間（也可定制非標設備）用于安裝BBU/RRU及GSM MINI宏基站等設備；電源艙按不同設備需求提供交流配電、整流、直流配電單元的安裝空間；配線艙滿足通信設備所需配置的ODF和DDF配線模塊安裝的空間要求，其中蓄電池艙的機架抗震加固能力應符合《YD

5083-2005 電信設備抗地震性能檢測規(guī)范》，以保證設備安全；拼裝式機柜的防護等級也需滿足GB4208中IP55級。

機柜應有良好的防盜功能，頂蓋及艙門的設計結構須防盜，同時機柜須具備電源防雷及各種監(jiān)控的功能，包括煙霧、門禁、電源失效、溫濕度、水浸等遠程監(jiān)控功能，并有可靠的接地保護系統(tǒng)。

二、機柜用散熱方式

通常機柜內的溫度產生主要有兩個方面，一方面是通過暴露在戶外太陽直的輻射、熱傳導產生的溫度，而另一方面是由于通信設備、電源設備工作自身產生的溫度引起，所以為使柜內各種設備的正常運行，必須配備可靠的溫度調節(jié)系統(tǒng)；通過試驗表明，在相同時間及相同太陽強度的照射下，表面噴涂深色塑粉的機柜溫度要比表面噴涂淡色塑粉的機柜溫度高10℃左右，這也是基本溫控形式；至于通信設備產生的熱量，由于設備不同的型號、規(guī)格所產生的也有較大差異。目前一般根據機柜內所有發(fā)熱量的總和主要有風扇、熱交換、工業(yè)空調三種散熱方式，并通過溫度控制器自動調節(jié)；一般影響柜體溫度控制的因素主要有風扇的風量、熱交換或空調的換熱功率及風道設計的合理程度（包括進出風口的大小、位置、濾網的通透率與清潔程度等），目的是達到艙內各處溫度均勻，使溫度梯度△T≤

5℃。

（一）風扇形式。采用風扇的風量強制使柜內空氣進行對流交換，已達到降溫的目的，主要應用在一些對工作環(huán)境相對優(yōu)越且要求不高的情況下。

風量的估算V=3.1Qv/T（M？/h） 注：Qv為柜內部的發(fā)熱量；T為機柜內外溫差；采用風扇形式相對成本能耗都較低且換熱效率高，但由于是內外空氣直接對流，所以外界的灰塵會直接被吸入到柜內，時間一久內部設備的表面就會積攢很厚的灰塵影響設備的正面運行，因此安裝的環(huán)境最好是比較干凈清潔的地方，并須及時對風口過濾網進行清潔或更換。

（二）熱交換形式。熱交換的原理是通過其中間的傳熱介質，使機柜內、外的空氣在相互的循環(huán)工作中進行熱量傳遞交換，從而達到降低溫度的目的。

傳熱能力的估算可按Qw=Qv/T（W/K） Qv=Qk+Qs；

注：Qk柜內發(fā)熱量；Qs 機柜表面太陽輻射熱量；Qs=AK*T （A機柜表面積、K換熱系數）；一般選用熱交換的功率是通過機柜內外的溫度差10℃為基準計算，即假設環(huán)境的溫度為30℃，那此時機內的熱量達到設計的最大值也即40℃，是正常的。實際應用中，對于柜內典型發(fā)熱量在1000W以下的配置功率為80～130W/K，而發(fā)熱量在1000W～2000W之間的柜配置功率為130～200W/K。采用熱交換后由于內外是完全隔離的，外部的灰塵無法進入柜體，故具備保持內部清潔的優(yōu)點，同時目前采用的新式交換器能耗不大且基本不怎么需要維修保養(yǎng)；而其缺點是內部溫度隨外部環(huán)境溫度的升高而上升，且從啟動直到柜內溫度下降穩(wěn)定存在一個延遲滯后的過程。

（三）工業(yè)空調形式。選用空調來給機柜內降溫是最有效、最快捷的方式，不但能使柜內溫度很準確的控制某一設定值，且能快速有效的達到降溫的目的，同時可以保持設備清潔、柜內溫差不受外部環(huán)境的影響；但它的缺點是能耗高，且需要定期維護，特別是風口的濾網得及時清洗更換，否則制冷效果會降低，也可能會損壞空調。

三、機柜噪音的控制

行業(yè)標準規(guī)定，在城市居住地帶離機柜1.5M處的噪音必須≤50dB，因此保證制冷效果好的前提下降低噪音是至關重要的。通常為達到良好的制冷效果，基站機柜一般會選用高轉速、風量大的風扇，風機的轉速能達到2800rmp以上，此時在離機柜1.5M處的噪音達到65dB以上，而熱交換機和空調在運行中的噪音經實測與風機相當，所以如果將這樣的戶外機柜安置在城市居民住宅區(qū)，一定會影響人們的正常生活而引起不必要的糾紛，所以必須盡量避免。

首先一方面可以考慮選用好的靜音風機或降低風機的轉速，同時增加風機數量的方法。經實驗表明，當風機轉速的轉速降低320～420rmp時，噪音可以降低10dB左右；但在降低風機轉速的同時風量也受到影響，所以要增加風機的數量來滿足溫控的要求。而機柜配置熱交換或空調制冷時，由于受它們自身的結構和尺寸限制，降低轉速并不適用；因此需要通過制造商來突破空調本身的技術，目前市場上熱交換器或空調也基本都能達到行業(yè)的標準要求。另一方面建議在居民住宅區(qū)選用風機直排的方式，且盡量遠離住宅放置。其次，應采用合理的風道設計，盡可能增大進出風口的截面尺寸使空氣流通的路徑暢通，以減少風阻、降低噪音；最后，在風扇的出口位置可以安裝消音材料或消音裝置，也能對降低噪音起到一定的效果。

四、結語

互聯網時代隨著人們對網絡需求的不斷加大，會觸成運營商會對網絡的發(fā)展和覆蓋，因此隨著通信網絡的逐步推進，隨著設備制造技術和NGN的發(fā)展，各類通信設備體積大大縮減，使得運營商采用基站戶外機柜在通信接入網進行組網的需求大為提高，成為一種新的趨勢，所以須盡可能考慮機柜的溫度和噪音問題，通過不同環(huán)境正確選用適宜的溫控手段，并盡可能的使安裝在住宅區(qū)的機柜離民宅的距離在15米以上。

參考文獻：

[1] 電子設備機械結構（GB/T 18663.1-2008）；

[2] 電子設備機柜通用技術條件（GB/T 15395-1994）；

[3] 通信系統(tǒng)用室外機柜安裝設計規(guī)定（YD/T 5186-2010？）；