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Cabine pour la protection d'une installation émettrice ou d'autres appareils électrotechniques destinés à la télécommunication.
La présente invention concerne une cabine pour la protection d'une installation émettrice ou d'autres appareils électrotechniques de télécommunication, présentant au moins un élément de ventilation ainsi que des ouvertures d'évacuation d'air dans au moins une paroi de la cabine.
Des installations émettrices ou des appareils électrotechniques correspondants produisent des puissances dissipées relativement élevées et leur durée de vie dépend de certaines températures limites, qui ne peuvent être dépassées. Comme cabines, on se sert de ce que l'on appelle des caissons mobiles de télécommunication, qui sont fabriqués sous la forme de conteneurs d'acier ou également de cabines de béton - respectivement pourvues d'une porte d'entrée.
La Demanderesse a développé, pour évacuer les pertes de chaleur jusqu'à 4 kW, un concept d'aération propre pour des cabines de béton, ledit concept opérant sans appareil de climatisation et ne nécessitant l'utilisation d'un ventilateur intégré - de manière relativement rare - qu'à des températures extérieures élevées. A cet effet, côté porte, on incorpore un élément de ventilation en dimensions de 52 cm x 64 cm, qui contient un mat filtrant. Pour l'évacuation de l'air, il est prévu près du toit des fentes d' aération, comme on peut le voir dans une forme de réalisation du document DE 197 06 320 Al de la Demanderesse.
Lorsque la
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température à l'intérieur de la station dépasse 45 , un ventilateur intégré à la paroi en regard - pour un diamètre de cavité de 34,5 cm - s'enclenche, de sorte qu'autant l'élément de ventilation d'amenée d'air avec le mat filtrant que les fentes d' aération servent comme section transversale d'amenée d'air. On évite une très large entrée de poussières du fait du type de leur structure.
Connaissant cet état de la technique, l'inventeur s'est donné pour objet d'améliorer le comportement au froid dans ce que l'on appelle des caissons mobiles ainsi que de satisfaire à des exigences plus élevées auxquelles le mode d'utilisation employé jusqu'à présent ne répondait pas. D'une part, il faut évacuer, en dehors de 4 kW, également une puissance dissipée de 7 kW et 10 kW, d'autre part, la température autorisée à l'intérieur de la cabine n'atteindra encore au maximum que 35 C, et ce, même à une température ambiante maximale - de l'air extérieur - de 40 C; dans cette configuration, une amenée et une évacuation d'air naturelles avec l'appui d'un ventilateur ne mènent pas à une amélioration.
Pour atteindre cet objectif, on se référera à l'enseignement de la revendication indépendante ; revendications dépendantes indiquent des perfectionnements avantageux. A cet effet, entrent dans le cadre de l'invention toutes les combinaisons d'au moins deux caractéristiques divulguées dans la description, les dessins et/ou les revendications.
Selon l'invention, dans une ouverture d'aération de la zone du toit - ou dans une liaison
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correspondante avec la face externe de cabine - de la cabine, on a agencé au moins un élément de ventilation et, dans l'espace intérieur de la cabine, au moins un appareil de refroidissement pour refroidir l'air intérieur. En outre, l'appareil de refroidissement doit être agencé à l'intérieur en amont d'au moins une ouverture de paroi de la cabine.
Il s'est révélé avantageux d'agencer, en amont d'au moins une ouverture de paroi, un condenseur et un vaporisateur de l'appareil de refroidissement, une ouverture de sortie d'air étant prévue au moins à proximité du vaporisateur dans la paroi frontale d'un boîtier de l'appareil de refroidissement.
Par ailleurs, à cet appareil de refroidissement doit être affecté un circuit d'air séparé, comme expliqué plus en détail ci-dessous.
Un appareil de climatisation normal, par exemple, d'une puissance de refroidissement de 7 kW ou 10 kW est très cher et volumineux. Dans un appareil divisé, se présenterait en outre le danger de vandalisme pour les parties se situant à l'extérieur.
