CN101403526B - 无人值守机房或基站控温空调的节电方法改进 - Google Patents

Abstract

内有电器设备常年自动运行的各种无人值守机房或移动通信基站，为了维持设备正常的工作温度，需要进行温控空调。现有机房或基站采用的是“密闭体系二次换能”转移热量的空调机工作方式，处于空调耗能的上限。本发明提出的“无人值守机房或基站控温空调的节电方法改进”，将“密闭体系”改为“开放体系”，利用在室内加导流罩、导流管道，以及通过对原有机房或基站的四周界面加以有利于向外散热而不利于向内进热的“半导体式”改造等措施，改“单纯空调机控温”为“利用冷热空气单向顺序流动的通风将热量直接排放出室外的方法控温，以及有效的界面降温与空调机控温相结合”，并采用自然排风与电力排风相结合的方法进行通风，可使这类机房或基站的控温空调耗电量节省70％左右。

Description

无人值守机房或基站控温空调的节电方法改进

(一)背景技术：在内有电器设备常年自动运行的各种各样的无人值守机房或星罗棋布的移动通信基站，由于电器设备在运行时会不断产生热量，如果不能及时散热，就会导致室内环境温度升高，使电器设备难以继续正常工作运行。为了维持设备的正常工作温度，就必须把设备工作时产生的热量散发到室外去。由于自动运行无人看管，这些机房或基站自然都处于密闭状态。密闭的目的不仅为了避免闲杂人员进入，防止干扰破坏或盗窃，还为了防尘。为了满足密闭的机房或基站里设备散热的需要，人们自然而然会利用空调机来进行控温(实际只是降温)。全世界都是如此，并且习以为常视为必然。

从原理上讲，现有机房或基站的温控空调方法，实际是在密闭体系中通过二次换能把室内电器设备工作时产生的热量以及因为室内外热量交换而进入室内的多余热量转移到室外的。所谓“密闭体系”，指的是这类机房或基站通常都是处于门窗紧闭无人值守自动工作的密闭状态。所谓二次换能，指的是首先由空调机的室内机把室内的多余热量传递转移给致冷剂(一次换能)，再通过空调机的室外机将致冷剂所携带的热量传递转移给室外空气，散热于室外(二次换能)。在这样的工作方式中，不仅室内电器设备以及空调机的室内机工作时产生的热量需要经过二次换能才会被转移到室外，在夏季因外界环境温度较高而从门窗墙壁顶盖等界面处传入室内的热量也必须经过空调机的二次换能才可以转移到室外。空调机不仅要不折不扣地转移室内导致高出规定工作温度的全部热量，而且还因二次换能的效率问题而使耗能大大增加。即使在环境温度较低的季节，主体设备所产生的热量除通过门窗墙壁顶盖等界面传递出去一部分外，往往仍有相当多的热量需要通过空调机经二次换能才可传递出去。因此，现有的“密闭体系二次换能”的空调机工作方式实际是工作在温控空调耗能的上限。由于这类机房或基站通常都是处于常年不断工作的状态，因此，每一个机房或基站为了维持正常工作温度而进行的控温空调，其累积消耗的电量都是不小的。例如移动通信***遍布各地的基站，平均每个基站每年控温空调的耗电量都有上万度。这样的移动通信基站在全中国的数量就不止有20万个，每年耗电量显然不是个小数。由于空调的耗电量占移动通信基站运营耗电量的比例很高，因此空调节电问题意义重大。本发明人曾在2006年2月9日申请发明专利的“无人值守机房(或基站)控温空调的节电方法”(申请号200610003457.3)，就是能够充分节省这类机房或基站控温空调耗电量的方法。不过，“无人值守机房(或基站)控温空调的节电方法”还有不足之处，实施起来比较麻烦，还可以进一步改进。“无人值守机房或基站控温空调的节电方法改进”就是比前者实施起来更简单、更实用、更可靠、更能节电和节省成本、而且效果明显的改进方案。除了节电之外，由于本发明能够大大缩短空调机的工作时间，无疑也就大大延长了空调机的使用寿命。这也从另一个方面可以为企业明显节省运营成本。

(二)发明内容：本发明人曾于2006年2月9日提出了“无人值守机房(或基站)控温空调的节电方法”发明专利申请。该专利申请是通过综合采取多种技术措施而实现控温空调节电的，主要包括：(1)将原有“密闭体系”改为“带有可以根据不同环境温度情况的需要而控制开闭的进风口和排风口的半开放体系”；(2)利用在机房(或基站)室内加导流隔断或加专用导流罩，把设备主机(和排风口)与空调机(和进风口)所在的空间分开，并形成冷热空气单向顺序流动的通道，将原有的“单纯空调机控温”改为“利用冷热空气单向顺序流动的通风将热量直接排放出室外的方法控温与空调机控温相结合”；(3)利用在排风口外加“烟囱”(即立式排风管)，通过热空气在“烟囱”内的不断上升形成自然排风，与采用电力排风机排风相结合的方法进行通风；(4)对原有机房(或基站)的四周界面(顶、地、四壁、门窗等)加以有利于向外散热而不利于向内进热的改造。此外，在有水源(少量)供应的地方，在非结冰的季节还可以利用在进风口处喷洒少量水分的蒸发降温来进一步节省空调耗电量。整个方案还可以通过温控和时控实现自动调节和控制，以减少用于维护所需投入的力量。

如前所说，现有机房或基站普遍采用的“密闭体系二次换能的空调机控温方法”，实际是工作在空调机耗能的上限。这种内有热源的密闭机房或基站，除了天很冷时通过界面(顶、底、门窗、四壁)散热就能维持工作温度不过高之外，全年绝大多数时间都离不开空调机通过二次换能向外转运热量。通常情况下，在全年内，室外温度明显超过室内设备工作温度上限(例如38℃)的时间是不太多的。因此，在“无人值守机房(或基站)控温空调的节电方法”中，本发明人提出的控温运行方案是：在全年大多数时间内采用“冷热空气单向顺序流动的通风控温方法”，把室内设备产生的热量直接排放到室外；在一些气温较高的时段内采用“冷热空气单向顺序流动的通风直接排放热量与空调机换能转移热量相结合”；而只在少数室外温度过高(从进风口进入的空气温度超过设备工作温度上限)的时候才采用“密闭体系二次换能”的单纯空调机控温的方法。这样做不仅可以比现有的单纯“密闭体系二次换能”方法明显节省空调机的耗电量，而且“冷热空气单向顺序流动的通风直接排放热量”的方法也比无序的混合进风和排风的方法明显节能。同时，改造机房或基站的门窗四壁顶盖和地面，使之在不同的外界环境温度下具有有利于维持电器设备正常工作温度的热传递能力，当外界冷时多向外散热而当外界过热时少向内进热。这显然也是节省控温空调耗能的有效途径之一。采用“无人值守机房(或基站)控温空调的节电方法”的机房或基站，用于控制工作温度的空调机每年的耗电量通常可望节省70％左右。而且，空调机的使用寿命也会大大延长。

