1 引言

通信系統(tǒng)用戶外機(jī)柜一般安裝在戶外無遮擋的環(huán)境，陽光輻射以及設(shè)備本身耗散的熱量作用使得密封機(jī)柜內(nèi)部溫度有可能超出設(shè)備允許的范圍，機(jī)柜內(nèi)部電源、通信系統(tǒng)設(shè)備長時間超負(fù)荷高溫下運(yùn)行，會引起元器件性能的降低，進(jìn)而導(dǎo)致裝置故障，影響整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此在設(shè)計中，機(jī)柜的溫控能力也是需要著重考慮的方面。

近年來，隨著通信的發(fā)展，通信基站系統(tǒng)設(shè)備功率越來越高，對于戶外機(jī)柜的溫控能力要求也越來越高。采用風(fēng)扇空氣對流進(jìn)行換熱的普通型機(jī)柜逐步淘汰，而機(jī)柜空調(diào)和熱交換器的使用，在機(jī)柜柜體中加入了保溫隔熱材料，可制作成無通風(fēng)式機(jī)柜，整個機(jī)柜內(nèi)部處于密閉狀態(tài)，不再使用空氣對流的散熱方式，極大地提升機(jī)柜的保溫隔熱性能，這就是保溫隔熱型機(jī)柜。在YD/T 1537-2015《通信系統(tǒng)用戶外機(jī)柜》中加入了新的檢測指標(biāo)-保溫隔熱性能試驗（綜合傳熱系數(shù)），以評判戶外機(jī)柜的保溫隔熱能力。提升機(jī)柜的保溫隔熱能力既能提高機(jī)柜的溫控能力，又能改善機(jī)柜內(nèi)設(shè)備運(yùn)行環(huán)境，有效保護(hù)機(jī)柜內(nèi)的設(shè)備，提高其穩(wěn)定性和使用壽命，同時能降低溫控系統(tǒng)耗能，也符合國家節(jié)能減排的要求。

2 機(jī)柜的保溫隔熱能力

2.1 機(jī)柜的綜合傳熱系數(shù)

綜合傳熱系數(shù)是評判戶外機(jī)柜保溫隔熱能力的重要指標(biāo)，其含義為機(jī)柜內(nèi)外溫差固定（標(biāo)準(zhǔn)要求為55℃，實際檢測允許存在一定偏差）的情況下，單位時間內(nèi)通過單位面積傳遞的熱量，其公式為：

對于一個戶外機(jī)柜，綜合傳熱系數(shù)K數(shù)值越低則表示機(jī)柜保溫隔熱性能越好。內(nèi)表面名義總面積A固定，機(jī)柜內(nèi)外溫差T2-T1固定，若想提高機(jī)柜的保溫能力，只能想辦法降低機(jī)柜內(nèi)外的熱量傳遞速度，從而降低單位時間機(jī)柜內(nèi)電能的消耗P。對于如何降低機(jī)柜的熱量傳遞速度主要有以下兩個方面：（1）使用導(dǎo)熱性能低的機(jī)柜材料；（2）提高機(jī)柜密封性能。

2.2 使用低導(dǎo)熱性能的機(jī)柜材料

保溫隔熱型戶外機(jī)柜柜體材料，一般采用三文治式型式材料，內(nèi)外層為提供機(jī)械強(qiáng)度的面板材料，中間夾一層保溫隔熱材料。面板材料一般為彩鋼板、玻璃鋼和冷軋鋼板，玻璃鋼與保溫隔熱材料粘接性能很好，導(dǎo)熱性能低，所以保溫隔熱性能很好，一般中間會加一層鋼板以提高機(jī)械強(qiáng)度，但是由于價格昂貴，一般很少采用。使用冷軋鋼板為面板材料的保溫隔熱型機(jī)柜，中間夾一層保溫隔熱材料，無粘接，即使粘接，粘接性能也比較差，鋼板導(dǎo)熱性能良好，所有保溫隔熱性能較差，雖然機(jī)柜的機(jī)械強(qiáng)度耐受撞擊方面很好，作為保溫隔熱型機(jī)柜卻不是好的選擇，已很少使用。彩鋼板相對于前兩種材料機(jī)械強(qiáng)度較差，不耐受撞擊，但是與保溫隔熱材料粘接性能良好，導(dǎo)熱性比冷軋鋼板低些，保溫性能良好，同時價格適中，是現(xiàn)在保溫隔熱型機(jī)柜主要使用面板材料。