C'est ainsi que, selon la conception de l'invention, sur la plus grande partie de la période annuelle - à des températures qui ne sont pas si élevées l'aération est réalisée selon la méthode précitée, c'est-à-dire via un élément d'amenée d'air avec un mat filtrant, qui, en raison de l'encombrement de l'appareil de refroidissement d'appoint développé selon l'invention et à affecter à l'amenée d'air, est agencé sur la partie arrière de la cabine ou, selon le cas, du caisson de télécommunication mobile, y compris l'évacuation d'air
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ambiant, et d'un ventilateur d'une puissance horaire de
3000 m3, qui se trouve dans le toit - pour des raisons d'encombrement et en raison de la position au point le plus élevé.
Lorsque l'aération et l'évacuation d'air naturelles ou, selon le cas, l'utilisation supplémentaire du ventilateur ne suffisent plus en raison de la température, pour répondre aux exigences mentionnées ci-dessus, l'air d'amenée - air extérieur jusqu'à 40 C - est refroidi avec l'appareil de refroidissement intérieur spécial et, simultanément, le ventilateur dans le toit fonctionne. Cette solution est, par rapport aux installations de climatisation traditionnelles, qui refroidissent en général l'air intérieur, plus économique autant à l'achat qu'en exploitation et est moins coûteux à l'entretien ; appareils de refroidissement travaillent sensiblement moins que l'installation de climatisation.
L'appareil de refroidissement utilisé selon l'invention dans les dimensions préférées de 62 x 40 x 18 cm contient le condenseur décrit directement en amont et à hauteur de l'élément d'amenée d'air. L'air d'amenée pénètre alors refroidi par en dessous de l'appareil dans le caisson de télécommunication mobile, alimente celui-ci en air froid, qui est en relation d'échange de chaleur avec les appareils et évacue la chaleur dissipée via le ventilateur qui se trouve dans le toit et l'évacuation d'air ambiant. Comme l'appareil est monté dans un coin du caisson de télécommunication mobile, la sortie d'air
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de refroidissement a lieu selon l'invention en forme de L sur deux côtés de l'appareil.
Le condenseur de l'appareil de refroidissement est de préférence refroidi par un circuit d'air séparé, qui est maintenu par des ventilateurs radiaux - qui se trouvent dans la partie supérieure de l'appareil - et est formé avec l'air extérieur via une grille d'amenée d'air dans la paroi de béton du caisson de télécommunication mobile ainsi que via une grille d'évacuation d'air au-dessus de la grille d'amenée d'air dans la paroi de béton du caisson de télécommunication mobile.
Les appareils de refroidissement sont conçus de manière à présenter les mêmes grandeurs et les mêmes mesures de connexion autant pour une puissance dissipée de 4 kW que de 7 kW et de 10 kW dans le caisson de télécommunication mobile.
En raison de ces mesures, on peut exploiter un procédé de climatisation de la cabine précitée pour protéger une installation émettrice ou d'autres appareils électrotechniques de télécommunication, dans lequel l'air d'amenée est refroidi par un appareil de refroidissement intérieur, tandis qu'un élément d'aération qui se trouve dans le toit est actionné.
La conception selon l'invention mène entre autres aux avantages suivants : # moins d'heures de travail que pour un appareil de climatisation, car les températures intérieures sont toujours plus importantes que les températures extérieures et, par suite, # durée de vie plus longue,
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# solution plus économique que des appareils de climatisation, # économie de place en raison de la structure spéciale, # capacité d'échange pour des exigences différentes (4 kW, 7 kW, 10 kW) dans un bâtiment, car les appareils de refroidissement d'appoint et les éléments de construction d'amenée et d'évacuation d'air et analogues ont les mêmes mesures dans le caisson de télécommunication mobile.
D'autres avantages, caractéristiques et détails de l'invention ressortiront de la description suivante d'exemples de réalisation préférés ainsi que des dessins dans lesquels : la Fig. 1 est une vue de dessus d'une cabine en béton dite caisson de télécommunication mobile - sans plaque de toit - pour installations émettrices de télécommunication, les Fig. 2 à 4 représentent des vues en coupe de parois latérales et de parois frontales du caisson de télécommunication mobile, la Fig. 5 représente une vue en coupe verticale de la cabine selon la ligne V-V de la Fig. 1 avec vue frontale sur un appareil de climatisation, la Fig. 6 représente une vue en coupe verticale de la cabine selon la ligne VI-VI de la Fig. 1, la Fig. 7 représente en vue en coupe partielle horizontale dans une section de la Fig.