实际上，在各种运行时发热的电器设备内，通常都带有使设备通风散热的风机。这些风机一般只有几十瓦的功率。即使同时具有几台这类设备工作的机房或基站，使设备通风散热的风机功率加在一起也很有限。如果能够将被这些风机吹出设备的热风直接排除出室外，所需要的风机功率同样不会很大。但是，当用空调机通过“密闭体系二次换能的方法”排除这些热量时，就需要几千瓦的功率消耗才能达到目的。由此就不难明白为什么将“密闭体系二次换能”的单纯空调机控温方法改为通风直排热量之后能够大幅度节电了。

在无人值守机房或基站，人们之所以采用“密闭体系二次换能”的方法控温，其思路也是很自然的：首先，内有电器设备自动运行的机房或基站，由于无人值守，就需要门窗紧闭，也就是需要密闭。否则就会有非工作人员进入，发生干扰破坏甚至盗窃，还会进入大量尘土损坏设备。由于密闭之后的机房或基站不能把设备工作时产生的热量散失到室外，为了维持设备的正常工作温度，自然就需要使用空调机控温。国内外皆如此。因为理所当然，人们也就习以为常。在不要求节能的年代，这种工作方式一直延续下来是可以理解的。而恰恰是在这个环节上，使这类机房和基站大幅度节电是可以做到的。

不过，“无人值守机房(或基站)控温空调的节电方法”所提出的方案实施使用起来比较麻烦，还可以通过相关物理原理的深入研究和利用，进一步对方案加以简化和改进，使得将“空调机每年的耗电量节省70％”的目标更容易实现。“无人值守机房或基站控温空调的节电方法改进”就是对“无人值守机房(或基站)控温空调的节电方法”的进一步改进方案，而且节能效果更好，更便于实施采用。为了简化语言，以下将“无人值守机房(或基站)控温空调的节电方法”称为“前方案”，而将现在提出的“无人值守机房或基站控温空调的节电方法改进”称为“后方案”。下面用对比的方法将“前方案”与“后方案”的异同加以比较，并通过比较说明“后方案”的优点所在。

(1)“前方案”将原有“密闭体系”改为“带有可以根据不同环境温度情况的需要而控制开闭的进风口和排风口的半开放体系”。“后方案”为了通风，也需要开设进风口和排风口，但比“前方案”省略了对进风口和排风口“根据不同环境温度情况的需要而控制开闭”的要求。“前方案”要在不同温度情况下对进风口和排风口控制开闭，就必须在进风口和排风口处安装闸门，而且还必须安装能够探测环境温度情况的传感***和根据不同环境温度情况对闸门进行不同控制的控制***。“后方案”则干脆将“密闭体系”改为“开放体系”。这一改变不仅省去了根据温度变化对进风口和排风口进行开闭控制的电子传感和控制***，而且干脆不用在进风口和排风口处安装闸门，使进风口和排风口时时处于敞开状态。这不仅简化了结构降低了改造成本，减少了控制任务也有利于减少因可能出现的控制失误而产生差错，提高了运行的可靠性。“后方案”的这一改变不是盲目的，而是立足于对整个体系的物理分析基础上的。这种改变简化了结构，却能够达到与“前方案”的“半开放体系”同样的节能效果。

(2)“前方案”将“单纯空调机控温”改为“利用冷热空气单向顺序流动的通风将热量直接排放出室外的方法控温与空调机控温相结合”。这种“单排热空气”方案不仅比原有“密闭体系二次换能”的单纯空调机控温方法节能，而且也比空气在室内无序流动的“冷热空气混排”方案更加高效节能。为此，需要在机房(或基站)室内加“导流隔断”，或在主机周围为主机加“专用导流罩”，把设备主机(和排风口)与空调机(和进风口)所在的空间分开，并形成冷热空气能够单向顺序流动以便更有效地为设备降温的通道。在“简单的通风与空调协同降温”(即冷热空气混排法)工作方式中是没有这种规范空气流动顺序的导流隔断或专用导流罩的。导流隔断需要开可供人和设备出入的门，而专用导流罩则是可以根据需要打开和封闭的，其结构布局以不影响维护操作和管理为前提。从气体流动的角度来说，对导流隔断(或专用导流罩)总的要求是在其上部能直达排风口，并且上部还要有能够与空调间相通的可开可闭的活门(活门处还可以配置有风机)，下部则是可使两部分空间的空气自由流动的敞开的通道。上部的活门只有在外界环境温度过高、需要关闭进出风口而进行室内空气密闭循环、单纯用空调机控温时才打开。此时还可以开动活门处的风机，使主机间上方的热空气流入空调间，形成循环。对于采用导流罩的情况，也可以将导流罩中部敞开，使其直接与空调间沟通。

加导流隔断或加专用导流罩之后就可以将冷热空气分开(不再混合)，实现室内空气的有序流动，使从排气管排出的只有热空气，而没有混入凉空气。空调机所在的那部分空间是室内空气的冷(凉)端，其温度是室内温度最低的。主机所在的空间是一个空气温度呈梯度分布的空间。主机下部的空气与空调机间的空气温度一样，是低温部。主机周围的空气被发热的主机加热后上升到顶部，被从排风口排出室外，下部的凉空气又上升到主机周围加以补充，并起到对主机降温的作用。因此，主机周围(专用导流罩的中部)是中等温度部位，而主机间的顶部(也是专用导流罩的上部)空间则是机房(或基站)室内空气的热端。

