相变热管制冷复合型空调机组在移动通信基站的应用

1、成果上报申请书成果名称相变换热技术在通信基站空调中的应用研究成果申报单位湖南省成果承担部门/分公司网络部项目负责人姓名项目负责人联系电话和 Email成果专业类别*其它所属专业部门*其它成果研究类别*其它省内评审结果*通过关键词索引（35个）相变技术空调能耗应用投资9万元产品版权归属单位对企业现有标准规范的符合度：（按填写说明5）如果该成果来源于研发项目，请填写研发项目的年度、名称和类型（类型包括：集团重 点研发项目、集团联合研发项目、省公司重点研发项目、其他研发项目），可填写多个：成果简介：通信仃业是一个咼耗能仃业，通信业每年消耗 200亿度以上的电能，各 种能耗费用超过100亿元人民币，其

2、耗电总量在各行业中排名第 14。我国目前有移动通 信基站大概有3540万个，同时随着3G网络的逐步建立，会建设更多的移动基站，在每 一个基站内都需标准配置空调。一个基站一年的空调耗电量大约是15000 kWh,就是说全部基站每年的能耗是60亿kWh而在基站全年能耗中，空调能耗比例最大，空调能耗 约占机房总能耗的45%左右，越向南方，比例越大。如何在保证现有工作效率的情况下，节约一部分基站耗能，成为通信运营商的一个 新的课题。针对通信基站的节能问题，湖南省娄底市移动通信公司联合湖南天泰恒信信息技术 有限公司、时代嘉华（中国）科技有限公司，提出了利用相变技术、热管换热的通信基 站降温节能解决方案，

3、研制了相变热管/制冷复合型空调机组。该产品能够有效地解决目前通信基站高能耗的现状，在保证现有基站机房工作温度的前提下，制冷节能约30%左右。该产品的应用，将大大改善目前通信基站的耗能现状，能够大量地减少基站降温方面的 能耗，并且由于换热技术的使用，降低了压缩机的启动次数，延长了空调机组使用寿命， 机房内温度的恒定，也大大延长了蓄电池的使用寿命，间接降低了维护工作量，节约了大量的人力物力。省内试运行效果：2009年10月开始，我司对娄底四中楼顶的一个通信基站使用相变热管/制冷复合型空调机组进行了改造和测试运行，测试数据如下：日期运行设备电表 读数室外温度室内温度记录时间功耗（KW/h）2009-

4、11-2467138-202414： 002009-11-253P柜机67418-202314： 00282009-11-26相变热管空调67528-202414： 00112009-11-273P柜机67816-222514： 00292009-11-28相变热管空调67873-62314： 0062009-11-293P柜机68094-102414： 00222009-11-30相变热管空调68143-82514： 0052009-12-13P柜机68353-72414： 00212009-12-2相变热管空调68413-62314： 006根据对上表的运行数据进行分析，我们可以得出在使用

5、相变热管/制冷复合型空调机 组后和传统空调的耗能对比以及相变热管/制冷复合型空调机组的实际节能效率（如下 表）:时间段3P柜机耗能KW/h相变空调耗能KW/h节能KW/h节能率%第一循环2009-11-25 至 2009-11-2628111760.71%第二循环2009-11-27 至 2009-11-282962379.31%第三循环2009-11-29 至 2009-11-302451979.17%第四循环2009-12-1 至 2009-12-22261672.73%总计四个循环，8天。103287572.82%测试结果:根据我们对中国移动通信湖南娄底分公司位于娄底四中楼顶的基站进行的

6、为期 八天的四次循环测试，普通 3P柜机总耗能103 KW/h、相变热管/制冷复合型空调机组 总耗能28 KW/h，相对普通3P柜机节约耗能75 KW/h，节能率在72.82%。结论:通信基站在使用相变技术改造后，能够大量地减少基站降温方面的能耗，并且由 于相变热管技术的使用，降低了压缩机的启动次数，延长了使用寿命，机房内温度的 恒定，也大大延长了蓄电池的使用寿命，间接降低了维护工作量，节约了大量的人力 物力。文章主体（3000字以上，可附在表格后）：相变热管/制冷复合型空调机组 在移动通信基站的应用通信行业是一个高耗能行业，通信业每年消耗 200亿度以上的电能，各种能耗费用 超过100亿元人

