室外通信设备不同散热方式的应用及分析

　　一、概述

　　随着通信行业竞争的加剧，为了降低投资成本和运营成本，越来越多的运营商选择室外通信设备建设通信网络。室外通信设备的散热方式是多种多样的，目前常见的有自然散热、风扇散热、热交换器散热和热电制冷(TEC空调)。如何选择室外柜的散热方式，尽可能减少高低温环境对设备的影响，是运营商非常关注的问题，本文通过对不同散热方式的仿真、测试和分析，给出建议。

　　二、室外机柜散热仿真和测试

　　1、理论仿真分析

　　有无风扇散热，电池柜内温度分布的仿真结果如图1和2所示(外部环境温度35℃)，从仿真结果来看，不加风扇的自然散热情况，由于太阳辐射热且系统密闭散热效果差，系统内部温度较高，平均温度比环境温度高近11℃;使用风扇抽风，系统内部空气温度大大降低，平均温度比环境温度高3℃左右

　　图1：自然散热的温度分布仿真图 图2：风扇散热的温度分布仿真图

TEC空调散热方式下电池柜内温度分布仿真如图3所示(外部环境温度50℃)，从仿真结果看，环境温度50℃时，电池表面温度平均温度约35℃左右，可以实现约15℃温度的降低，具有比较好的降温效果。

　　图3：TEC空调散热的温度分布仿真图

　　2、试验测试分析

　　测试场景一：自然散热和风扇散热对比测试

　　试验温度：20℃～26℃(室外自然环境温度)

　　测试设备：室外电源综合柜(含设备仓和电池仓)

　　测试结果：如下图4所示

　　图4：电池柜有无风扇散热对比测试图

试验小结：由图4可以得到，当电池柜配置风扇，电池柜内、外环境的换热速度明显比不带风扇快，在机柜内、外达到热平衡以后，有风扇时机柜内、外温差在3℃左右;如果不开风扇，机柜内外温差最大在8.5℃。如果外界环境温度更高的话，不带风扇会出现热量积聚，内外温差会更大。

　　测试场景二：风扇散热和TEC空调散热对比测试

　　试验温度：40℃(室内高温环境)

　　测试设备：室外电源综合柜(含设备仓和电池仓)

　　测试结果：如下图5所示

　　图5：风扇散热和TEC空调散热对比测试图

　　试验小结：由图5可以看出，在高温情况下，TEC空调具备主动制冷功能，40℃的外部环境温度，机柜内部稳定时的温度为25℃，比外界环境温度低15℃;风扇是被动散热，机柜内部稳定时的温度为44℃，比外界环境温度高4℃。因此对于高温环境，选择TEC散热更适合电池的使用，能有效延长蓄电池的使用寿命。

　　三、实际应用基站测试

　　2010年5月，我们针对巴基斯坦TEC恒温电池柜进行了测试，该设备是2009年下半年为了解决巴基斯坦高温环境条件下导致电池寿命大幅缩短的问题而提供的方案，被测试电池柜内放置150AH/12V阀控铅酸蓄电池，连续36小时测试，每小时采集测试数据一组。基站现场图片和测试结果如图6和图7所示。

　　图6：设备现场图片

　　图7：TEC散热测试图

测试结果分析：巴基斯坦室外环境温度在27℃~46℃(白天温度均在39℃以上)的情况下，TEC恒温电池柜内部的温度保持在21℃~29℃，最大内外温差约17℃，说明TEC有较好的主动散热能力，特别适合环境温度高的场合使用;遮阳棚在室外起到了较大的防止热量辐射的作用，遮阳棚内外的最大温差为5℃(出现在下午3点)，说明在温度较高、太阳辐射较强的地区，使用遮阳棚对于设备柜内温度的降低有较大的好处，尤其对于蓄电池设备。

　　四、室外通信设备散热方式建议

　　通过实际站点测试、实验室测试、理论仿真，结合中兴室外通信设备在国内外大量实际应用的分析，对于室外通信设备不同环境下的散热方式建议如下。

　　场景说明建议散热方式说明

　　气温最高月的平均气温超过30℃的区域电池仓用TEC空调散热，设备仓用热交换器或风扇散热对于高湿、高尘区域，设备仓用热交换器散热，例如我国东南沿海、西北等区域;对于外部环境干净干燥区域，设备仓可用风扇散热。

　　气温最高月的平均气温在26℃~30℃之间电池仓用风扇散热，设备仓用热交换器或风扇散热设备仓用热交换器还是风扇主要看应用场景的外部湿度和灰尘。此场景在西南区域、华北部分区域。

　　气温最高月的平均气温在25℃以下电池仓可用风扇散热也可自然通风散热，设备仓用热交换器或风扇散热电池仓是否增加风扇可视安装环境而定，在比较阴凉区域可以不用;设备仓用热交换器还是风扇主要看应用场景的外部湿度和灰尘。

　　气温最低月的平均气温在-10℃以下电池仓、设备仓配置加热板例如东北、内蒙大部。

　　遮阳棚对于午间温度较高、太阳辐射较大的区域，尽可能安装遮阳棚，能够较好的减少太阳直射带来的柜内温度上升，降低柜内温度。