3 selon la flèche VII avec une cornière d'appui faisant saillie d'une paroi latérale,
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la Fig. 8 est une vue du détail de la section de la Fig. 7 dans une vue en coupe perpendiculaire à celle-ci avec une vue de dessus sur la cornière d'appui, la Fig. 9 représente la cornière d'appui à plus grande échelle par rapport à la Fig. 8, la Fig. 10 représente une vue en coupe partielle d'une porte de la Fig. 1 avec la zone de socle qui s'y rapporte, la Fig. 11 est une vue de dessus d'une plaque de toit du caisson de télécommunication mobile, les Fig. 12 et 13 représentent des sections à plus grande échelle de la Fig. 11 selon la flèche XII ou, selon le cas, XIII, la Fig. 14 est une vue frontale de l'appareil de refroidissement indiqué dans la Fig. 1, la Fig. 15 représente une vue latérale de la Fig. 14, la Fig.
16 représente en vue arrière l'appareil de refroidissement des Fig. 1, 14, et la Fig. 17 est une vue de dessus des Fig. 14 à 16. les Fig. 18,19 représentent une vue en coupe transversale et une vue en coupe longitudinale d'une autre cabine avec des éléments d'installation, la Fig. 20 est une vue en plan des Fig. 18 et 19, les Fig. 21 et 22 représentent des schémas d'écoulement pour les vues en coupe transversale et en coupe longitudinale selon les Fig. 18 et 19 avec représentation des trajets d'écoulement en convection naturelle (première étape),
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les Fig. 23 et 24 représentent deux schémas pour une aération forcée (deuxième étape), et les Fig. 25 et 26 représentent deux schémas destinés à montrer le fonctionnement comme appareil de climatisation (troisième étape).
Une cabine ou un caisson de télécommunication mobile 10 de forme parallélépipédique fabriqué(e) en béton en projection plane rectangulaire, par exemple ayant une longueur externe a ici de 240 cm ainsi qu'une largeur b de 180 cm présente, sur une plaque de fond 12, des parois latérales 14, 14a formées de manière monolithique et parallèles l'une à l'autre, et des parois frontales 16 reliant ces parois latérales d'une épaisseur e de 10 cm ainsi que d'une hauteur libre h de 240 cm. Dans les bords supérieurs 17 de ces parois de station 14, 14a, 16 est respectivement formé un gradin reconnaissable en 18 de hauteur f d'environ 6 cm ainsi que d'une largeur g de 140 cm ; longueur restante e1 du bord supérieur restant 17 correspond plus ou moins à l'épaisseur de paroi e.
Ce gradin 18 forme, avec une plaque de toit 20 que l'on peut voir nettement dans les Fig. 5,6, une fente d'aération proche du toit 22, dont la conformation - en particulier un recouvrement extérieur avec des profilés de toit 24 - peut être tirée par exemple du document DE 197 06320 Al en tant que partie d'une station de commutation. Les flèches d'écoulement x de la Fig. 1 indiquent les directions d'écoulement qui sont établies ici.
La plaque de toit 20 d'une hauteur de bord z de 14 cm, pourvue d'une ligne de faîte 19 avec deux surfaces 21 inclinées vers le bord, est appliquée avec
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un écart i d'environ 10 cm sur les parois de station 14, 14a, 16 qui s'amincissent en coupe transversale vers le haut dans l'exemple des Fig. 5,6 et sont fixées dans les coins - dans la zone des trous d'ancrage 26 - en intercalant des bouchons étanches 27 par des tirants d'ancrage 28. Les profilés de toit mentionnés 24 sont fixés ensuite dans la zone des fentes d'aération 22 - notamment dans des trous de cheville 23. Dans la Fig. 1, le bord 20a de la plaque de toit 20 qui manque ici est indiqué en pointillés.
La plaque de toit 20 pourvue sur sa surface interne de plaques d'isolation 30 présente, selon les Fig. 5,6, une ouverture d'aération 34 - recouverte par un dôme de toit 32 et entourée par un collet de bord externe 33 - avec un ventilateur 36 ; puissance horaire atteint de préférence 3000 m3. Une saillie circulaire de l'ouverture d'aération tubulaire 34 est indiquée dans la Fig. 1 en 34a, tandis que, dans la Fig. 11, on indique une ouverture d'aération 34 rectangulaire dans une variante possible.