7、民币，其耗电总量在各行业中排名第 14。我国目前有移动通信基站大概 有3540万个，同时随着3G网络的逐步建立，会建设更多的移动基站，在每一个基站内 都需标准配置空调。一个基站一年的空调耗电量大约是15000 kWh,就是说全部基站每年的能耗是60亿kWh而在基站全年能耗中，空调能耗比例最大，空调能耗约占机房总 能耗的45%左右，越向南方，比例越大。如何在保证现有工作效率的情况下，节约一部分基站耗能，成为通信运营商的一个 新的课题。针对通信基站的节能问题，湖南省娄底市移动通信公司联合湖南天泰恒信信息技术 有限公司、时代嘉华（中国）科技有限公司，提出了利用相变技术、热管换热的通信基 站降温节能解

8、决方案，研制了相变热管/制冷复合型空调机组。该产品能够有效地解决目前通信基站高能耗的现状，在保证现有基站机房工作温度的前提下，制冷节能约30%左右。该产品的应用，将大大改善目前通信基站的耗能现状，能够大量地减少基站降温方 面的能耗，并且由于换热技术的使用，降低了压缩机的启动次数，延长了空调机组使用 寿命，机房内温度的恒定，也大大延长了蓄电池的使用寿命，间接降低了维护工作量， 节约了大量的人力物力。相变热管/制冷复合型空调机组产品的节能原理经过对目前各类节能型基站空调设备的技术方案的比较分析，湖南省娄底市移动通信公司联合湖南天泰恒信信息技术有限公司与时代嘉华（中国）科技有限公司提出一种 在高外温

9、时进行制冷循环运行，而在低外温时利用热管的自然循环降温的热管/制冷复合 型空调机组的技术方案。通俗地讲：针对目前的主流产品，在基站中能耗的指标除了通 讯设备的能耗外，最主要的能耗来自于空调，而空调压缩机的能耗是最关键的因素，有 效地减少压缩机的工作时间就可以大幅度地降低能耗。机组的结构本相变热管/制冷复合型空调机组的结构原理图如图2.1所示1高位机组；2 低位机组；7液体管电磁阀；8 压缩机；9 气体连接管；10冷凝器；11 液体连接管；12 节流装置；13 蒸发器；16 三通阀；17 气液分离器；18 高压储液器；19单向阀；20 热管支路；21 压缩机支路相变热管/制冷复合型空调机组由高位

10、机和低位机组成，二者之间通过液体连接管和 气体连接管连接成一个整体。其中，高位机中内置冷凝器和储液器，低位机内置液体管 电磁阀，压缩机，节流装置，蒸发器，三通阀，气液分离器和单向阀等部件。高、低位 机组通过液体连接管和气体连接管相连，其中液体连接管将冷凝器的出口和蒸发器的入 口相连，其上还串接储液器以及并联的节流装置和电磁阀；气体连接管尺寸较大，连接 了蒸发器的出口和冷凝器的入口，在近蒸发器部分，气体连接管分为热管支路和压缩机 支路，其中压缩机制冷支路串接着单向阀，气液分离器和压缩机，两条支路经过三通阀 处合并为一路。机组具备两种循环模式，当三通阀连通压缩机支路时，压缩机，冷凝器，储液器， 节

11、流装置，蒸发器和气液分离器构成蒸气压缩制冷循环，当三通阀连通热管支路时，蒸 发器，冷凝器，储液器和液体管电磁阀构成热管自然循环。机组的工作原理相变热管/制冷复合型空调机组主要有两种工作模式，即制冷模式（制冷循环）和热 管模式（自然循环），如图2.2所示。根据室内外温度和室内负荷情况，机组选择性的 运行于制冷模式或热管模式，在保证室内降温要求的前提下达到节能运行的目标，两种 模式的工作原理具体阐述如下：（1）制冷模式（2 ）热管模式图2.2热管/制冷复合型空调机组的两种工作模式（1）制冷模式当室内负荷较大，相变热管模式无法达到足够的降温效果时，机组将切换至制冷模 式，此时，热管支路闭合，制冷支路