显然，“前方案”的节能效果是无可怀疑的，但结构比较复杂，操作起来也比较麻烦。尤其对缆线较多的移动通信基站来说，若在主机周围加导流罩，维护人员操作使用起来是比较麻烦的。

“后方案”也要利用隔断或导流罩、导流管将冷热空气分开，实现室内冷热空气的单向顺序流动，使从排气管排出的只有热空气，而没有混入凉空气，以便将“单纯空调机控温”改为“利用冷热空气单向顺序流动的通风将热量直接排放出室外的方法控温与空调机控温相结合”，具有更高的节能效果。不过，为了更便于运行维护人员的工作，更适合数量众多的移动通信基站使用，“后方案”最大限度地简化了导流罩的设置和布局，通常不将导流罩设在主机周围，而将导流罩设置在空调机所在的部位，每个进风口内则用更简单的导流管道来规范空气流动，并靠墙设置，尽量少占用室内空间，避免给维护操作人员的工作带来影响和麻烦。而且，“后方案”使用的隔断或导流罩都不用安装在变换成密闭体系空调机控温时为沟通冷热空气形成室内循环所需要使用的活门，当然也省去了对活门的控制问题。这也同样简化了结构，降低了改造成本，避免了因对活门操控的可能失误而带来混乱。这同样有利于减少操作误差，提高运行可靠性。

(3)“前方案”采用不耗电能的自然排风与电力排风机排风相结合的通风方法。为此需要在排风口外加“烟囱”(即“立式排风管”)，利用“烟囱效应”，通过热空气在“烟囱”内的不断上升形成自然排风。在排风口处安装有电力排风机和闸门，而排风口外则与立式排风管相通。排风口的闸门只有在室外温度过高、从进风口进来的空气温度高于规定上限而不得不采用“空调机密闭换能工作方式”时才关闭，平时都是全开的。进风口设在基站的阴面，外加开口向下的、宽大的防尘罩(或在室内设立防尘罩)。进风口可开在空调机的上方。当进气温度低于设定的空调机启动温度时，空调机不工作(不仅仅停止压缩机，也不用吹风)，从进风口进入的凉空气直接从导流隔断(或专用导流罩)下部的开门进入主机间对主机冷却降温；当进气温度高于设定空调机启动温度时，在通风的同时，空调机工作，进行协同降温，降温后的空气下沉，经导流隔断(或专用导流罩)下部的开门进入主机间；当由进风口进入的空气温度比主机间的额定温度上限还高时，进风口和排风口都关闭，室内外不再通风，实行常规的室内空气密闭循环空调法。

“后方案”同样采用不耗电能的自然排风与电力排风机排风相结合的通风方法，同样需要在排风口外加“立式排风管”，在进风口外加开口向下的、宽大的防尘罩(或将防尘罩设在室内)。不过，如前所说，“后方案”的排风口和进风口都不设闸门，任何时间都是畅通的。为防不通风时灰尘从排风口进入，在排风管入口处或排风口处也可以加有防尘滤网。当室外环境温度较低时，例如在冬天和早春及晚秋，利用自然排风和界面降温(后面介绍)就可以维持室内温度不致过高；当室外环境温度不太低，但进风口和排风口之间的温差还较大时，在自然通风以及界面降温不能维持室温不上升的情况下，可以开动电力排风机加大排风量；当室外环境温度较高，进风口和排风口之间的温差太小，利用排风和界面降温不足以维持设备正常工作温度时，因为进风口和排风口之间尚有温差可利用，还可以继续通风，但在继续通风的同时，需要启动空调机辅助降温；当室外环境温度达到额定温度的上限，进风口和排风口之间几乎没有温差时，无须关闭进风口和排风口，只需在空调机工作时，关闭电力排风机，不再强制通风，就能够实行与常规的“密闭体系室内循环”相同效果的单纯空调机控温。在空调机工作时，即使进风口和排风口都开着，外面的热气也不会进来，而里面的较凉空气也不会跑出去。这就简化了结构，降低了改造成本，避免了因对闸门操控的可能失误而带来混乱，有利于减少操作误差，提高运行可靠性。上述对各种温度的测量和在不同温度下对排风机和空调机的控制，都可以采用电子传感和控制***自动进行，而无须人工操作。

之所以不用在进风口和排风口安装闸门，就能够实行与常规的密闭循环空调法相同效果的单纯空调机控温，是因为能够与外界沟通的进风口和排风口的水平位置都比较高，处于机房或基站墙壁的上方。当外界环境温度太高，停止电力排风机工作，并通过空调机降温，使室内温度低于外界温度时，室内空气比重较大，就不会自动地通过进风口或排风口流出室外，室外的热空气也不会通过进风口和排风口进入室内。此时空调机工作对室内的空气进行降温，其效果就像处在密闭体系那样，并不会因为进风口和排风口没有封闭而受到外界的影响。

在进风口内是靠墙设立的导流管道，把从进风口进入的空气引导到室内的下部。因此，进入室内的凉空气并不会与室内上方的热空气相混。进风口处装有电力风机，在需要对进风口外的防尘滤网除尘时，只要短时间开启这个风机，进行反向吹风，就可以把沉积在滤网上的灰尘吹掉，而无须更换滤网。

(4)“前方案”提出对原有机房或基站的四周界面(顶、地、四壁、门窗等)加以有利于向外散热而不利于向内进热的改造。对于暴露在阳光下的机房或基站的顶面要加防晒凉棚。夏季太阳的暴晒往往使大量热量通过顶面进入室内。对于暴露在阳光下的机房或基站的顶面加防晒凉棚很有必要。防晒凉棚可以用廉价耐晒的板材(例如水泥石棉瓦)架设在机房或基站顶面之上，离开顶面一定距离(例如20cm左右)。其作用是既能阻挡太阳的暴晒，又能将因太阳晒而产生的热量散失在室外空气中而不致向室内传递。在夏天防晒凉棚的存在能够有效地降低机房或基站室内的温度，从而降低空调机的耗能。尤其对于那些顶盖较薄的机房或基站来说，加防晒凉棚在夏季能明显减少空调机耗能，而所需要的投入不过是很便宜的几片石棉瓦，并且是一次投入年年受益。为了使防晒凉棚效能更好，可以在石棉瓦下面再加垫一层带有镀铝反光膜的泡沫材料板(或片)。防晒凉棚在安装时要注意牢固，以防被大风吹坏掉下来伤人。尤其位于高处的机房或基站，更要注意安全。

