CN112153874A - 具有自清洁免维护新风降温功能的5g基站一体化机柜及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有自清洁免维护新风降温功能的5G基站一体化机柜，包括柜体，所述柜体配置有进风***和排风***，荷电装置和集尘装置设置在所述柜体上，所述集尘装置配置有自清洁装置。本发明还公开了上述机柜的控制方法。本发明通过大量引进室外新风，对柜体降温，从而大部分时间替代空调运行；随着电池技术的发展，电池将具有更高的耐受温度，从而可以全部用新风进行机柜降温，完全替代空调，更加有效降低5G机柜的耗电量。
Description
技术领域
本发明涉及新风与5G技术领域，特别是一种具有自清洁免维护新风降温功能的5G基站一体化机柜及控制方法。
背景技术
目前去除空气中颗粒物的净化技术主要有两种：(1)过滤式净化，主要通过纤维以及以纤维为基础做的过滤材料，过滤或吸附空气中的污染物，从而净化空气；(2)静电式净化，通过使空气中颗粒物带电，利用集尘装置的电场捕捉带电颗粒物，达到净化空气的目的。相比过滤式净化，静电式净化只需定期清洗集尘装置，不用更换，运行阻力低、运行费用少、后期维护费用低，且能杀死空气中的细菌等微生物，具有很好的市场应用前景。
第五代移动通信技术(简称5G或5G技术)是最新一代蜂窝移动通信技术，随着各个城市的5G基站建设加快，5G基站室外一体化机柜的需求量越来越大。
5G基站的耗电量是4G基站的6-7倍。5G基站引进了大规模MIMO技术和波束赋形技术，传统多频天线向阵列天线转变，定向辐射变为可通过软件实现的多波束赋形。5G基站主要为BBU(CU(集中单元)+DU(分布单元))和AAU(RRU+天馈***，即有源天线)组成，在3GPP中定义了4种站型：传导型(BS type 1-C)、混合型(BS type 1-H)、空口型(BS type 1-O,type2-O)。4G基站主要由BBU、RRU和无源天线组成。
IT设备和电池的工作温度不同，一般IT设备的设计温度上限高于电池设计温度上限。相比锂电池，铅酸电池的体积大，耐热温度低；由于5G机柜的功耗大大增加，柜体内IT设备散发出大量的热量，需要制冷量更高的空调进行降温，而提高5G机柜的设计温度上限，将大大有利于降低空调能耗。在5G机柜应用中，锂电池具有更高的耐受温度，同样条件下体积小，现阶段机柜一般用锂电池，锂电池的工作温度区间更宽，短时间可以在40-60℃上工作。随着电池技术的发展，电池可以承受更高的温度；通过把室外的大量自然空气通入室内，然后通过排风带走柜体热量，代替或取代空调运行，是最有效解决5G机柜耗电量激增的困境。
机柜的热量主要来自IT设备的发热量、通过柜体传入的热量、太阳辐射、缝隙孔洞渗透等。现阶段对基站室外一体化机柜降温主要方式是通过空调制冷，而空调制冷将消耗大量的电能，随着5G的发展，通讯行业的电能将大大增加。另外一种方式是把净化后的自然冷空气送入机柜内，部分时间代替空调进行降温，其净化单元为过滤式净化，主要采用初效过滤器和中效过滤器结合，因其进风口易堵、过滤器易堵、维护性差、维护费高、故障率高等问题，大部分被基层管理者弃用。
目前缺乏一种可以有效利用室外新风对5G基站室外一体化机柜降温的设备及控制方法。
因鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的在于提供一种自清洁免维护新风降温功能的5G基站一体化机柜及控制方法，可以充分利用室外的新风对机柜进行智能降温。其有效减少了机柜空调的使用时间和能耗。
为解决上述问题，本发明实施例提供一种具有自清洁免维护新风降温功能的5G基站一体化机柜，包括柜体，所述柜体配置有进风***和排风***，荷电装置和集尘装置设置在所述柜体上，所述集尘装置配置有自清洁装置。
