无人值守机房或基站使用的翅片管散热降温节能装置

在无人值守机房或基站里，为了维持设备的正常工作温度，就需要利用空调机散热降温，为此消耗不少电能。“无人值守机房或基站使用的翅片管散热降温节能装置”是一种安装在机房或基站室外的、先升后降的倒U形密封翅片管系统。在室外气温低于室内热空气温度时，利用气体在管道系统中的烟囱效应和虹吸作用，自动将室内热空气引导出室外，在倒U形密封翅片管系统中循环流动，并在流动中隔着管道壁与室外凉空气进行热交换，散热降温后再自动流回室内，从而实现为室内空气散热降温。这种循环流动散热的过程中不需要外界提供能量，成本很低，安全可靠，基本不需要维护，没有噪音和污染，能够明显减少空调机的工作时间，起到节电和延长空调机寿命的作用。

(一)技术领域：本发明属于通信机房和基站节能技术领域。(二)背景技术：在内有电器设备常年自动运行的各种无人值守机房和星罗棋布的移动通信基站，由于无人值守，通常都处于密闭状态。里面的通信设备，即使是比较节能的新式设备，在运行时也会不断产生热量，如果不能及时散热，就会导致室内温度不断升高，使设备难以继续正常运行。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。为此目的，通常是利用空调机来进行控温(降温)的。每一个机房和移动通信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。十多年前出现了在室外气温较低时，利用引入室外的凉空气来为设备降温的“新风节能系统”。这种新风节能系统虽然可以节能，但还必须引入室外的凉空气为设备降温，而且普通的新风系统的通风量还比较大，很容易把室外的灰尘等污染物带入室内，即使在进风口采用空气过滤装置，不仅需要经常维护，而且仍然难以避免给室内造成污染。通风系统不仅仍然需要消耗不少电能，而且还需要配备比较复杂的自动控制系统，其使用和维护成本都比较高。此前本申请人曾提出了一种“无人值守机房或基站使用的倒U形单管虹吸降温节能装置”，是一种利用热空气在上行气管里的烟囱效应，将机房或基站里的热空气抽出室外，并利用在密闭的倒U形单管道系统里形成的虹吸作用，使室内热空气能自动地通过在室外的密闭循环流动，隔着管道壁与室外的凉空气进行热交换，从而实现降温节能的技术方案。该技术方案克服了新风节能技术的上述缺点，但也存在装置太高的缺点，不很容易安装。现在提出的本申请“无人值守机房或基站使用的翅片管散热降温节能装置”，则既保留了前方案使室内空气在室外密闭管道里通过自动循环流动以实现降温节能的优点，又克服了前方案装置的管道太高的缺点。(三)发明内容：本发明“无人值守机房或基站使用的翅片管散热降温节能装置”是一套或一组安装在机房或基站[8]的顶面上或侧壁外、由开在机房或基站[8]上部空间的顶面或侧壁的进气口[1]、和与其密封相连的高出机房或基站[8]顶面而竖立的上行气管[2]、顶部横管[3]、下行气管[4]、翅片管散热器[5]以及进一步下行的回气管[6]和回气管下端与机房或基站[8]下部空间相通的出气口[7]，顺序密封连接组成的密闭管道系统；或省去顶部横管[3]和下行气管[4]，直接将进气口[1]经高出机房或基站[8]顶面而竖立的上行气管[2]接在卧置或竖置在机房或基站[8]顶上的翅片管散热器[5]的上方入口，再将经过翅片管散热器[5]散热后的空气，从翅片管散热器[5]下方的出口，经过下行的回气管[6]和管道系统的出气口[7]与机房或基站[8]下部空间的进气口密封连接在一起，其整个系统在室外总体呈现为竖立的先升后降、并且有一部分高出机房或基站[8]顶面的倒U形管道结构。