现有的墙壁，其热传导能力是内外双向同性的，即向外传热的能力和向内传热的能力是一样的。较薄的墙壁，在天热时容易将外界环境中的热量传进室内，而当外界环境温度较低时则容易把室内的热量传出去。因此，这是具有二重作用的调温因素。为了利用它的有利因素而抵消它的不利因素，“前方案”提出在较薄的机房或基站墙壁里面附加一层用适当厚度的泡沫塑料板(或片)制成的“活动隔热衬里”。当夏天天热时，将这层隔热衬里贴附在外墙里面，可以增强墙壁的隔热能力，有效地阻止外面的热量通过墙壁进入室内；而当外界气温较低时，这层隔热衬里可以像百叶窗那样被自动打开，或被人工摘除，使墙壁失去这个隔热层，可以增强墙壁的传热能力，便于室内的热量经墙壁传递出去。因此，有了这层能够根据需要贴附或敞开(或去除)的隔热衬里，也可以有效减少空调机的能耗。可以通过温度控制开关***来自动控制这种隔热衬里的贴附和开启，也可以在换季时人工贴附或去除。隔热衬里所用的泡沫板(或片)最好带有能够有效反射热辐射的镀铝反光膜。

“后方案”同样要对原有机房或基站的四周界面(顶、地、四壁、门窗等)加以有利于向外散热而不利于向内进热的“半导体式”改造。对于暴露在阳光下的机房或基站的顶面要加防晒凉棚。对于墙壁较薄容易传热的机房或基站，为了对墙壁进行有利于向外散热而不利于向内进热的改造，“后方案”没有采用“前方案”那种可变的“活动隔热衬里”，而是在较薄并且隔热性较差的机房或基站的墙壁里面，装设一层固定的“夹壁墙空腔”。在离开原有机房墙壁一定距离(大约3～10cm)的地方，安装一个“夹壁墙”。“夹壁墙”的骨架可以使用各种适当的建筑用板材，但需要配合使用隔热材料。例如附加一层适当厚度的、不易传热的泡沫塑料板(或片)。泡沫塑料板(或片)最好带有金属反光层，以对外来的热辐射形成较强的反射。“夹壁墙”与原有墙壁之间形成的“空腔”即“夹壁墙空腔”。其内有一层能够流动的空气层。“夹壁墙”的上方和下部都开有可以使“夹壁墙空腔”的空气流入和流出的开口(孔洞)，其他部分则密封。下部的开口是常开的，而在上方的开口处，有一个只允许空气从室内设备所在空间向“夹壁墙空腔”单向流动，而不允许空气从“夹壁墙空腔”向室内设备所在空间流动的活门(单向闸)。活门可以采用电子控制，也可以不用电子控制而采用简单的气压控制。夏天天热时，由于墙壁的传热，“夹壁墙空腔”中的空气受热变轻而上升，这时上面开口处的活门处于关闭状态，热空气只能憋在“夹壁墙空腔”中而不能经过活门进入室内设备所在空间。此时的“夹壁墙”隔热层就能够起到进一步隔热的作用，使室外的热量不容易通过墙壁传入室内设备所在的空间造成升温；当外界环境温度较低时(尤其冬季和早春、晚秋)，“夹壁墙空腔”中的空气被墙壁冷却而变沉下降，可以自动从“夹壁墙”下方的开口进入室内设备所在空间。这就使得“夹壁墙空腔”中的气压变低，室内设备所在空间的热空气就能够从“夹壁墙”上方的开口处通过单向导通的活门而顺利进入“夹壁墙空腔”之中，形成室内封闭的自动对流和降温。也就是说，有了这个上下方都能与室内设备所在空间沟通、而上方通道处还带有对空气单向导通的活门的“夹壁墙空腔”，就可以自动实现对原有墙壁的“有利于向外传热而不利于向内传热”的“半导体式”改造。使“墙壁总体呈现的热传导能力”从内外双向同性变成双向异性的。这是利用物理原理而实现的、对现有墙壁传热能力进行的、具有突破性意义的改造。世界上现有墙壁的传热能力都是双向同性的，能够具有本发明提出的这种“半导体”式传热能力的墙壁是前所未有的。相比之下，“前方案”提出的在较薄的机房或基站墙壁里面附加一层用适当厚度的泡沫塑料板(或片)制成的“活动隔热衬里”，只是一种节能措施，而且比较麻烦。还不能把这种带有“活动隔热衬里”的墙壁称为具有“半导体”式传热能力的墙壁。

对于有条件(室外有可以利用的空间)的机房或基站，还可以在机房或基站的墙外加设一层“降温腔”。“降温腔”实际也是一个“夹壁墙空腔”。只不过它是装设在室外的，而且是由坚固耐候并且容易传热的材料建造的。例如使用建筑用彩钢板制成。安装“降温腔”的部位，其靠室内的墙壁上加贴一层带有金属反光膜的泡沫塑料隔热板(片)。“降温腔”上下都有能够与室内通风透气的开口。除了这种开口之外其他地方都是密封的。在上方的开口处还有一个单向的、只允许空气向“降温腔”内流动而不许相反流动的活门。活门可以采用电子控制，也可以不用电子控制而采用简单的气压控制。夏天天热时，“降温腔”中的空气受热上升，由于上面的开口处于关闭状态，热空气只能憋在“降温腔”中而不能进入室内。此时的“降温腔”虽不能起到降温作用，也能起到一定的隔热和避免升温作用；当外界环境温度较低时(不仅指冬季和早春晚秋，就连夏季夜晚室外空气温度也往往比室内上方的空气温度低)，“降温腔”中的空气受冷下降，可以自动从“降温腔”下方的开口进入室内，同时，室内的热空气也能够自动从“降温腔”上方的开口处通过开启的活门进入“降温腔”中。这就形成了室内空气的密闭循环，自动对流和降温。也就是说，有了这个上方带有只允许空气单向流动的活门的“降温腔”，就可以自动实现对原有墙壁的“有利于向外传热而不利于向内传热”的“半导体式”改造。装在室外的“降温腔”与安在室内的“夹壁墙空腔”的作用是一致的。室外的“降温腔”更适合墙壁较厚散热能力较差的机房或基站使用。比如，对于使用不易传热的砖结构墙壁的机房或基站，倘若在现有墙壁外用一层钢板做“降温腔”的外墙，并且在构成降温腔的现有墙壁(降温腔的内壁)的上方和下部打若干个孔洞，在上方孔洞处安上单向通导的活门，而且上下孔洞具有足够的导通能力，那就等于在外界温度低于室内上方气温时，机房或基站的墙壁是用一层钢板做的，会有很好的降温能力和效果。而到了外界温度较高的时段，由于上方孔洞处的活门是单向导通的，不允许热空气流入设备所在空间，机房或基站的墙壁就相当于在原有的墙壁外面又增加了一层热屏蔽。仍然是这层传热能力很强的钢板墙壁，却不仅不会把外界的热量传进室内，反而能够屏蔽外界的热量，使其难以加热原有的墙壁，难以进入室内。钢板外面还可以刷上白色油漆，可以增强对阳光的反射能力，但不影响降温所需要的热传导和交换能力。