进一步地，所述柜体内还设有空调器。
进一步地，所述进风***的进风口与所述空调器的冷凝器的进风口相互独立。
进一步地，所述进风***的进风口与所述空调器的冷凝器的进风口为同一个进风口，室外空气自该同一个进风口引入到柜体后，经两道分支管路分别连接空调器的冷凝器和进风***，在通向空调器的冷凝器的分支管路上设有电动风阀；在通向进风***的分支管路上也设有电动风阀。
进一步地，所述进风***的进风端设有进风罩。
进一步地，所述排风***的排风端设有排风罩、百叶或排风机。
进一步地，所述集尘装置包括具有导电性的带状部件，所述带状部件卷绕成圆盘状结构，所述圆盘状结构中具有供空气流通的空隙；或者所述集尘装置包括多个平行排列的带状部件，相邻带状部件之间具有供空气流通的空隙；
所述自清洁装置包括：
伸入到所述空隙内以作用于所述带状部件的元件；
吸尘***和/或喷气***，所述吸尘***设置在所述集尘装置的一侧或两侧，用于吸入附着在所述带状部件上的待清洁物；所述喷气***设置在所述集尘装置的一侧，用于向所述带状部件喷气，以使得附着在所述带状部件上的待清洁物脱落。
进一步地，所述机柜还配置有室内外温湿度传感器和/或室内外颗粒物传感器。
另一方面，本发明实施例还提供一种上述的5G基站一体化机柜的控制方法，所述控制方法包括如下步骤：在预设条件下，控制由进风***和排风***组成的新风***启动，对所述机柜内部进行自然降温。
进一步地，所述机柜内还设有空调器，所述方法还包括如下步骤：S1：检测室内温度是否小于预设的空调器关闭温度，若否，则维持现状，若是，则关闭空调器；
S2：检测室内温度是否小于预设的新风***关闭温度，若否，则进入步骤S3，若是，则检测新风***是否正在工作，若正在工作，则关闭新风***，若未工作，则利用基站围护结构散热,
S3：检测室内温度是否在预设的新风关闭温度和新风启动温度之间，若否，进入步骤S4，若是，则检测室内外温度差是否超过预设的温差度数下限，若未超过，则利用基站围护结构散热，若超过，则检测室外温度是否超过预设的室外温度报警下限，若未超过，则利用基站围护结构散热，若超过，则维持现状；
S4：检测室内温度是否在预设的新风启动温度和预设的空调器关闭温度之间，若否，则进入步骤S5，若是，则检测室内外温度差是否超过预设的温差度数下限，若未超过，则利用基站围护结构散热，若超过，则检测室外温度是否超过预设的室外温度报警下限，若未超过，则利用基站围护结构散热，若超过，则检测新风***是否正在工作，若未工作，则启动新风***；
S5：检测室内温度是否在预设的空调器关闭温度和预设的空调器启动温度之间，若否，则进入步骤S6，若是，则检测新风***是否正在工作，若未工作，则启动新风***；
S6：检测室内温度是否超过预设的室内温度报警上限，若是，则高温告警开启空调器，检测新风***是否正在工作，若未工作，则启动新风***，若正在工作，则检测室内外温度差是否超过预设的温差度数下限，若超过，则发送降温异常告警，若未超过，则继续使用新风***。
与现有技术相比，本发明的具有如下有益效果：独有的自清洁免维护功能，可以充分利用室外的新风对机柜进行智能降温。其有效减少了机柜空调的使用时间，延长了机柜空调的使用年限，大大降低了机柜空调降温产生的电能消耗，降低了5G基站的PUE(PowerUsageEffectiveness，电源使用效率)值；解决了利用过滤式净化技术的新风设备对机柜降温产生的进风口易堵、过滤器易堵、维护性差、维护费高、故障率高等问题；独有的控制***可以最大限度利用室外的自然冷空气，独有的自清洁***可以自动清理滤芯上吸附的杨柳絮、蚊虫、颗粒等，实现免人工维护，滤芯防水防潮，可以定期清理，可以重复利用。
通过大量引进室外新风，对柜体降温，从而大部分时间替代空调运行；随着电池技术的发展，电池将具有更高的耐受温度，从而可以全部用新风进行机柜降温，完全替代空调，更加有效降低5G机柜的耗电量。