在室外的气温低于室内上部空间热空气的温度时，机房或基站室内上方聚集的热空气，由于比重轻，会因烟囱效应而自动从进气口[1]被抽进与进气口相连的上行气管[2]，并进一步流进顶部横管[3]和下行气管[4]，再流进卧置或纵置在机房或基站的顶面上或侧面墙外的翅片管散热器[5]的上方进气口，经过上行气管[2]、顶部横管[3]、下行气管[4]和翅片管散热器[5]充分散热后，从翅片管散热器[5]的下方出气口流进下行的回气管[6]，最后从与机房或基站[8]下部空间相通的出气口[7]流回机房或基站[8]的下部空间。当室外气温低于室内上方热空气温度时，在密封的管道里，由于热、凉空气的比重不同，除了在上行气管[2]里产生的烟囱效应促使气体的流动，还有在整体竖立的倒U形结构的管道系统里由于热升冷降而形成的虹吸作用，更加促使空气在管道系统里的自然流动，使机房或基站[8]室内的热空气能够持续不断地进入处于室外的密封管道里，并隔着容易传热的管道壁(以及管道上的翅片)，与室外的凉空气进行热交换，在室外降温变沉后再返回室内。通过这种室内空气在室外密封管道里持续的循环流动和隔着容易传热的管道壁与室外凉空气进行的热交换，就可以达到为室内热空气降温的目的。由于这种持续的自然通风降温装置不需要供能，因此就可以大大减少空调机的开启时间，达到节能的目的。尤其在秋、冬、春季室外气温较低时，节能效果更明显。由于整个管道系统处于室外，因此，既要采用耐候性并容易传热的金属材料来制作管道系统，还要为管道系统加装不影响通风的防晒遮阳板[10]。由于有了翅片管散热器[5]作为承担主要散热任务的装置，上行气管[2]、顶部横管[3]和下行气管[4]组成的竖立倒U形管道结构的高度就可以明显降低，除了起到一定的散热作用，主要起抽气和将气体导入翅片管散热器[5]的作用。在这里，上行气管[2]、顶部横管[3]和下行气管[4]的高度一般高出机房或基站[8]顶面2米左右即可。上行气管[2]、顶部横管[3]、下行气管[4]以及下行的回气管[6]的管道直径一般在10厘米到20厘米之间。可以根据需要散热量的大小，采用一套、两套或更多套管道系统。可以在机房或基站[8]上面安装能够支撑固定管道系统的支架[13]，并把遮阳板[10]装设在支架[13]上。也可以省去顶部横管[3]和下行气管[4]，而将上行气管[2]直接接在机房或基站[8]顶上安装的翅片管散热器[5]的上方进气口，这样可以进一步降低高度，但由于抽气的力度不足，空气在密闭管道里流动的速度较慢，散热效果较差。这种情况下，可以在管道系统的进气口[1]附近安装一个小风扇[9]，通过开启小风扇来加速管道里气体的流动速度。安装小风扇需要注意，既要在开启时能够向管道里吹风，又不能在不开启时阻碍自然进风。小风扇可以依靠在遮阳板[10]上安装的太阳能电池[11]供电，自给自足，而不需要外来供电。小风扇的启动由温度控制装置自动控制，使其只在室内外温差较小、而室外温度仍然低于室内上方热空气温度时才启动，而一旦室外温度高于室内上方热空气的温度，小风扇就自动关闭，以免把被室外热空气加热了的管道里的空气循环进入室内。在室外气温低于室内上方热空气温度时，能够利用“无入值守机房或基站使用的翅片管散热降温节能装置”自动实现室内气体在室外循环流动，并在循环流动过程中将机房或基站室内的热空气冷却降温的一个关键问题在于，整个管道系统必须是气密性的，否则就难以形成有效的虹吸效应。管道的密封连接方法有多种，可以焊接，也可以用加有密封垫圈的螺丝口对接、卡扣或法兰盘对接等方式连接。