由于“后方案”的排风口处没有安装闸门，处于敞开状态，因此，不再加设能够增强立式排风管排风能力的“太阳泵”。否则，当进行单纯空调机控温时，室内的凉空气会被太阳泵增强了排风能力的排风管抽走，造成浪费。由于“后方案”使用了“降温腔”辅助降温，利用通风排除热量的负荷较小，所需要的通风量也比“前方案”更小。

综上所述，“无人值守机房或基站控温空调的节电方法改进”的主要技术特征是：

1.将原有室内外完全不通风的“密闭体系”，改为带有敞开的进风口和排风口、随时可以通风的“开放体系”，并利用在机房(或基站)室内加“导流隔断、导流罩和导流管道”的方法，使从进风口进入的凉空气能够充分流经需要降温的设备发挥降温作用，变热后再上升到排风口排走，在室内进行单向顺序的流动，同时利用能够隔热降温的“防晒凉棚”和“夹壁墙空腔”，对机房(或基站)四周界面进行有利于向外散热而不利于向内进热的“半导体式”改造，从而将原有的“单纯利用空调机通过二次换能控温”改为“利用冷热空气单向顺序流动的通风将热量直接排放出室外的方法控温以及利用有效的界面控温与空调机控温相结合”。

2.为了将冷热空气分开，实现室内冷热空气的单向顺序流动，使从排风管排出的只有热空气，而没有混入凉空气，以便具有更高的节能效果，同时还要更便于运行维护人员的工作，本发明方案将导流罩设置在空调机所在的部位，并使空调机的进风口处于室内的上部，而出风口则在下部；同时，在机房(或基站)的每个进风口内都装有简单的导流管道来规范空气流动的方向，把通过开在机房(或基站)墙壁上方的进风口从室外进入的凉空气，引导到室内的下部。导流管道是靠墙设置的，尽量少占用室内空间，避免给维护操作人员的工作带来影响和麻烦。而且，所使用的隔断或导流罩以及导流管道都不安装为沟通室内上部冷热空气以形成室内循环所需要使用的活门(闸门)。

3.采用不耗电能的自然排风与电力排风机排风相结合的方法进行通风。在敞开的排风口处装有电力排风机，而排风口外则安装有“烟囱”(即立式排风管)。排风口与“烟囱”相通。利用“烟囱效应”，通过热空气在“烟囱”内的不断上升形成自然排风。天气较凉时，单纯自然排风(以及界面降温)就可以把室内的多余热量排出室外；单纯自然排风(以及界面降温)难以维持工作温度不升高时，才启动电力排风机排风。如果环境温度较高，但进风口温度和排风口温度之间还有温差，可以在排风的同时启动空调机辅助降温；只有在环境温度过高、进风口温度和排风口温度之间几乎没有温差时，才关闭电力排风机，停止强制通风，而单纯使用空调机控温。此时室内外空气停止交换，只有室内空气进行密闭循环。

立式排风管可以用耐候性好的建筑用塑料管制成。能够依托墙壁或现有塔架的，就依托现有墙壁或塔架。没有现成支架可依托的，可以依托在自立的简单钢架上。由于排风口处没有闸门，为了防止不向外排风时进入灰尘，也可以在立式排风管口或排风口处加防尘滤网。这种滤网不能阻碍空气流通，而且应当在开排风机时就能把积尘吹掉(吹出室外)。

进风口设在机房(或基站)背阴面(非阳光长时间照射面)的上部，外加开口向下的、宽大的防尘罩(或在室内设防尘罩)。宽大的防尘罩可以减小气流阻力，延长除尘周期。当防尘罩在外时，在进风口处可以安装一个小型电风扇(风机)。它的作用是在需要除尘时，利用短暂的反向吹风，把积累在防尘罩滤网上的灰尘向外吹掉，达到清洁滤网的目的。

由于空调机的品种型号的不同，其工作时凉热空气的运动路线也不一定相同。因此需要根据所使用的不同类型的空调机来设计加工相应的导流罩，以便把室内上方的热空气冷却后导引到室内空间的下方，避免冷热混搅。当室内(预设测温点)温度低于设定的空调机启动温度时，空调机不工作(不仅仅停止压缩机，也不用吹风)，此时依靠通风降温和“降温腔”降温维持设备工作温度；当室内温度高于设定的空调机启动温度时，启动空调机工作，进行辅助降温。此时通风还在继续。室内上方较热的空气从空调机导流罩上方的入口进入，被降温冷却后下沉，经导流罩下部的开口进入主机所在的室内空间，对主机进行降温，被设备增温变轻后的空气上升到室内空间的上方，较热的一部分从较高的排风口排出，次热的一部分从次高的空调机导流罩进风口再次进入空调机进行降温；当室外环境温度过高，高于设定的额定温度时，停止电力排风机工作，停止强制性通风，单纯依靠空调机降温。在这里需要说明的是，由于在“开放体系”中，室内各处的温度并不一样，因此，需要根据各个机房或基站的具体情况，选择一个或几个能够供控制空调机和排风扇等工作的“测温参考点”，即“预设测温点”。上述“室内温度”实际就是测温参考点”的温度。

当通风时，在热空气从排风口排出室外的同时，室内压强将变低，室外比较凉的空气就从进风口进入室内。进入室内的凉空气沿紧贴在墙上的导流管道向下，从管道下部的开口进入主机所在空间，对主机进行冷却降温。进风口可以有多个，每个进风口都有与其配套的导流管道。