附图说明
图1为本发明一个实施例提供的自清洁免维护新风降温功能的5G基站一体化机柜的结构示意图；
图2为本发明另一个实施例提供的自清洁免维护新风降温功能的5G基站一体化机柜的结构示意图；
图3为本发明另一个实施例提供的自清洁免维护新风降温功能的5G基站一体化机柜的结构示意图；
图4为本发明另一个实施例提供的自清洁免维护新风降温功能的5G基站一体化机柜的结构示意图；
图5为本发明另一个实施例提供的自清洁免维护新风降温功能的5G基站一体化机柜的结构示意图；
图6为本发明另一个实施例提供的自清洁免维护新风降温功能的5G基站一体化机柜的结构示意图；
图7为本发明实施例提供的自清洁免维护新风降温功能的5G基站一体化机柜的电控结构示意图；
图8为本发明实施例提供的自清洁免维护新风降温功能的5G基站一体化机柜的控制方法的流程图；
图9为机柜内一种集尘装置的结构示意图；
图10为图9中集尘装置适配的自清洁装置的结构示意图；
图11为机柜内另一种集尘装置的结构示意图；
图12为图11中集尘装置适配的自清洁装置的结构示意图；
图中：1-空调器冷凝器进风口；2-空调器冷凝器出风口；3-空调器和进风***进风口；41、42-电动风阀；5-进风罩；6-机柜底座；7-排风罩；8-柜体；9-集尘装置；91-带状部件；10-刮片；11-吸嘴；12-喷管；13-连接管；14-引风机；15-集尘袋；16-出风口；17-动力伸缩杆；18-伸缩套管；19-喷嘴；20-喷嘴连接管；21-气源；22-吸尘管件；23-中心部件。
具体实施方式
下面将参考附图中示出的若干示例性实施方式来描述本发明的原理和精神。应当理解，描述这些实施方式仅仅是为了使本领域技术人员能够更好地理解进而实现本发明，而并非以任何方式限制本本发明的范围。
请参考图1-3，本发明实施例提供一种具有自清洁免维护新风降温功能的5G基站一体化机柜，包括柜体8，整个柜体8设置在机柜底座6上。机柜还配置有进风***和排风***，用于新风换气，同时可以起到自然冷却，降低能耗的作用。优选地，结合图4-6，机柜内部还具有空调器，对机柜内部进行降温。
空调器可以包括多种类型，如采用行间空调器。
空调器包括室内机(蒸发器)和室外机(冷凝器)。在一些实施例中，空调器冷凝器进风口1和空调器冷凝器出风口2也都设置在柜体8上。进风***的进风口和空调冷凝器的进风口是相互独立的两个进风口(如图5所示)。
在另一些实施例中，进风***的进风口和空调器的进风口为同一个进风口(如图6所示的空调器和进风***进风口3)，空气从柜体8的外部引入后，利用两条分支管路，分别连接空调器和进风***，其中在通向进风***的分支管路上设有电动风阀41，在通向空调器冷凝器的分支管路上设有电动风阀42，通过控制电动风阀41，可以控制进风***和排风***的开启与关闭。控制电动风阀42，可以控制空调器的开启与关闭。
通常，进风***一般设置在机柜柜体8下部，比如设置在机柜底部或机柜下部的侧面(如图1、2所示)或底部(如图3所示)。一般对应的进风口设置在机柜底部或机柜下部的侧面。进风***的进风口具有设有防水功能。例如，可以将水浸探测器布置于机柜底部，用于监测机柜浸水及发生水淹情况。当探测到发生水淹情况，探测器将信号传输到机柜中央控制***，机柜中央控制***发出机柜浸水报警信息并关闭进风***、排风***，关闭进风口，进风口可以加设一个挡雨板，在探测到水淹时，自动关闭，挡雨板设有密封材料，可以很好的防止雨水进入；如果进风口设有电动风阀，可以在电动风阀叶片上加设密封材料，在关闭状态时，可以阻止雨水进入；进风口可以设置一个阀门，在探测到水淹时，阀门自动关闭，阻止雨水进入柜体。
水浸探测器可以采用接触式水浸探测器或非接触式水浸探测器。