Dans une ouverture plus ou moins centrale 38 de la paroi latérale 14 est articulée latéralement selon la Fig. 1 une porte placée à gauche 40 de largeur bi d'environ 90 cm et de hauteur hl de 200 cm ; de la joue d'articulation de l'ouverture 38, on peut reconnaître dans son seuil 39 une cheville de mise à la terre 42.
Les sections selon les Fig. 7,8 de la paroi latérale sans porte 14a montrent sur un côté d'une cavité 44 de largeur n de 16 cm et de longueur ni de 32 cm une cornière d'appui 46 de longueur q de 45 cm, dont la
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branche interne 47 est vissée sur la paroi latérale 14a en 49 dont la branche externe 48 de largeur qi d'environ 8 cm s'écarte de la paroi latérale 14a.
Dans l'espace intérieur 50 de la cabine de béton 10 sont agencés, dans les Fig. 1, 5,6, sur les parois frontales 16, en 52, des émetteurs ou d'autres appareils électrotechniques de télécommunication, qui produisent des puissances dissipées relativement élevées et dont la durée de vie dépend de certaines températures limites. A cet effet, sur la paroi latérale 14, sans porte se trouve un appareil de refroidissement 54 avec un boîtier 56 de largeur s ici de 65 cm, de profondeur t d'environ 40 cm et de hauteur h, de 180 cm. En raison de l'amenée d'air, il est prévu dans cette paroi latérale 14 selon la Fig. 3 deux ouvertures 15 avec des grilles d'aération négligées dans les dessins.
L'appareil de refroidissement 54 contient dans son boîtier 56 - en amont et à hauteur d'un élément d'amenée d'air de la paroi latérale 14, équipé d'un ou plusieurs mats filtrants - un condenseur 59 et, en dessous de celui-ci, un évaporateur 60 d'une largeur respective S1 de 50 cm. Près de l'évaporateur 60 est schématisé un compresseur 61 et sur la surface frontale 57 du boîtier 56 tournée vers l'espace intérieur 50 de la cabine une ouverture de sortie d'air 58 ; Fig. 6 montre en outre un ouverture de sortie d'air latérale 58a.
L'air d'amenée refroidi pénètre par en dessous à partir de l'appareil de refroidissement 54 dans le caisson de télécommunication mobile 10 (flèche y), alimente celui-ci en air froid, qui est en échange de chaleur avec les appareils
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électriques et évacue la chaleur dissipée via le ventilateur 36 se trouvant dans la plaque de toit 20 ainsi que par évacuation d'air ambiant 22.
L'appareil de refroidissement 54 est monté à une distance c ici de 60 cm de la paroi frontale adjacente 16 et la sortie d'air de refroidissement se produit sur au moins deux côtés de cet appareil de refroidissement 54.
Le condenseur de l'appareil de refroidissement 54 est refroidi par un circuit d'air séparé qui est entretenu par des ventilateurs radiaux 62 se trouvant au-dessus dans l'appareil de refroidissement 54 - et est formé avec l'air extérieur via une grille d'amenée d'air dans la paroi de béton du caisson de télécommunication mobile 10 ainsi que via une grille d'évacuation d'air se trouvant au-dessus de la grille d'amenée d'air dans la paroi de béton. Le courant d'amenée d'air et le courant d'évacuation d'air peuvent également être acheminés via une grille commune.
Les appareils de refroidissement 54 sont conçus de manière à présenter les mêmes grandeurs et les mêmes mesures de raccordement non seulement pour 4 kW mais aussi pour 7 kW ou 10 kW de puissance dissipée dans le caisson de télécommunication mobile 10 ; autant en raison de la standardisation (fabrication en série du boîtier) qu'en raison également des formes identiques des cabines 10 en béton, et également en raison de la capacité d'échange dans une de celles-ci.
Outre l'appareil de refroidissement 54, un distributeur basse tension 64 d'une largeur t1 de 30 cm
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ainsi que d'une hauteur k de 90 cm est agencé à distance k. de la plaque de sol 12.
De même, la cabine ou la station de télécommunication mobile 10a des Fig. 18 à 26 est coulée de façon monolithique et est fermée vers le haut par une plaque de toit 20. Ses parois 14,14. et 16 sont autant isolées de la chaleur que la structure de sécurité à une seule aile 40. Le poids de la cabine 10a sans les appareils est de 70 kN.