由于进风口和排风口都处在高位，即使进风口和排风口始终都开着，外面的热气也不会进来，而里面比较重的凉空气也不会跑出去。因此，在进行单纯空调机降温时，就无需在进风口和排风口处加装闸门，自然也不用对闸门进行操控。这不仅降低了成本，也提高了运行可靠性。由于进风口内就是导流管道，从进风口进入的空气经导流管道可以直接被引导到室内空间的下部。所以，从处于上方的进风口进入室内的凉空气并不与室内上方的热空气相混。导流罩和导流管道使用传热性能不良的非金属材料(例如塑料)制成。

4.对原有机房(或基站)的四周界面(顶面、四壁、门窗等)进行有利于向外散热而不利于向内进热的改造。对于暴露在阳光下的机房或基站的顶面要加防晒凉棚。防晒凉棚可以用廉价的建材(例如水泥石棉瓦等)架设在机房或基站顶面之上，离开顶面一定距离(例如10cm左右)。为了使防晒凉棚效能更好，可以在石棉瓦下面再加垫一层带有镀铝反光膜的泡沫材料板(或片)。防晒凉棚在安装时要注意牢固，以防被大风吹坏掉下来伤人。尤其位于高处的机房或基站，更要注意安全。

在较薄并且隔热性较差的机房(或基站)墙壁里面，尤其是向阳面的墙壁里面，安装一层用适当厚度的不易传热的泡沫塑料板(或片)以及其他板材做骨架制成的隔断墙，形成“夹壁墙”的样式。这层“夹壁墙”离开原有机房墙壁的距离大约有3～10cm，使其之间成为一个“夹壁墙空腔”。空腔内有一层能够流动的空气层。泡沫塑料板(或片)最好带有金属反光膜层，以增强对热辐射的反射，增强隔热效果。“夹壁墙”的上方和下部都开有可以使“夹壁墙空腔”中的空气流入和流出的开口，其他部分则处于密封状态。下部的开口是常开(敞开)的，而在上方的开口处有一个单向闸(阀)，是只允许空气向“夹壁墙空腔”内流动而不允许空气反向流动的“活门”。活门可以采用电子控制，也可以不用电子控制而采用简单的气压控制。夏天天热时，“夹壁墙空腔”中的空气因受外墙传入的热而变轻上升，这时上面开口处的活门处于关闭状态，热空气只能憋在“夹壁墙空腔”中而不能进入室内。此时夹壁墙(隔断)的隔热层就能够起到进一步隔热的作用；当外界环境温度较低时，“夹壁墙空腔”中的空气受凉墙降温变冷而下降，可以自动从“夹壁墙”下方的开口进入室内设备所在空间，为设备降温；同时，室内被设备加热了的热空气也能够从“夹壁墙”上方的开口处轻易地进入“夹壁墙空腔”之中，形成自动对流和降温。也就是说，机房内有了这个上下方都能与室内设备所在空间沟通、而上方通道处还带有单向开启活门的“夹壁墙空腔”，就可以自动实现对原有墙壁的“有利于向外传热而不利于向内传热”的“半导体式”改造，使其总体热传导能力从内外双向同性的变成双向异性的。这是利用物理原理而实现的对现有墙壁传热能力的突破性改造。

对于有条件的机房(或基站)，还可以在机房或基站墙外加设一层“降温腔”。“降温腔”实际也是一个“夹壁墙空腔”。只不过它是装设在室外的，而且空腔的外墙是由坚固耐候并且容易传热的材料建造的。例如用建造钢板房使用的彩钢板制成。在“降温腔”靠室内的墙壁上加贴有一层带金属反光膜的泡沫塑料隔热板(片)。“降温腔”上下都有能够与室内通风透气的开口。除了这种开口之外其他地方都是密封的。在上方的开口处还有一个单向的、只允许空气向“降温腔”内流动的单向活门。活门可以采用电子控制，也可以不用电子控制而采用简单的气压控制。夏天天热时，“降温腔”中的空气受热上升，由于上面的开口处于关闭状态，热空气只能憋在“降温腔”中而不能进入室内。此时的“降温腔”虽不能起到降温作用，也能起到比较有效的隔热作用；当外界环境温度较低时，“降温腔”中的空气受冷下降，可以自动从“降温腔”下方的开口进入室内，同时，室内的热空气也能够自动从“降温腔”上方的开口处推开活门进入“降温腔”中。这就形成了自动对流和降温。也就是说，有了这个上方带有只允许空气单向流动的活门和孔洞的“降温腔”，就可以自动实现对原有墙壁的“有利于向外传热而不利于向内传热”的“半导体式”改造，使其热传导能力从内外双向同性的变成双向异性的。装在室外的“降温腔”与安在室内的“夹壁墙空腔”的作用是一致的。只不过装在室外的“降温腔”是更经常主动的利用界面进行降温的，而安在室内的“夹壁墙空腔”则主要用来预防夏季环境温度过高时向室内传热。除了可以在背阴面的墙外安装“降温腔”外，在东西侧面甚至在向阳的南面墙壁外，也可以安装“降温腔”。只不过在这些部位安装“降温腔”时，需要加装遮阳板，避免太阳照射“降温腔”用于降温的外墙。否则“降温腔”就难以起到降温的作用。室外装有“降温腔”的机房或基站，室内相应墙壁处就可以不再安装“夹壁墙空腔”。

当现有的完全利用“密闭体系二次换能”方式工作的机房或基站采用本发明提出的上述“无人值守机房或基站控温空调的节电方法改进”后，只需进行一次性改造，就可以使用于控制工作温度的空调机每年的耗电量节省70％以上。平均一个移动通信基站一年节省的电费就比每个基站进行上述改造的费用多得多，而这种改造将是一次投入永久受益的。同时，由于采用本发明之后大大缩短了空调机每年的工作时间，也就大大延长了空调机的使用寿命年限，这更从设备资金耗费的角度明显降低了运营成本。