接触式水浸探测器，利用液体导电原理进行检测。正常时两极探头被空气绝缘；在浸水状态下探头导通，传感器输出干接点信号。当探头浸水高度约1毫米时，即产生告警信号。本产品采用挂重设计，便于部署。
非接触式水浸探测器，利用光在不同介质截面的折射与反射原理进行检测。塑料半球内放置有LED和光电接收器，当探测器置于空气中时，因全反射，绝大部分LED光子被光电接收器接收；当靠近半球表面时，由于光的折射，光电接收器接收到的LED光子将会减少，从而输出也发生改变。适合于部署在一般腐蚀导电液体泄露地点。
排风***与进风***相对设置，位于柜体8另一侧的上部，这样符合空气在机柜内的流动规律。在进风***的进风端上还可以设置有进风罩5，进风罩5也可以采用百叶的形式替代。在排风***的排风端上还可以设置排风罩7，排风罩7还可以采用百叶、排风机的形式替代。
如前所述，排风***一般设置在机柜上部，比如设置在机柜顶部或机柜上部的侧面。一般对应的排风口可以设置在机柜顶部或机柜下部的侧面。
与进风口类似，排风***的排风口也具有防水功能。防水功能也可以采用上述的接触式水浸探测器或非接触式水浸探测器来实现。
进一步地，在在机柜上部设置烟雾探测器，监测机柜发生失火等极端情况，并同机柜中央控制***通讯联接。
进一步地，机柜还配置有倾斜探测器，用于监测机柜发生倾倒、倾斜时发出告警信息。
综上，机柜中的电控***主要包括温控***(温湿度传感器)、照明单元、监控***(水浸探测器、烟雾探测器、倾斜探测器)、防雷***、配电***、电源***、门禁***等。
在机柜内还设有集尘装置(也可称为滤芯)，集尘装置用于收集流经机柜内空气中夹带的颗粒物，如灰尘、蚊虫等，这些颗粒物富集在集尘装置上后变成待清洁物，如果不及时清理，就会影响进风***、排风***和空调的正常工作。为此，本发明实施例为集尘装置配置了自清洁装置，可以自动对集尘装置上的待清洁物进行清理，实现免维护功能。
结合图9，集尘装置9由带状部件91按照一定的规则排布而成。在一些实施例中，集尘装置9可以是至少一条带状部件91卷绕在中心部件23后形成的圆盘状结构，在相邻圈带状部件的间隙内留有供空气流过的空隙。在另一些实施例中，如图11所示，集尘装置9可以包括多条带状部件91，带状部件91平行间隔排列，相邻两条带状部件91之间为供空气流过的空隙。进风***进入的空气从该空隙中流过，由排风***排出，空气中的颗粒物富集在带状部件91上。带状部件91可以采用电极件，在通电后利用静电效应可以更好地收集灰尘等颗粒物。
带状部件91由具有导电性的材料制成，如金属或具有导电性的半导体材料等。例如，在一些实施例中，带状部件91包括半导体阻燃型高分子材料制成的基材或PET基材，在所述基材内设有具有导电性的材料，如导电性油墨、石墨烯或石墨。
在集尘装置的上风侧设有荷电装置，荷电装置可以采用电离丝，电离进入到柜体内部的空气中的颗粒物，使其带上正电或负电，进而被具有导电性的带状部件91吸附。
若采用圆盘结构的集尘装置，自清洁装置可以包括一组元件，其伸入到相邻两圈带状部件之间。自清洁装置还包括设置在集尘装置一侧的吸嘴和/或喷嘴，用于吸入灰尘和/或吹落灰尘。吸嘴和喷嘴配有相应的管路***。集尘装置9可以在电机的驱动下转动，刮片、吸嘴或喷嘴的相关管路则随着集尘装置9的转动，沿着带状部件的表面进行清理。
例如，在一个实施例中，如图10所示，自清洁装置包括一对刮片10，其伸入到集尘装置9带状部件的空隙中，作用于带状部件的表面。在集尘装置9的一侧还设有喷嘴19，喷嘴19通过喷嘴连接管20和气源21连接，用于吹落带状部件上的灰尘。集尘装置9的另一侧还设有吸尘管件22，吸尘管件22连接集尘袋15，用于吸走从集尘装置9上清理下来的灰尘。
若采用平行排列的带状部件形成的集尘装置，自清洁装置可以包括一组元件，其伸入到相邻两电极件之间。自清洁***还包括设置在集尘装置9一侧的吸嘴和/或喷嘴，用于吸入灰尘和/或吹落灰尘。吸嘴和喷嘴配有相应的管路***。刮片、吸嘴或喷嘴的相关管路可沿着集尘装置9的电极件往复运动，沿着电极件的表面进行清理。