在机房或基站[8]顶面上安装的翅片管散热器[5]，可以横卧安装，也可以竖立安装。横卧安装的翅片管散热器[5]具有多层复合结构，不仅每层都有两条或三条或多条并列的翅片管并联组成，而且从处于上部的进气口开始，分为两层、三层或更多层，分层串联或并联、逐层下降，能使里面的空气在由上向下的流动过程中，隔着管道壁通过与管道外的凉空气进行热交换而由热变凉，直到从翅片管散热器[5]底层的出口流出，经下行的回气管[6]和管道系统的出气口[7]，进入机房或基站[8]的下部空间。竖立安装的翅片管散热器[5]是由多行、多列竖立的翅片管相互并联组成的，由处于上部的进气口进气，经过并联在一起的多行、多列竖立的翅片管散热后，从下方的出气口流进下行的回气管[6]和管道系统的出气口[7]，进入机房或基站[8]的下部空间。当夏季室外气温高过室内热空气温度时，由于管道系统里的空气比室内热空气的温度还高，比重也就更轻，浮在上面而不会流进室内。此时开启空调机为室内降温，不会受到管道系统的影响。为了确保整个管道系统里空气是单向流动的，下行的回气管[6]可以从机房或基站[8]的上部插入室内，以免夏季室外温度过高时，处于机房或基站[8]顶面之下的下行回气管[6]里面产生热空气上行回流的问题。如果下行回气管[6]处于室外，出气口[7]开在机房或基站[8]下部的进气口处，为了避免这个回流问题，可以通过在机房或基站[8]下部的进气口处(即管道系统的出气口[7])加装单向阀[12]防止回流。由于管道里空气持续循环流动的风压不大，因此加装的单向阀[12]应当使用轻便材料和灵敏度高的结构，而且通过人为控制，使其平时处于完全开启的状态，只在夏季天热时，才使单向阀[12]处于控制气流单向流动的工作状态。安装在机房或基站[8]侧壁外(尤其背阴面)的翅片管散热器[5]也可以横卧安装或竖立安装。横卧安装的翅片管散热器[5]具有多层复合结构，不仅每层都有两条或三条或多条并列的翅片管并联组成，而且从处于上部的进气口开始，分为两层、三层或更多层，分层串联或并联、逐层下降，能使里面的空气在由上向下的流动过程中，隔着管道壁通过与管道外的凉空气进行热交换而由热变凉，直到从翅片管散热器[5]底层的出口流出，经下行的回气管[6]和管道系统的出气口[7]，进入机房或基站[8]的下部空间。竖立安装的翅片管散热器[5]是由多行、多列竖立的翅片管相互并联组成的，由处于上部的进气口进气，经过并联在一起的多行、多列竖立的翅片管散热后，从下方的出气口流进下行的回气管[6]和管道系统的出气口[7]，进入机房或基站[8]的下部空间。与安装在机房或基站[8]顶面上的翅片管散热器[5]不同的是，在机房或基站[8]侧壁外安装的翅片管散热器[5]，由于处于机房或基站[8]的顶面之下，在夏季室外温度过高时，处于机房或基站[8]顶面之下的翅片管散热器[5]和回气管[6]里面的、被室外空气加热了的热空气有可能反向回流，因此需要有一个可以控制气体流动方向的单向阀[12]，使管道里面的气体只能由机房或基站[8]上方的进气口[1]进入，顺序通过上行气管[2]、顶部横管[3]、下行气管[4]、翅片管散热器[5]、下行的回气管[6]，最后从与机房或基站[8]下部空间相通的出气口[7]流回机房或基站[8]的下部空间，而不能进行方向相反的流动。这一点在夏季室外气温高过室内热空气温度时至关重要。因为在这种情况下管道系统里的空气比室内热空气的温度还高，比重也就更轻，安装在机房或基站[8]的顶面之下侧壁外的翅片管散热器[5]里面的热空气就会反向顺序通过下行气管[4]、顶部横管[3]、上行气管[2]经机房或基站[8]上部进气口[1]流进室内。