保溫隔熱型機(jī)柜的保溫能力基本上由機(jī)柜使用的保溫隔熱材料決定，現(xiàn)在市面上的保溫隔熱材料有幾十種，用于戶外機(jī)柜的保溫隔熱材料一般有聚氨酯（PU）材料、聚苯乙烯（EPS）材料、酚醛樹脂材料、巖棉材料、聚乙烯高發(fā)泡（PEF）材料等。聚氨酯（PU）材料導(dǎo)熱性能較低，吸水率低，有不錯的強(qiáng)度，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，與彩鋼板、玻璃鋼板面板有非常好的粘接性，具備非常好的整體性，是綜合性能最好的機(jī)柜保溫隔熱材料。但是，PU材料阻燃性能較差，需要在材料加入一定的阻燃劑以提升其阻燃性能。酚醛樹脂材料導(dǎo)熱性能較PU材料稍微高些，保溫性能也比較好，粘接性能、機(jī)械強(qiáng)度、阻燃性能都比較好，也是一種很好的保溫隔熱材料。但是國內(nèi)目前推廣力度小，生產(chǎn)技術(shù)也較為落后，其保溫性能略差于國外產(chǎn)品。聚苯乙烯（EPS）材料導(dǎo)熱性能稍高，雖然與面板材料也屬粘接良好，但是會有不少縫隙，機(jī)械強(qiáng)度、阻燃性能尚可，作為機(jī)柜保溫隔熱材料勉強(qiáng)可以。因為造價低廉，也有一些要求不高的機(jī)柜采用。巖棉材料、聚乙烯高發(fā)泡（PEF）材料由于材料軟綿，缺乏硬度，與面板材料粘接度較差，無法預(yù)制成保溫隔熱板，一般只作為填充材料，填入兩面板間，因此要求面板強(qiáng)度非常高，一般只能用冷軋板作為面板材料。雖然阻燃性能很好，但是保溫能力較低，在保溫隔熱機(jī)柜中比較少使用，如表1所示。

表1 幾種保溫隔熱材料的導(dǎo)熱系數(shù)

對于機(jī)柜整體的保溫隔熱性能，機(jī)柜面板材料非決定因素，保溫隔熱材料才是決定性的，所以需選擇與保溫隔熱材料粘接良好的面板材料。只有面板材料與保溫隔熱材料良好粘接，材料之間才可以融為一體，提升機(jī)柜的整體密封性、穩(wěn)定性和強(qiáng)度。至于機(jī)柜的阻燃性能要求不高，僅為B級要求，非主要考慮因素。密封性能良好的聚氨酯彩鋼板機(jī)柜綜合傳熱系數(shù)在1.4 W/（m2·℃）左右，而聚苯乙烯彩鋼板機(jī)柜綜合傳熱系數(shù)在2.5 W/（m2·℃）左右，以內(nèi)尺寸為800 mm×800 mm×1 800 mm（內(nèi)壁面積約為7 m2）的鐵塔機(jī)柜做保溫隔熱試驗，則聚氨酯彩鋼板機(jī)柜1小時耗能：

