通信用室外一体化机柜保温隔热探讨

探讨一种通信系统用通信用室外一体化机柜保温隔热探讨保温隔热性能要求，以及通信用室外一体化机柜保温隔热探讨对于保温隔热性能需求的发展趋势，并从机柜材料的使用和增加密封性能两个方面探讨提升户外机柜保温隔热性能的方向。

通信用室外一体化机柜保温隔热探讨一般安装在户外无遮挡的环境，阳光辐射以及设备本身耗散的热量作用使得密封机柜内部温度有可能超出设备允许的范围，机柜内部电源、通信系统设备长时间超负荷高温下运行，会引起元器件性能的降低，进而导致装置故障，影响整个系统的稳定性。因此在设计中，机柜的温控能力也是需要着重考虑的方面。

近年来，随着通信的发展，通信基站系统设备功率越来越高，对于户外机柜的温控能力要求也越来越高。采用风扇空气对流进行换热的普通型机柜逐步淘汰，而机柜空调和热交换器的使用，在机柜柜体中加入了保温隔热材料，可制作成无通风式机柜，整个机柜内部处于密闭状态，不再使用空气对流的散热方式，极大地提升机柜的保温隔热性能，这就是保温隔热型机柜。在YD/T 1537-2015《通信系统用户外机柜》中加入了新的检测指标-保温隔热性能试验（综合传热系数），以评判户外机柜的保温隔热能力。提升机柜的保温隔热能力既能提高机柜的温控能力，又能改善机柜内设备运行环境，有效保护机柜内的设备，提高其稳定性和使用寿命，同时能降低温控系统耗能，也符合国家节能减排的要求。

二、柜的保温隔热能力

2.1机柜的综合传热系数

综合传热系数是评判户外机柜保温隔热能力的重要指标，其含义为机柜内外温差固定（标准要求为55℃，实际检测允许存在一定偏差）的情况下，单位时间内通过单位面积传递的热量，其公式为：

K一一综合传热系数，单位为W/(m2·℃)；

A一一机柜内表面名义总面积，单位为平方米(m2)；

Tl一一机柜外平均温度，单位为摄氏度（℃）；

T2一一机柜内平均温度，单位为摄氏度（℃）；

P一一平均功耗。

对于一个户外机柜，综合传热系数K数值越低则表示机柜保温隔热性能越好。内表面名义总面积A固定，机柜内外温差T2-T1固定，若想提高机柜的保温能力，只能想办法降低机柜内外的热量传递速度，从而降低单位时间机柜内电能的消耗P。对于如何降低机柜的热量传递速度主要有以下两个方面：1、使用导热性能低的机柜材料；2、提高机柜密封性能。

2.2 使用低导热性能的机柜材料

保温隔热型户外机柜柜体材料，一般采用三文治式型式材料，内外层为提供机械强度的面板材料，中间夹一层保温隔热材料。面板材料一般为彩钢板、玻璃钢和冷轧钢板，玻璃钢与保温隔热材料粘接性能很好，导热性能低，所以保温隔热性能很好，一般中间会加一层钢板以提高机械强度，但是由于价格昂贵，一般很少采用。使用冷轧钢板为面板材料的保温隔热型机柜，中间夹一层保温隔热材料，无粘接，即使粘接，粘接性能也比较差，钢板导热性能良好，所有保温隔热性能较差，虽然机柜的机械强度耐受撞击方面很好，作为保温隔热型机柜却不是好的选择，已很少使用。彩钢板相对于前两种材料机械强度较差，不耐受撞击，但是与保温隔热材料粘接性能良好，导热性比冷轧钢板低些，保温性能良好，同时价格适中，是现在保温隔热型机柜主要使用面板材料。

