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基站围护结构及空调系统性能分析
清华大学涂壤刘晓华李震江亿
摘要:基站的设备发热密度非常集中,一般在200~500W/m2。为此基站空调系统几乎24小时运行,空调系统的能耗占到整个基站能耗的40%左右。我国各地气候差异非常大,如何设置基站的围护结构并采用自然冷源换热有效的排除室内的发热量,以降低空调系统的能耗是非常值得关注的事情。本文采用DeST能耗模拟分析软件,分析在哈尔滨和广州两地的基站围护结构以及空调系统的性能。模拟结果表明:广州的基站围护结构宜选择保温性能较差的砖混结构,而哈尔滨的基站围护结构的选择则与室内设备发热量水平密切相关,热管设备的应用可以显著降低空调系统的能耗。
关键词:基站,围护结构,负荷,能耗
1 引言
基站是一类室内设备发热量大且比较集中的场所,一般在200~500W/m2之间。为此,基站几乎24小时不间断空调运行,空调系统的耗能非常大,占到整个基站能耗的40%左右[1]。廖利娣等[2]研究了广州地区基站的节能措施,提出对空调冷负荷下降率贡献从大到小依次为通风、空调设定温度、外墙朝向及层数、外墙外表面太阳辐射吸收系数。黄成龙[3]等研究了风冷式基站的节能策略,通过通风系统,利用室外冷空气将室内热量带走。基站空调系统形式多种多样,可以直接利用室外冷源,如直接引入新风式,利用板式换热器以及利用热管[4],其中直接引入新风换热效果好,但是洁净度差,维护费用高;后两者虽然换热效果没有第一种好,但是洁净度高,维护费用低,其中板式换热器初投资小,但是体积比较大,热管初投资比较大,但是结构紧凑,可以用在体积较小的房间。
本文主要研究围护结构保温性对各个气候区基站负荷的影响,并分析热管同常规空调系统相比用在基站时的节能潜力。本论文采用DeST软件研究不同气候和地域条件下,模拟了不同保温性能的维护结构下哈尔滨和广州两个地区的全年负荷水平,并计算了使用与不使用热管时的空调系统能耗,最后给出两地推荐的围护结构形式。
2 模型建立及模拟工况
××(长×宽×高)[5],如图1所示。室内无人员负荷,灯光负荷和湿负荷,只需考虑设备负荷。,室温全年控制在15-28℃。模拟的围护结构如表1所示。

图1 基站模型
模拟结果表明,基站的设备发热量在很大程度上影响围护结构的选择以及空调设备的能耗。通过对一些基站的实地调研,大多基站的室内设备发热量在3kW左右。因而,模拟计算中采用了2kW、3kW和5kW这三种水平的发热量,对应单位建筑面积的发热量分别为95W/m2、142W/m2和236W/m2。本文分析严寒地区的代表城市哈尔滨和夏热冬暖地区代表城市广州两个典型城市的基站围护结构以及空调系统的性能。在哈尔滨,比较了混砖24墙和100mm彩钢板两种围护结构;在广州,比较了混砖24墙和50mm彩钢板两种围护结构,以及遮阳和屋顶通风下对建筑冷负荷的影响。在这一基础上给出了常规分体空调方式以及采用热管空调方式下的能耗情况,模拟工况如表2所示。对于各种空调系统,COP设定如下,电加热按1计算,,热管COP和室内外温差有关,一般大于5℃时才能使用热管,当大于10℃时COP为13,小于10℃时COP=3+。
表1 各种围护结构的尺寸及传热系数
围护结构名称
结构尺寸