高效散热型5GBBU节能机柜及智能控制方法与流程

高效散热型5g bbu节能机柜及智能控制方法
技术领域
1.本发明属于通信技术领域，具体涉及一种高效散热型5g bbu节能机柜及智能控制方法。


背景技术：

2.从3g时代采用分布式基站开始，华为、中兴等主流厂商的bbu设备的工艺设计就基于当时的功率密度(低)，充分考虑了安装和维护的需要，采用了“侧进侧出”的安装方式。
3.随着5g时代的来临，5g bbu设备功耗大幅增长，由4g时代的150w
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300w增长到5g的500w
‑
1200w，而设备气流设计工艺并未改进。当bbu设备集中部署时，单机柜功率可达3
‑
5kw，甚至更高；这带来了电力容量及空调制冷能力方面的新问题；尤其是后者，通常的基站、接入机房及现有机柜条件均无法满足该要求。随着空调的增加，机房、机柜也需预留相应容量来满足空调安装，由此导致电力成本、建设成本急剧增加，严重制约5g的发展。
4.另外，现网安装时，由于机柜侧板与bbu设备之间的间距偏小，造成左右两侧进风和出风风量不足，无法形成有效的气流组织，导致热气流回流短路，设备局部过热，严重影响散热效率。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是提供一种结构设计巧妙的高效散热型5gbbu节能机柜，其通过纵、横导风组件改变机柜气流组织，使冷气流最大利用化，解决设备局部过热问题；通过换热芯，使大自然变成天然冷源，减少空调使用时间，从而达到节能降耗的目的。
6.为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：高效散热型5g bbu节能机柜，包括柜体，所述柜体的前侧设有可开合的柜门，所述柜体的后侧设有后换热腔，所述后换热腔内设置有后换热芯，所述后换热芯形成有若干外循环风道和若干内循环风道，所述外循环风道和内循环风道相隔离，所述柜体内配置有使所述外循环风道内空气与外界环境流通的外循环风机、以及使所述内循环风道内空气与柜体内设备散热空间流通的内循环风机；
7.所述柜体前部除预留设备安装区域外，两侧均采取封闭式结构，预留设备安装区域内分层安装bbu设备，每层bbu设备的底部分别安装有横向导风件，每层bbu设备的进风侧分别安装有进风侧纵向导风件，每层bbu设备的出风侧分别安装有出风侧纵向导风件；所述横向导风件具有横向进风导风室和横向出风导风室，所述进风侧纵向导风件具有进风侧纵向导风室，所述出风侧纵向导风件具有出风侧纵向导风室；
8.所述柜体安装bbu设备后形成底冷风舱、前冷风舱和后热风舱，所述底冷风舱具有内循环回风口；在所述内循环风机作用下，冷气流依次流经底冷风舱、前冷风舱、各横向进风导风室、各进风侧纵向导风室后进入bbu设备，冷气流与bbu设备换热后形成的热气流依次流经各出风侧纵向导风室、各横向出风导风室后集合进入后热风舱，后热风舱内热气流进入后换热芯的内循环风道进行换热，变成较冷的气流后再从内循环回风口重新进入底冷风舱，依次往复内循环。
9.作为优选的技术方案，所述柜体的左右两侧分别设有侧换热腔，所述侧换热腔内设置有侧换热芯，所述侧换热芯亦形成有若干外循环风道和若干内循环风道，所述外循环风道和内循环风道相隔离。
10.作为优选的技术方案，所述进风侧纵向导风件与所述柜体侧壁之间、所述出风侧纵向导风件与所述柜体侧壁之间还分别形成有侧散热舱；在所述内循环风机作用下，侧散热舱内热气流进入相应侧的侧换热芯的内循环风道进行换热并依次往复内循环。
11.作为优选的技术方案，所述横向导风件为与bbu设备底部形状适配的框型结构，所述横向导风件上设置有隔板，所述隔板沿对角将横向导风件分隔为横向进风导风室和横向出风导风室。
12.作为优选的技术方案，所述横向进风导风室前端设置有冷风进口，所述横向进风导风室侧部设置有冷风出口，所述进风侧纵向导风室与所述横向进风导风室的冷风进口、bbu设备的进风侧相连；所述前冷风舱与各横向进风导风室的冷风进口连通。
13.作为优选的技术方案，所述横向出风导风室侧部设置有热风进口，所述横向出风导风室后端设置有热风出口，所述出风侧纵向导风室与bbu设备的出风侧、所述横向出风导风室的热风进口相连；所述后热风舱与各横向出风导风室的热风出口连通。
14.作为优选的技术方案，所述进风侧纵向导风件包括与bbu设备侧部形状适配的进风侧封闭式盖体，所述进风侧封闭式盖体具有至少一部分向外突出的进风侧散热部。