(三)附图说明：附图是一个独立建造的砖墙水泥板顶的移动通信基站采用本发明进行改造的示意图，画出了主要相关技术要素的大致布局。图中数标1表示基站原有的顶盖，2表示基站的墙壁，3表示基站的地面，4表示通信主机，5表示空调机的室内机。在图中没有画出塔架、天线、蓄电池、电缆线、空调机的室外机等，也没有画出门窗等其它构件设施。以上都是基站原有的相关基本技术要素。进行改造后增加的技术要素主要有以下一些：首先，增加了进风口6和排风口7。在进风口外又有防尘罩8和防尘滤网9，进风口处有小电风扇10，进风口内有导流管11。在排风口处有电力排风扇12，立式排风管13，以及为了使立式排风管稳定竖立而加设的简单钢架14和固定钢索15。16表示与不同型号空调机配套设计加工的空调导流罩。17表示用彩钢板制造的降温腔的外墙，18表示降温腔。19表示降温腔上方与室内空气沟通的孔洞，20表示降温腔上方孔洞处的单向通气活门(即单向闸)。21表示降温腔下方与室内空气沟通的孔洞。22表示降温腔内靠室内空间的墙壁上贴附的隔热层。23表示在基站顶盖上面加的防晒凉棚。24表示在向阳面的降温腔外加设的遮阳板。在图中没有画出用于测量温度和控制排风机、空调机的开和关的自动探测和控制***。由于是砖墙，比较不易传热，因此只在墙外四周设有降温腔而没有在室内设立夹壁墙和夹壁墙空腔。

(四)具体实施方式：以一个移动通信基站的改造为例来说明具体实施方式。

(1)将原有“密闭体系”改为“开放体系”。为此，需要根据具体基站的情况，在墙壁或顶盖上开出进风口和排风口。

进风口6通常开在基站的背阴面的墙壁上，位置应当在墙壁的上方，离开室内天花板的距离约20～30cm。可以开多个进风口。每个进风口内密封有导流管11。导流管自上而下贴墙安装，下方的出风口离地面距离约30cm。出风口应带拐弯，使出风为平吹，而不是向下吹。进风口6外安装有开口向下的防尘罩8。防尘罩内有防尘滤网9。每个进风口处还安装有小电风扇10，当要清洁滤网时短暂开此风扇，反向向外吹风，就可以把滤网上积存的灰尘吹掉，而无须更换滤网。

排风口7通常开在主机上方便于热气排出的墙壁或顶盖上。其内直接或通过管道与主机上方的热空气相通。而且排风口7处在基站室内热空气上升的高位，使比重较轻的热空气能够自动上升到排风口处。在排风口7处有电力排风扇12，排风口7外有立式排风管13。

(2)将“单纯空调机控温”改为“利用冷热空气单向顺序流动的通风将热量直接排放出室外的方法控温与空调机控温相结合”。为形成冷热空气单向顺序流动，除了各进风口内都有导流管11，将从室外进入的凉空气从位于高处的进风口6引导到室内空间的低处并水平吹出外，还需要为空调机加导流罩16，把室内空间较高处的热空气经导流罩引入空调机，被空调机降温后，再经导流罩16下方的出口沿水平方向吹出。也就是说，经过导流罩16和导流管11的引导，使得较凉的空气都处于室内空间的下部。只有经过设备4“加热”之后(亦即参与对设备降温之后)，才能变轻上升，到达室内空间的上方，再从上方的排风口7排出。这样，从进风口6进入的凉空气在室内是单向顺序流动的，并在单向顺序流动的过程中为设备4(通信主机)降温。

空调机5是在依靠通风和界面降温难以维持室温不升高的时候才开始工作的，此时，利用空调机5将室内上部的部分热空气冷却。导流罩16入口的位置正处在室内上方热空气所在的位置。到了环境温度太高，排风口7和进风口6之间几乎没有温度差，利用通风不能起到降温作用时，关闭电力排风机(扇)12，不再强制通风，进入单纯空调机控温状态。由于这种情况下的自然排风作用也很微弱，甚至没有自然排风，室内的凉空气自然也就不会流出室外，因此，就进入了室内空气密闭循环状态。

(3)采用不耗电能的自然排风与电力排风机排风相结合的通风方法。在排风口7外加“烟囱”即立式排风管13，就是为了利用热空气在立式排风管13内的上升作用来形成自然通风的。在排风口7处不加闸门。根据基站的具体情况，使立式排风管13能够依托墙壁或基站的塔架，或另设简单的专用钢架14，稳固地竖立在外。电力排风机12的安装部位和方向需要根据每个基站的具体情况来确定。应当注意使排风机工作时产生的吹风能够顺畅地流动进入立式排风管13中，而不是受到阻挡。还要注意排风机风叶的选择，应当使它在不工作时能够尽量不对自然通风造成阻力。

立式排风管13(即“烟囱”)设在基站的靠阳面顶上。立管壁需要密封，也就是说，“烟囱”自上到下不能漏气，否则抽气的效能不高。还要把它的向阳表面涂黑，使其能够尽量多地吸收太阳能，把“烟囱”内的热空气进一步加热，产生更大的上升势。

“烟囱”上面要加具有一定防尘作用的防雨顶罩。可以使用建筑用塑料管做“烟囱”，可以用一根较粗的管子，也可以用几根较细的管子并列实现。

(4)对原有基站的四周界面(顶、四壁、门窗等)进行有利于向外散热而不利于向内进热的改造。

对于暴露在阳光下的基站顶面要加防晒凉棚23。防晒凉棚可以用廉价耐晒的水泥石棉瓦架设在基站顶盖1之上，离开顶面一定距离(例如10cm左右)。其作用是既能阻挡太阳的暴晒，又能将因太阳晒而产生的热量散失在空气中而不向室内传递。为了使防晒凉棚23效能更好，可以在石棉瓦下再加垫一层带有镀铝反光膜的泡沫塑料片。上述加防晒凉棚23所需的成本很低，却具有永久使用的效能，年年都可以为基站节省大量的空调电费。防晒凉棚23安装时一定注意固定好，避免被大风刮坏发生安全事故。

对于墙壁较薄易于传热的基站，在较薄的向阳面外墙内可以增加一层“夹壁墙空腔”。利用木条和三合板做骨架设立一个“夹壁墙”，在空腔内的夹壁墙上贴附一层厚约2cm的泡沫塑料板，也可以用较薄的泡沫塑料软片，要带有镀铝反光膜。“夹壁墙”上方开有若干个孔洞，孔洞处装有只允许空气单向向“夹壁墙空腔”内流动的活门。“夹壁墙”下边也开有若干透气孔洞，但没有活门。