P1=KA（T2-T1）=1.4×7×55=539 W·h=0.539 kW·h

即每小時大約耗電量為半度多；聚苯乙烯彩鋼板機(jī)柜1小時耗能：

P1=KA（T2-T1）=2.5×7×55=962 W·h=0.962 kW·h

則聚苯乙烯彩鋼板機(jī)柜每小時耗電接近1度，可見聚氨酯材料的機(jī)柜在節(jié)能上比聚苯乙烯有很大的優(yōu)勢。

2.3 提高機(jī)柜密封性能

密封性能對于戶外機(jī)柜也是一個非常重要的性能，如果機(jī)柜密封性能不好，長期滲水或積累灰塵會機(jī)柜內(nèi)部部件生銹、卡殼等，降低系統(tǒng)運(yùn)行效率，縮短其使用壽命，嚴(yán)重的會甚至造成系統(tǒng)癱瘓。機(jī)柜的密封性能也會影響機(jī)柜的保溫隔熱能力，機(jī)柜密封良好，減少機(jī)柜內(nèi)部與機(jī)柜外部的空氣對流，使得機(jī)柜內(nèi)部環(huán)境穩(wěn)定，能有效降低機(jī)柜溫控系統(tǒng)的能耗。提升機(jī)柜的密封性能我們應(yīng)從以下幾個方面考慮：

（1）機(jī)柜需采用空調(diào)、熱交換器換熱方式的無通風(fēng)式機(jī)柜，無通風(fēng)式機(jī)柜可完全密封與外界無直接對流，且不影響機(jī)柜內(nèi)的溫度控制。機(jī)柜內(nèi)部設(shè)計，各空間安排合理，由于蓄電池艙需有排氣孔排出廢氣，設(shè)備艙和蓄電池艙需用保溫隔熱板材嚴(yán)格分開，機(jī)柜門、底板、頂板也應(yīng)使用保溫隔熱材料，預(yù)留的進(jìn)線孔分列排布合理易于布線，布線后易于密封。

（2）機(jī)柜材料的選擇，我們需選擇面板材料與保溫隔熱材料粘接良好的材料，機(jī)柜材料粘接良好，機(jī)柜具有整體性，中間縫隙少，密封性能就越高。用于安裝的結(jié)構(gòu)件、連接件尺寸需材料良好，尺寸標(biāo)準(zhǔn)，同時密封材料如機(jī)柜門的密封劑、密封條、進(jìn)線孔密封材料也需選擇密封良好的材料。

（3）機(jī)柜的安裝，在安裝機(jī)柜中應(yīng)注意連接件、結(jié)構(gòu)件與機(jī)柜板材是否安裝的結(jié)實、牢固，空調(diào)安裝時用密封膠密封好，機(jī)柜門在關(guān)閉時密封條與機(jī)柜需能壓實。

開有通風(fēng)孔未完全密封但通風(fēng)孔有防塵棉（防塵等級為IP4X）的聚氨酯彩鋼板機(jī)柜的綜合傳熱系數(shù)約為1.75 W/（m2·℃），同以內(nèi)尺寸為800 mm×800 mm×1 800 mm（內(nèi)壁面積約為7 m2）的鐵塔機(jī)柜做保溫隔熱試驗，則1小時耗能：

P1=KA（T2-T1）=1.75×7×55=674 W·h=0.674 kW·h

每小時耗電比完全密封的機(jī)柜耗電量多了大概0.13度電。

3 結(jié)語

對比傳統(tǒng)4G基站，5G設(shè)備功耗進(jìn)一步加大，單站功耗預(yù)計達(dá)到4G的3～4倍，而在一個密閉狹小的空間內(nèi)容納電源系統(tǒng)、BBU等設(shè)備，這就需要戶外機(jī)柜有非常好的溫控能力，為基站系統(tǒng)提供良好的運(yùn)行環(huán)境，保持通信設(shè)備的平穩(wěn)運(yùn)行，提升通信質(zhì)量，同時能減少溫控設(shè)備的能耗，起到節(jié)能減排的作用。尋找更合適的機(jī)柜保溫隔熱材料以及提升機(jī)柜密封性能以提高機(jī)柜的保溫隔熱性能是戶外機(jī)柜發(fā)展的一個方向。