15.作为优选的技术方案，所述出风侧纵向导风件包括与bbu设备侧部形状适配的出风侧封闭式盖体，所述出风侧封闭式盖体具有至少一部分向外突出的出风侧散热部。
16.作为优选的技术方案，所述柜体内安装有温控模块。
17.本发明还提供了以上所述高效散热型5g bbu节能机柜的智能控制方法，包括如下步骤：
18.s1、内循环控制：
19.当柜体内侧温度低于第一设定温度时，内循环风机以第一设定转速低速运转；当柜体内侧温度从第一设定温度升至第二设定温度时，内循环风机转速升至第二设定转速；当柜体内侧温度达到第三设定温度时，内循环风机以第三设定转速持续运转；当内循环回风口温度达到第四设定温度时，内循环风机以第四设定转速持续运转；
20.s2、外循环控制：
21.当柜体内侧温度升至第五设定温度时，外循环风机以第五设定转速运转以便从外界获得冷空气；当柜体内侧温度从第五设定温度升至第六设定温度时，外循环风机转速线性升至第六设定转速；当柜体内侧温度达到第七设定温度时，外循环风机以第七设定转速持续运转；当柜体内侧温度降至第八设定温度以下时，外循环风机停转。
22.由于采用了上述技术方案，本发明具有至少以下有益效果：
23.(1)通过横向导风件、进风侧纵向导风件及出风侧纵向导风件充分改善并强化形成有效的气流组织，使冷气流能够最大程度的通过5g bbu设备从而为设备散热，避免了柜体内热气流回流短路造成的设备局部过热问题，大大提高了设备散热效率。
24.(2)柜体采用双层结构形成后换热腔和两个侧换热腔，换热腔内分别安装换热芯，换热芯形成有若干外循环风道和若干内循环风道，所述外循环风道和内循环风道严格隔离，一方面，保证了机柜内的设备对环境的洁净度，有效防止基站设备受外界灰尘和湿气的
侵扰，从而延长设备使用寿命。另一方面，通过设置换热芯，在柜体内、外温差较大且满足运行温度时，控制系统将启动循环风机，使内、外两侧气体在换热芯内进行热量交换，从而降低柜体内温度。从柜体外侧的角度看，柜体外冷空气在外循环风机的作用下由外循环进风口进入换热芯，然后通过换热芯进行换热，变成较热的室外空气，从外循环出风口排出柜体外；从柜体内侧的角度看，柜体内热空气在内循环风机的作用下由内循环进风口进入换热芯，然后通过换热芯进行换热变成较冷的空气，再从内循环出风口重新回到基站内；这样通过换热芯，使大自然变成天然冷源，每年减少空调使用时间可达8个月，节能降耗效果明显。
25.(3)横向导风件通过隔板分隔为横向进风导风室和横向出风导风室，横向导风件的横向进风导风室将机柜前部(前冷风舱)冷气流导入机柜侧面的进风侧纵向导风件，进风侧纵向导风组件与bbu设备进风侧相连，冷风进入bbu设备冷却后变成热空气排入出风侧纵向导风件，出风侧纵向导风件通过横向导风件的横向出风导风室将热气流导入机柜后部(后热风舱)，通过风机吸入与后换热芯进行换热；进风侧纵向导风件与所述柜体侧壁之间、所述出风侧纵向导风件与所述柜体侧壁之间还分别形成有侧散热舱，在内循环风机作用下，侧散热舱内热气流进入相应侧的侧换热芯进行换热并依次往复内循环。这样通过导风组件改变机柜气流组织并协同换热芯实现内外热量交换，大大提高了设备散热效果。同时导风组件采用模块设计，与bbu设备高度匹配，可灵活调整在机柜中的安装位置或扩容，结构简洁、安装方便，适于推广应用。
26.(4)机柜前部柱两侧采取封闭式结构，只预留设备安装区域；机柜底部设有冷气流舱(底冷风舱)，所有冷气流只能通过机柜正面设备进入，实现了只冷设备不冷环境，最大程度利用自然冷源。
27.(5)通过温控模块配合内外循环风机实现内循环与外循环的逻辑控制，可以根据外界环境及各种工况，灵活调节内外循环风机的运转速度及启停情况，实现远程智能化控制。
附图说明
28.以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：
29.图1是本发明实施例的立体结构示意图；
30.图2是本发明实施例的主视结构示意图；
31.图3是图2中a
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a向的剖面结构示意图；
32.图4是图2中b
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b向的剖面结构示意图；
33.图5是本发明实施例的局部结构示意图；
34.图6是本发明实施例中后换热芯的结构示意图；