此时开启空调机为室内降温时，就会受到管道系统反流的影响，加重空调机的负担。单向阀[12]安装在室内的进气口(也就是管道系统的出气口[7])处，平时可以置于固定开启状态，只有到了夏季气温高时，才将单向阀[12]置于控制气体单向流动的工作状态。通信机房或基站采用这种“无人值守机房或基站使用的翅片管散热降温节能装置”来实现节能，不仅成本极低，而且安全可靠，基本不需要进行维护，还完全没有噪音和污染，虽然不能完全取代空调机的作用，但却能够明显减少空调机的工作时间，节省空调机用电，延长空调机的使用寿命，减少报废空调机形成的电子垃圾，以及其损坏时释放出的制冷剂对大气环境所产生的污染。同时，这种成本低廉的基本设施还不会像空调机那样成为盗贼偷盗的目标，不会因被盗而失去效用。只要室外气温不高于室内热空气的温度，这种装置就能自动运行，发挥降温节能作用。这种节能装置适合在全国范围内使用，即使是南方气温比较高的地区，也会有多半时间处于室外温度低于室内热空气温度的时段，这种降温装置就能自动发挥降温节能作用。(四)附图说明：图1是在机房或基站顶面上安装翅片管散热器的“无人值守机房或基站使用的翅片管散热降温节能装置”的纵向配置示意图，也表示了室内空气在这种降温节能装置里流动的路径。图2是在机房或基站侧壁外安装翅片管散热器的“无人值守机房或基站使用的翅片管散热降温节能装置”的纵向配置示意图。其中，数标[1]表示这种装置管道系统的进气口，同时也是机房或基站上部墙壁的出气口；数标[2]表示该管道装置的上行气管；数标[3]表示顶部横管；数标[4]表示下行气管；数标[5]表示翅片管散热器，数标[6]表示回气管，数标[7]表示管道系统的出气口，同时也是机房或基站下部的进气口；数标[8]表示机房或基站室内空间；数标[9]表示小风扇，数标[10]表示防晒遮阳板，数标[11]表示太阳能电池，数标[12]表示单向阀；数标[13]表示支架。(五)具体实施方式：按图1所示，在机房或基站顶面上安装“无人值守机房或基站使用的翅片管散热降温节能装置”。先将一套翅片管散热器[5]横卧安装固定在机房或基站[8]顶面具有一定承重能力的部位和支架[13]上。翅片管散热器[5]的进气口和出气口的直径大小应当与选择配套使用的上行气管[2]、顶部横管[3]、下行气管[4]以及下行的回气管[6]的直径大小一致。然后将上行气管[2]、顶部横管[3]、下行气管[4]、翅片管散热器[5]以及下行的回气管[6]陆续按顺序逐个密封连接成管道系统，并将上行气管[2]下端的进气口[1]与机房或基站[8]上部空间顶面或侧壁的出气口密封相连，而将回气管[6]的下端出气口[7]与机房或基站[8]下部空间的进气口密封相连，并在出气口[7]处安装可以避免反流的单向阀[12]，而在管道系统进气口[1]附近安装由太阳能电池[11]供电并带有温度控制系统的小风扇[9]。在上行气管[2]、顶部横管[3]、下行气管[4]以及翅片管散热器[5]的外围，安装能够对这些管道支撑固定的支架[13]，并在支架[13]的适当部位安装能够防晒遮阳但不影响风吹散热的防晒遮阳板[10]，并在防晒遮阳板[10]的适当部位安装为小风扇[9]供电的太阳能电池[11]。这样，一套“无人值守机房或基站使用的翅片管散热降温节能装置”就安装完毕。如果需要的散热量大，一套“无人值守机房或基站使用的翅片管散热降温节能装置”的力度还不够，可以再在机房或基站顶面上安装或在侧面墙壁外安装一套或两套“无人值守机房或基站使用的翅片管散热降温节能装置”。