L'aménagement avec des appareils peut être conformé de manière variable et est constitué, dans l'exemple représenté, de quatre armoires de distribution 52 - d'une largeur qui correspond également à la profondeur t2 de 60 cm et d'une hauteur h3 de 200 cm - ainsi que d'une distribution basse tension 64. Sur la paroi latérale côté porte 14 est installé, comme composant du concept d'aération, un appareil de refroidissement 54 d'une profondeur t de 34 cm ainsi que d'une hauteur h2 de 205 cm derrière un élément de ventilation particulier 66.
La station de télécommunication mobile 10, 10. est soumise à des exigences particulières en termes de température interne. En conséquence, à une température externe maximale de 35 C et une puissance dissipée des appareils installés de 7 kW, on ne peut dépasser une température interne de 35 C. Pour garantir ces données, on utilise un concept d'aération et de climatisation en trois étapes. Dans la première étape, il se produit, selon les Fig. 21 et 22, l'évacuation de la chaleur dissipée par convection naturelle, c'est-à-dire à travers une jalousie d'amenée d'air 68 équipée d'un mat
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filtrant les poussières et une évacuation ambiante 70 de l'air usé.
Lorsque les températures externes augmentent, l'évacuation de la chaleur dissipée se fait dans la deuxième étape - Fig. 23 et 24 - par augmentation du débit d'aération à l'aide d'un ventilateur 36a installé dans la paroi arrière de la station. Lorsque, dans la deuxième étape, la température limite de 35 C est atteinte dans l'espace intérieur 50 de la station, l'appareil de refroidissement 54 s'enclenche sur l'amenée d'air de telle sorte que le courant d'amenée d'air de l'étape 2 soit encore refroidi. L'évacuation de chaleur de l'appareil de refroidissement 54 se fait via un circuit d'aération - soutenu par un ventilateur séparé.
Autant l'ouverture d'amenée d'air dans la cabine 10a que les ouvertures d'aération du circuit de l'appareil de refroidissement sont recouvertes par une jalousie d'aération commune spécialement construite. Les influences atmosphériques directes sur l'appareil de refroidissement 52 sont exclues. Cette structure garantit une protection élevée de la cabine.
En outre, il est possible d'introduire sans limitation des câbles sur les trois côtés restants de la station.
L'efficacité de l'installation décrite a été documentée par un essai effectué dans une chambre de climatisation, dans laquelle, pour simuler la puissance dissipée des appareils, on a installé trois corps chauffants avec une puissance de chauffage totale de 7 kW qui ont été enclenchés en permanence sur toute la
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durée des séries de mesure. La régulation des étapes d'aération 2 (ventilateur) et 3 (appareil de refroidissement) a été réglée de manière que le ventilateur s'enclenche à une température ambiante de 30 C et se re-déclenche à 25 C, tandis que l'appareil de refroidissement s'enclenche à une température ambiante de 35 C et se re-déclenche à 27 C.
Le capteur ambiant pour le réglage se trouve au centre de l'espace entre les appareils à distance d'environ 15 cm en dessous de la plaque de toit 20. Pour pouvoir saisir le développement des températures en divers points de tout l'espace interne, on a placé quinze thermoéléments.
Les essais effectués dans la chambre de climatisation doivent servir à déterminer la distribution de températures dans la cabine, la température ambiante moyenne et le positionnement approprié du capteur de température ambiante pour le réglage du ventilateur et de l'appareil de climatisation. A cet effet, les températures environnantes ont été réglées progressivement de 10 C à 35 C. En l'occurrence, l'humidité relative de l'air a été ajustée selon la norme DIN 8900 partie 2.
Il s'est avéré, 20 minutes après l'enclenchement de la charge thermique, qu'à une température environnante de 10 C, la valeur limite de 35 C sur le capteur ambiant était dépassée si bien que les étapes d'aération 2 et 3 étaient mises en service.
Il était manifeste que le capteur ambiant pendait en dessous du toit dans une gaine thermique, comme cela
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apparaît également de mesures d'essai de ventilation de transformateurs.