对于墙壁较厚、不易传热的基站，为了增强墙壁的散热作用，在较厚的墙壁外也可以增加一层“夹壁墙空腔”。由于这层“夹壁墙空腔”18主要是起降温作用的，因此也叫“降温腔”。设立在室外的“夹壁墙空腔”的外墙是用彩钢板制造的。彩钢板不仅容易传热，而且坚固耐用。“夹壁墙空腔”18靠室内的墙壁上贴附一层厚约2cm的泡沫塑料板。也可以使用较薄的泡沫塑料软片，要带有镀铝反光膜。“夹壁墙空腔”18靠室内的墙壁上方开有若干个孔洞19，孔洞19处装有只允许空气单向向“夹壁墙空腔”(即“降温腔”)内流动的活门20。“夹壁墙空腔”靠室内墙壁的下边也开有若干透气孔洞21，但没有活门。

在上述改造方案中，真正需要自动控制的，是根据环境温度和主机所在空间温度的变化控制电力排风扇的开启与关闭，以及控制空调机的开启与关闭。为此，需要在进风口和排风口处安置温度传感器，测量进风口和排风口处的温度，并根据进风口和排风口的温度值和温度差，利用自动控制***，决定什么时候开启电力排风扇，什么时候开启空调机。“夹壁墙空腔”上方孔洞处如果安装的是电子控制的单向活门，还需要装设相应的电子测量和控制***。根据“夹壁墙空腔”内外墙壁的温度差是正是负来决定活门的开启与关闭，使得空气只能从设备所在空间流向“夹壁墙空腔”而不能反向流动；如果使用的是气压控制活门，可以不用电子控制***，当室内设备所在空间上方的温度较高而“夹壁墙空腔”内的温度较低时，密封的“夹壁墙空腔”内被外墙降了温的较凉空气，变沉之后下降，从夹壁墙下方的孔洞流入设备所在空间，使得密闭的“夹壁墙空腔”气压变低，夹壁墙上方孔洞处的活门就会被设备所在空间上方的空气自动顶开，使得较热空气进入“夹壁墙空腔”。形成密闭循环降温。而当室内设备所在空间上方的温度较低而“夹壁墙空腔”内的温度较高时，“夹壁墙空腔”内的空气上升，把活门关闭，热空气不能通过活门流进设备所在空间。由于夹壁墙靠里一面增加了隔热层，“夹壁墙空腔”内的热空气也很难把热量传进室内设备所在空间。这样，在外界温度较高而室内温度较低时，“降温腔”——也就是“夹壁墙空腔”起的是隔热作用。

进行上述改造后，在环境温度较低的冬季和早春晚秋，基站不仅不用开空调机，而且也不用开电力排风机，利用自然排风和界面降温就可以维持基站室内温度不会过高；在春秋天以及夏季普通气温的夜晚，通常也不用开空调机，只要有自然通风、界面降温以及电力排风就可以维持室温不过高，必要时才开启空调机协助降温；只在夏季少数时段单独使用空调机密闭循环降温。这显然大大节省了空调机的耗电量，也大大延长了空调机的使用年限。

Claims (7)

1.一种无人值守机房或基站控温空调的节电方法，其特征是将原有室内外完全不通风的密闭体系，改为带有敞开的进风口和排风口、随时可以通风的开放体系，并利用在机房或基站的室内加导流隔断和导流管道，或加导流罩和导流管道的方法，使从进风口进入的凉空气能够从室内空间的下部开始，自下向上流经需要降温的设备，以充分发挥降温作用，变热后再上升到室内空间上面的排风口排出，实现单向顺序的流动通风；同时还利用在机房或基站的顶盖上面加装能够隔热降温的防晒凉棚，和在墙壁内侧设夹壁墙空腔或在墙壁外侧设降温腔的方法，对机房或基站原来向内进热和向外散热之传热能力双向同性的界面——顶盖和墙壁，进行上述有利于向外散热而不利于向内进热的半导体式控温改造，从而将原有的单纯利用空调机通过二次换能控温，改为利用冷热空气单向顺序流动的通风将热量直接排放出室外的方法控温，以及利用有效的界面控温，与空调机控温相结合。

2.一种由权利要求1所述的无人值守机房或基站控温空调的节电方法，其特征是将室内规范空气流动路径的导流罩安装在空调机处，而导流管道则安装在进风口所在部位，并靠墙设置，其上不带为沟通冷热空气形成室内循环所需要使用的活门。

3.一种由权利要求1所述的无人值守机房或基站控温空调的节电方法，其特征是在敞开的排风口处装有电力排风机，在排风口外加烟囱——即立式排风管，利用自然排风与电力排风机排风相结合的方法进行通风，同时在排风管口或排风口带有防尘滤网。

4.一种由权利要求1所述的无人值守机房或基站控温空调的节电方法，其特征是防晒凉棚装在暴露于阳光下的机房或基站的顶盖上，夹壁墙空腔设置在机房或基站墙壁内侧，而降温腔设置在背阴面墙壁的外面，夹壁墙空腔和降温腔的上部和下部都有能够与室内设备所在空间的空气导通的孔洞。

5.一种由权利要求1所述的无人值守机房或基站控温空调的节电方法，其特征是在进风口外或内加有一个防尘罩，其中有能够对进入室内的空气进行过滤和除尘的滤网，而当防尘罩装在外时，在进风口处安装有能用于吹除滤网尘土的风机。

6.一种由权利要求4所述的无人值守机房或基站控温空调的节电方法，其特征是安装在机房或基站墙壁内的夹壁墙空腔和安装在墙壁外的降温腔，其空腔的上部与室内沟通的通风孔洞处，安有单向的、只可以使空气向夹壁墙空腔或降温腔内流动而不能向室内设备所在空间流动的单向活门，下部与室内设备所在空间沟通的通风孔洞则是敞开的，而空腔的其他部分皆处于密封的状态。

7.一种由权利要求4所述的无人值守机房或基站控温空调的节电方法，其特征是装设在机房或基站墙壁内的夹壁墙空腔和装设在墙外的降温腔，在空腔的靠室内设备所在空间的那一面墙上，附加有板或片状带金属反光层的泡沫塑料隔热层。

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