35.图7是本发明实施例中柜体内部及两个侧换热芯的气流组织流向示意图；
36.图8是本发明实施例中柜体内部及后换热芯的气流组织流向示意图；
37.图9是本发明实施例中导风组件的结构示意图；
38.图10是本发明实施例中导风组件的进风示意图；
39.图11是本发明实施例中导风组件的出风示意图；
40.图12是本发明实施例中导风组件与bbu设备的装配示意图；
41.图13是本发明实施例中内循环风机的控制示意图；
42.图14是本发明实施例中外循环风机的控制示意图。
具体实施方式
43.下面结合附图和实施例，进一步阐述本发明。在下面的详细描述中，只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例。毋庸置疑，本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。
44.如图1至图6所示，高效散热型5g bbu节能机柜，包括柜体50，所述柜体50的前侧设有可开合的柜门51、底部具有底座52、顶部具有顶盖53；所述柜体50的后侧设有后换热腔，所述后换热腔内设置有后换热芯60，所述后换热芯60形成有若干外循环风道和若干内循环风道，为方便描述，分别定义为后侧外循环风道61和后侧内循环风道62(参考图6)；所述后侧外循环风道61和后侧内循环风道62严格隔离,所述柜体50底部设有外循环进风口54，所述顶盖53上设有外循环出风口55；所述柜体50的左右两侧分别设有侧换热腔，所述侧换热腔内设置有侧换热芯70，所述侧换热芯70与后换热芯结构相同，亦形成有若干外循环风道和若干内循环风道，为方便描述，分别定义为侧部外循环风道71和侧部内循环风道72(参考图7)；所述柜体50顶部配置有使各外循环风道内空气与外界环境流通的外循环风机81、以及使内循环风道内空气与柜体内设备散热空间流通的内循环风机82，风机数量可以根据空间配置为多台(参考图3)；
45.参考图7和图8，通过设置换热芯，在柜体内、外温差较大且满足运行温度时，控制系统将启动循环风机，使内、外两侧气体在换热芯内进行热量交换，从而降低柜体内温度。从柜体外侧的角度看，柜体外冷空气在外循环风机81的作用下由外循环进风口进入换热芯，然后通过换热芯进行换热，变成较热的室外空气，从外循环出风口排出柜体外；从柜体内侧的角度看，柜体内热空气在内循环风机82的作用下由内循环进风口进入换热芯，然后通过换热芯进行换热变成较冷的空气，再从内循环出风口重新回到基站内；这样通过换热芯，使大自然变成天然冷源，每年减少空调使用时间可达8个月，节能降耗效果明显。
46.本实施例中，具体地，后换热腔和侧换热腔均由柜体内外两层金属壳体结构形成，这样可以在一定程度上实现冷热隔离；换热芯优选采用特制铝箔制作而成，通过柜体内外层形成金属保护外壳，内、外风道之间严格隔离，保证了机柜内设备对环境的洁净度，有效防止基站设备受外界灰尘和湿气的侵扰，从而延长设备使用寿命。
47.参考图9至图12，所述柜体50前部除预留设备安装区域外，两侧均采取封闭式结构，预留设备安装区域内分层安装bbu设备40，每层bbu设备40分别配置有导风组件，导风组件包括bbu设备40底部安装的横向导风件10，bbu设备40的进风侧41安装的进风侧纵向导风件20，bbu设备40的出风侧42安装的出风侧纵向导风件30；通过横向导风件10、进风侧纵向导风件20及出风侧纵向导风件30可以充分改善并强化形成有效的气流组织，使冷气流能够最大程度的通过5g bbu设备从而为设备散热，避免了柜体内热气流回流短路造成的设备局部过热问题，大大提高了设备散热效率。
48.参考图9至图12，所述横向导风件10优选采用与bbu设备40底部形状适配的框型结构，所述横向导风件10上设置有隔板11，所述隔板11沿对角将横向导风件10腔室分隔为横向进风导风室12和横向出风导风室13，所述横向进风导风室12前端设置有冷风进口14，所
述横向进风导风室12侧部设置有冷风出口15；所述横向出风导风室13侧部设置有热风进口16，所述横向出风导风室13后端设置有热风出口17。
49.参考图9至图12，所述进风侧纵向导风件20具有进风侧纵向导风室21，所述进风侧纵向导风室21与所述横向进风导风室12的侧部冷风出口15、bbu设备40的进风侧41相连，从所述横向进风导风室12导入的冷气流可进入所述进风侧纵向导风室21；所述进风侧纵向导风件20包括与bbu设备侧部形状适配的进风侧封闭式盖体22，所述进风侧封闭式盖体22具有至少一部分向外突出的进风侧散热部23，通过散热部一方面增大盖体散热面积，提高散热效果，另一方面突出设计的散热部与柜体侧壁配合后，突起两侧会形成散热通道，便于内循环风机吸入与侧换热芯70进行换热；盖体内侧形成所述进风侧纵向导风室21。本实施例中，所述进风侧纵向导风件20呈凸字形结构。