Au cours des essais, on a déterminé pour la position optimale du capteur ambiant, qui doit saisir la température ambiante moyenne pour le réglage des étapes d'aération 2 et 3, la position devant la paroi arrière en dessous du ventilateur.
Après le repositionnement du capteur ambiant, il s'est révélé, lors de la continuation des mesures, que l'étape d'aération 2 était en mesure de maintenir la température ambiante en dessous de 35 C jusqu'à une température environnante de 30 C. Comme on pouvait supposer en outre qu'aux plus basses températures environnantes, l'étape d'aération 1 (convection naturelle) suffit, la température de la chambre de climatisation a été réduite par tâtonnements à 5 C à la fin des essais.
D'autres essais techniques de mesure ont eu lieu à l'air libre. Le lieu a été choisi de telle sorte que la station de télécommunication mobile 10, reste toute la journée librement au soleil et dans le vent.
Le dispositif de mesure s'est orienté vers les résultats de l'essai technique de mesure dans la chambre de climatisation. C'est ainsi que la régulation de l'étape d'aération 2 - ventilateur - a été maintenue (enclenchement à 30 C, déclenchement à température ambiante de 25 C) et celle de l'étape d'aération 3 (appareil de refroidissement) a été modifiée de telle sorte que l'appareil de refroidissement s'enclenche à 35 C et se re-déclenche à 30 C.
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Le capteur E pour la saisie et la régulation de la température ambiante moyenne a été positionné sur la paroi arrière 14a en dessous du ventilateur 36a. Les essais techniques de mesure dans la chambre de climatisation ont confirmé que, même aux températures diurnes de plus de 30 C - comme on a pu en obtenir au cours des jours de mesure à l'air libre - l'étape d'aération 2 était en mesure de maintenir la température ambiante moyenne même lorsque la charge thermique de 7 kW était enclenchée en permanence en dessous de 35 C, donc sans enclenchement de l'appareil de refroidissement.
Les positions de deux capteurs de température interne F et d'un capteur de température externe G peuvent être observées sur les Fig. 19 et 20 - les mesures de distance définissant les positions (r = 100 mm ; ri = 100 mm ; r@ = 180 mm ; r3 = 80 mm) .
A température externe en cours de refroidissement en dessous de 20 C, le ventilateur 36a s'est déclenché si bien que l'on se trouve à l'étape d'aération 1, c'est-à-dire que la température ambiante est descendue en dessous de 25 C.
Au bout d'environ 10 minutes, la température ambiante a augmenté de nouveau à 30 C si bien que le ventilateur 36, s'est enclenché à nouveau. Sur la durée de cette série de mesures d'environ 94 heures, le temps de fonctionnement du ventilateur 36a (étape d'aération 2) est d'environ 78 heures (= 83%) si bien que l'étape d'aération 1 était suffisante pendant environ 16 heures (= 17%). Les températures externes se sont déplacées dans cet intervalle de temps de 34 C à 14 C.
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Dans une autre série de mesures s'étalant sur 23 heures, au cours desquelles la charge thermique interne a été réduite à 5 kW, la durée de fonctionnement du ventilateur était de 18 heures (= 78), si bien que l'étape d'aération 1 était suffisante pendant 5 heures (= 22a). Dans cet intervalle de temps, les températures externes se sont déplacées entre 33 C et 13 C.
Les essais techniques de mesure ont également révélé qu'avec le concept d'aération en trois étapes selon l'invention, on a découvert une solution économique multifonctionnelle, en particulier pour les exigences élevées imposées aux stations de télécommunications mobiles compte tenu des températures internes à maintenir.
La station 10,10, opérant avec ce concept d'aération se distingue par sa robustesse, ses entretiens améliorés et son caractère très économique.
Toutes les unités fonctionnelles importantes sont disposées dans la gaine de béton protectrice. Le fonctionnement ne nécessite pas beaucoup d'entretien et est économe en énergie, car le fonctionnement de l'appareil de refroidissement n'est nécessaire que sur un intervalle de temps court - en tenant compte de toute l'année- c'est-à-dire dans des conditions de température extrêmes - donc rares.
Enfin, on attirera l'attention sur le fait que le concept d'aération à trois étapes selon l'invention peut être utilisé dans le cadre de l'invention même dans d'autres cabines pour installations électriques - qui ne sont pas décrites ici.