例如，在一个实施例中，如图12所示，自清洁装置包括设置在每个带状部件一侧的吸嘴11，各个吸嘴11内具有刮片10，伸入到带状部件之间的空隙内。多个吸嘴11通过连接管13连在一起，连接管13的另一端为伸缩套管18，末端依次连接集尘袋15，引风机14和出风口16。动力伸缩杆17连接在连接管13上，带动各个吸嘴11沿着带状部件往复运动，将灰尘吸入到集尘袋15里。吸嘴11内还可以设置喷管12，用于吹落一些富集在带状部件上的灰尘。
结合图8，上述一体化机柜的控制方法如下：
S1：检测室内温度是否小于预设的空调器关闭温度，若否，则维持现状，若是，则关闭空调器；
S2：检测室内温度是否小于预设的新风***关闭温度，若否，则进入步骤S3，若是，则检测新风***是否正在工作，若正在工作，则关闭新风***，若未工作，则利用基站围护结构散热,
S3：检测室内温度是否在预设的新风关闭温度和新风启动温度之间，若否，进入步骤S4，若是，则检测室内外温度差是否超过预设的温差度数下限，若未超过，则利用基站围护结构散热，若超过，则检测室外温度是否超过预设的室外温度报警下限，若未超过，则利用基站围护结构散热，若超过，则维持现状；
S4：检测室内温度是否在预设的新风启动温度和预设的空调器关闭温度之间，若否，则进入步骤S5，若是，则检测室内外温度差是否超过预设的温差度数下限，若未超过，则利用基站围护结构散热，若超过，则检测室外温度是否超过预设的室外温度报警下限，若未超过，则利用基站围护结构散热，若超过，则检测新风***是否正在工作，若未工作，则启动新风***，若正在工作，则继续保持；
S5：检测室内温度是否在预设的空调器关闭温度和预设的空调器启动温度之间，若否，则进入步骤S6，若是，则检测新风***是否正在工作，若未工作，则启动新风***，若正在工作，则继续保持；
S6：检测室内温度是否超过预设的室内温度报警上限，若是，则高温告警开启空调器，检测新风***是否正在工作，若未工作，则启动新风***，若正在工作，则检测室内外温度差是否超过预设的温差度数下限，若超过，则发送降温异常告警，若未超过，则继续使用新风***。
图8中各参数的含义为：
EHin上限：室内湿度报警上限，默认85％；
T新风下限：新风关闭温度，默认24℃；
T空调下限：空调关闭温度，默认30℃；
T新风上限：新风启动温度，默认28℃；
T空调上限：空调启动温度，默认35℃；
ETin上限：室内温度报警上限，默认35℃；
△T下限：温差度数下限，默认2℃；
ETout下限：室外温度报警下降，默认5℃；
当然，以上各项参数只是示例性说明，具体数值可以灵活调整。
进一步地，还可以通过检测焓值的方式来控制空调器和进风***、排风***之间的联动。例如，根据采集到的机柜内部和机柜外部(即新风)的空气焓值，如果机柜外部(即新风)的空气焓值在控制***设置的焓值范围内，同时在满足其他开启环境参数(室内温度、室内相对湿度等)的条件下，此时开启进风***和排风***，关闭机柜空调(压缩机)的运行；
如果通过焓湿图计算得出的焓值不在控制***设置的送风焓值范围内，即使满足其他开启环境参数(室内温度、室内相对湿度等)，此时也将关闭进风***和排风***，机房空调则根据机房内部设置的温度和相对湿度要求，做相应的开启运行或关闭运行。
本文中应用了具体个例对发明构思进行了详细阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离该发明构思的前提下，所做的任何显而易见的修改、等同替换或其他改进，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种具有自清洁免维护新风降温功能的5G基站一体化机柜，包括柜体，其特征在于，所述柜体配置有进风***和排风***，荷电装置和集尘装置设置在所述柜体上，所述集尘装置配置有自清洁装置。