50.参考图9至图12，所述出风侧纵向导风件30具有出风侧纵向导风室31，所述出风侧纵向导风室31与bbu设备的出风侧42、所述横向出风导风室13的侧部热风进口16相连，冷气流由进风侧纵向导风室21进入bbu设备40、与bbu设备换热后形成的热气流进入所述出风侧纵向导风室31后，再通过横向出风导风室13导入机柜后部，通过内循环风机吸入与后换热芯60进行换热。所述出风侧纵向导风件30包括与bbu设备侧部形状适配的出风侧封闭式盖体32，所述出风侧封闭式盖体32具有至少一部分向外突出的出风侧散热部33，出风侧散热部33作用与进风侧散热部作用相同，不再赘述。出风侧封闭式盖体32内侧形成所述出风侧纵向导风室31。本实施例中，所述出风侧纵向导风件30亦呈凸字形结构。
51.参考图5至图12，所述柜体安装bbu设备后形成底冷风舱56、前冷风舱57和后热风舱58，底冷风舱56具有内循环回风口561；所述前冷风舱57与各横向进风导风室的冷风进口14连通；所述后热风舱58与各横向出风导风室的热风出口17连通。采用上述结构设计，同时由于机柜前部安装立柱两侧采取封闭式结构，只预留设备安装区域，所有冷气流只能通过机柜正面设备进入，实现了只冷设备不冷环境，最大程度利用自然冷源；在所述内循环风机作用下，冷气流依次流经底冷风舱56、前冷风舱57、各横向进风导风室12、各进风侧纵向导风室21后进入bbu设备40，冷气流与bbu设备40换热后形成的热气流依次流经各出风侧纵向导风室31、各横向出风导风室13后集合进入后热风舱58，后热风舱58内热气流进入后换热芯60的内循环风道进行换热，变成较冷的气流后再从内循环回风口561重新进入底冷风舱56，依次往复内循环。这样通过导风组件改变机柜气流组织并协同换热芯实现内外热量交换，大大提高了设备散热效果。同时导风组件采用模块设计，与bbu设备高度匹配(参考图10)，可灵活调整在机柜中的安装位置或扩容，结构简洁、安装方便，适于推广应用。
52.另外，所述进风侧纵向导风件20与所述柜体50内侧壁之间、所述出风侧纵向导风件30与所述柜体50另一内侧壁之间还分别形成有两个侧散热舱59；在所述内循环风机82作用下，侧散热舱59内热气流进入相应侧的侧换热芯70的内循环风道进行换热后，变成较冷的气流后再从内循环回风口561重新进入底冷风舱56，并依次往复内循环，进一步提高设备散热效率。
53.所述柜体50内安装有温控模块80、配电单元90，温控模块80采用微处理器控制，并配有温度传感器来探测系统控制内、外循环风机运行情况，可以根据外界环境及各种工况，灵活调节内、外循环风机的运转速度及启停情况，实现远程智能化控制。
54.温控模块80配有交流220vac和直流48vdc双电源接入，直流电压正常时，控制方法
如下：`
55.s1、内循环控制：
56.参考图13，当柜体内侧温度低于第一设定温度(timin)时，内循环风机以第一设定转速(rimin)低速运转；当柜体内侧温度从第一设定温度(timin)升至第二设定温度(tihigh)时，内循环风机转速升至第二设定转速(rihigh)；当柜体内侧温度达到第三设定温度(tifull)时，内循环风机以第三设定转速(rifull)持续运转；当内循环回风口温度达到第四设定温度(tmax)时，内循环风机以第四设定转速(rmax)持续运转；
57.s2、外循环控制：
58.参考图14，当柜体内侧温度升至第五设定温度(temin)时，外循环风机以第五设定转速(remin)运转以便从外界获得冷空气；当柜体内侧温度从第五设定温度(temin)升至第六设定温度(tehigh)时，外循环风机转速线性升至第六设定转速(rehigh)；当柜体内侧温度达到第七设定温度(tefull)时，外循环风机以第七设定转速(refull)持续运转；当柜体内侧温度降至第八设定温度(testop)以下时，外循环风机停转。
59.当直流电压供电出现问题时(定义为没有直流电时)，由交流到变压器转30vac提供电源。此时，内循环风机以第八设定转速(riac)低速运转，外循环风机停止。
60.以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。