保温隔热型机柜的保温能力基本上由机柜使用的保温隔热材料决定，现在市面上的保温隔热材料有几十种，用于户外机柜的保温隔热材料一般有聚氨酯(PU)材料、聚苯乙烯（EPS）材料、酚醛树脂材料、岩棉材料、聚乙烯高发泡（PEF）材料等。聚氨酯(PU)材料导热性能较低，吸水率低，有不错的强度，结构稳定，与彩钢板、玻璃钢板面板有非常好的粘接性，具备非常好的整体性，是综合性能最好的机柜保温隔热材料。但是，PU材料阻燃性能较差，需要在材料加入一定的阻燃剂以提升其阻燃性能。酚醛树脂材料导热性能较PU材料稍微高些，保温性能也比较好，粘接性能、机械强度、阻燃性能都比较好，也是一种很好的保温隔热材料。但是国内目前推广力度小，生产技术也较为落后，其保温性能略差于国外产品。聚苯乙烯（EPS）材料导热性能稍高，虽然与面板材料也属粘接良好，但是会有不少缝隙，机械强度、阻燃性能尚可，作为机柜保温隔热材料勉强可以。因为造价低廉，也有一些要求不高的机柜采用。岩棉材料、聚乙烯高发泡（PEF）材料由于材料软绵，缺乏硬度，与面板材料粘接度较差，无法预制成保温隔热板，一般只作为填充材料，填入两面板间，因此要求面板强度非常高，一般只能用冷轧板作为面板材料。虽然阻燃性能很好，但是保温能力较低，在保温隔热机柜中比较少使用。

表1 几种保温隔热材料的导热系数

对于机柜整体的保温隔热性能，机柜面板材料非决定因素，保温隔热材料才是决定性的，所以需选择与保温隔热材料粘接良好的面板材料。只有面板材料与保温隔热材料良好粘接，材料之间才可以融为一体，提升机柜的整体密封性、稳定性和强度。至于机柜的阻燃性能要求不高，仅为B级要求，非主要考虑因素。密封性能良好的聚氨酯彩钢板机柜综合传热系数在1.4 W/(m2·℃)左右，而聚苯乙烯彩钢板机柜综合传热系数在2.5 W/(m2·℃)左右，以内尺寸为800mm×800mm×1800mm（内壁面积约为7m2）的铁塔机柜做保温隔热试验，则聚氨酯彩钢板机柜1小时耗能：

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

即每小时大约耗电量为半度多；聚苯乙烯彩钢板机柜1小时耗能：

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

则聚苯乙烯彩钢板机柜每小时耗电接近1度，可见聚氨酯材料的机柜在节能上比聚苯乙烯有很大的优势。

2.3 提高机柜密封性能

密封性能对于户外机柜也是一个非常重要的性能，如果机柜密封性能不好，长期渗水或积累灰尘会机柜内部部件生锈、卡壳等，降低系统运行效率，缩短其使用寿命，严重的会甚至造成系统瘫痪。机柜的密封性能也会影响机柜的保温隔热能力，机柜密封良好，减少机柜内部与机柜外部的空气对流，使得机柜内部环境稳定，能有效降低机柜温控系统的能耗。提升机柜的密封性能我们应从以下几个方面考虑：

1）机柜需采用空调、热交换器换热方式的无通风式机柜，无通风式机柜可完全密封与外界无直接对流，且不影响机柜内的温度控制。机柜内部设计，各空间安排合理，由于蓄电池舱需有排气孔排出废气，设备舱和蓄电池舱需用保温隔热板材严格分开，机柜门、底板、顶板也应使用保温隔热材料，预留的进线孔分列排布合理易于布线，布线后易于密封。

2）机柜材料的选择，我们需选择面板材料与保温隔热材料粘接良好的材料，机柜材料粘接良好，机柜具有整体性，中间缝隙少，密封性能就越高。用于安装的结构件、连接件尺寸需材料良好，尺寸标准，同时密封材料如机柜门的密封剂、密封条、进线孔密封材料也需选择密封良好的材料。

3）机柜的安装，在安装机柜中应注意连接件、结构件与机柜板材是否安装的结实、牢固，空调安装时用密封胶密封好，机柜门在关闭时密封条与机柜需能压实。

开有通风孔未完全密封但通风孔有防尘棉（防尘等级为IP4X）的聚氨酯彩钢板机柜的综合传热系数约为1.75 W/(m2·℃)，同以内尺寸为800mm×800mm×1800mm（内壁面积约为7m2）的铁塔机柜做保温隔热试验，则1小时耗能：

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

每小时耗电比完全密封的机柜耗电量多了大概0.13度电。

三、结语

对比传统4G基站，5G设备功耗进一步加大，单站功耗预计达到4G的3～4倍，而在一个密闭狭小的空间内容纳电源系统、BBU等设备，这就需要户外机柜有非常好的温控能力，为基站系统提供良好的运行环境，保持通信设备的平稳运行，提升通信质量，同时能减少温控设备的能耗，起到节能减排的作用。寻找更合适的机柜保温隔热材料以及提升机柜密封性能以提高机柜的保温隔热性能是户外机柜发展的一个方向。