2.根据权利要求1所述的5G基站一体化机柜，其特征在于，所述柜体内还设有空调器。
3.根据权利要求2所述的5G基站一体化机柜，其特征在于，所述进风***的进风口与所述空调器的冷凝器的进风口相互独立。
4.根据权利要求2所述的5G基站一体化机柜，其特征在于，所述进风***的进风口与所述空调器的冷凝器的进风口为同一个进风口，室外空气自该同一个进风口引入到柜体后，经两道分支管路分别连接空调器的冷凝器和进风***，在通向空调器的冷凝器的分支管路上设有电动风阀；在通向进风***的分支管路上也设有电动风阀。
5.根据权利要求1所述的5G基站一体化机柜，其特征在于，所述进风***的进风端设有进风罩。
6.根据权利要求1所述的5G基站一体化机柜，其特征在于，所述排风***的排风端设有排风罩、百叶或排风机。
7.根据权利要求1所述的5G基站一体化机柜，其特征在于，所述集尘装置包括具有导电性的带状部件，所述带状部件卷绕成圆盘状结构，所述圆盘状结构中具有供空气流通的空隙；或者所述集尘装置包括多个平行排列的带状部件，相邻带状部件之间具有供空气流通的空隙；
所述自清洁装置包括：
伸入到所述空隙内以作用于所述带状部件的元件；
吸尘***和/或喷气***，所述吸尘***设置在所述集尘装置的一侧或两侧，用于吸入附着在所述带状部件上的待清洁物；所述喷气***设置在所述集尘装置的一侧，用于向所述带状部件喷气，以使得附着在所述带状部件上的待清洁物脱落。
8.根据权利要求7所述的5G基站一体化机柜，其特征在于，所述机柜还配置有室内外温湿度传感器和/或室内外颗粒物传感器。
9.一种权利要求1-8任一所述的5G基站一体化机柜的控制方法，其特征在于，包括：在预设条件下，控制由进风***和排风***组成的新风***启动，对所述机柜内部进行自然降温。
10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于，所述机柜内还设有空调器，所述控制方法还包括如下步骤：
S1：检测室内温度是否小于预设的空调器关闭温度，若否，则维持现状，若是，则关闭空调器；
S2：检测室内温度是否小于预设的新风***关闭温度，若否，则进入步骤S3，若是，则检测新风***是否正在工作，若正在工作，则关闭新风***，若未工作，则利用基站围护结构散热,
S3：检测室内温度是否在预设的新风关闭温度和新风启动温度之间，若否，进入步骤S4，若是，则检测室内外温度差是否超过预设的温差度数下限，若未超过，则利用基站围护结构散热，若超过，则检测室外温度是否超过预设的室外温度报警下限，若未超过，则利用基站围护结构散热，若超过，则维持现状；
S4：检测室内温度是否在预设的新风启动温度和预设的空调器关闭温度之间，若否，则进入步骤S5，若是，则检测室内外温度差是否超过预设的温差度数下限，若未超过，则利用基站围护结构散热，若超过，则检测室外温度是否超过预设的室外温度报警下限，若未超过，则利用基站围护结构散热，若超过，则检测新风***是否正在工作，若未工作，则启动新风***；
S5：检测室内温度是否在预设的空调器关闭温度和预设的空调器启动温度之间，若否，则进入步骤S6，若是，则检测新风***是否正在工作，若未工作，则启动新风***；
S6：检测室内温度是否超过预设的室内温度报警上限，若是，则高温告警开启空调器，检测新风***是否正在工作，若未工作，则启动新风***，若正在工作，则检测室内外温度差是否超过预设的温差度数下限，若超过，则发送降温异常告警，若未超过，则继续使用新风***。
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