12、开启，电磁阀闭合，压缩机，冷凝器，储液器，节 流阀，蒸发器和气液分离器构成一个蒸气压缩式制冷循环回路。制冷模式下机组的工作原理与一般的机房专用机相同，制冷剂在蒸发器内吸热蒸发, 吸收室内多余的热量气化，压缩机不断抽吸这部分蒸气并将其压缩为高温高压气体，使 其在冷凝器中冷凝放热，将蒸发器吸收的热量和压缩机做功转换的热量都散发到室外， 冷凝后的制冷剂通过节流阀又返回蒸发器。循环反复进行，室内的热量不断被传送到室 外，由此达到室内空间的降温冷却效果。在制冷模式下，驱动热量传递的动力源为压缩机，压缩机的驱动电机将消耗大量的 电能，同时为保证换热效果，蒸发器和冷凝器的风扇一般全速运转，这两者也将消耗一

13、定的电能，所以制冷模式的输入功率相对较大，能耗较高。（2）相变热管模式相变热管模式是本机组的节能运行模式，当室外温度降到足够低时，机组的相变热 管支路开启，制冷支路关闭（压缩机关闭），电磁阀开启（节流阀被短路），蒸发器和 冷凝器构成相变热管自然循环回路，机组将进入相变热管模式运行。在相变热管模式下，受重力作用，液态制冷剂大量聚集于低位机的蒸发器中，由于 机组内部的压力较低，在室内温度下，蒸发器内的液态制冷剂就能以一定的速率吸热蒸 发，气态的制冷剂受压差驱动上升至冷凝器。由于冷凝器所处的室外环境温度较低，温 度相对较高的气态制冷剂在此冷凝放热，将从蒸发器吸收的热量释放到室外空间，制冷 剂的冷凝液

14、则在重力作用下回流到蒸发器，完成一个相变热管自然循环。只要室外温度 足够低，室内外温差保持在一个范围内，制冷剂的自然循环便会持续进行，将室内热量 源源不断的传至室外。在相变热管模式下，整个机组的能耗部件仅仅为蒸发器和冷凝器风机，由于压缩机 不投入运行，该模式的输入功率相比制冷模式削减了一大半。另一方面，当室外温度越 低时，相变热管模式的散热量越大，而室内负荷却越小，此时机组调小室内外风机转速 也可满足降温要求，从而使得风机的能耗得以压缩，进一步增强了相变热管模式的节能 潜力。制冷循环与自然循环的转换原理分析上述的机组制冷循环与自然循环的工作原理可知，单独的制冷循环和自然循环 分别对应于蒸气压缩

15、制冷技术和分离式热管技术，两者都具备相对成熟的研发和制造基 础。而本相变热管/制冷复合型空调机组最大的特点和贡献就是将这两种技术有机融合， 实现本机组制冷模式与相变热管模式的自动切换是本产品的核心问题之一，同时也是技 术难点之一。如何以较低的成本和较高的质量解决好这个问题是实现系统节能、降低压缩机组成 本、提高机组可靠性和竞争力的重要手段和措施。为此，经过仔细分析目前技术的特征和产品的要求，我们提出了一种自力式三通阀 技术方案并经过改良，经过数万次的换向实验证明，该三通阀很好地解决了制冷循环与 自然循环的自动转换难题。相变热管/制冷复合型空调机组的特点和优势由上文所述的相变热管/制冷复合型空调

16、机组的结构和工作原理， 总结本机组相比于 常规机房专用机的特点和优势如下：1）机组采用自力式三通阀作为制冷和相变热管模式的切换部件， 攻克了本机组模式 切换的难题。相比常规的电磁阀和四通阀，该三通阀无需外部作用力，结构简单，性能可靠。机组采用该阀作为切换部件，不仅简化了机组结构，还减少了易损部件，降低了 机组的故障率，提高了机组的可靠性。2）由于相变热管模式和制冷模式所需的制冷剂充注量不同，如何平衡这两者的矛盾, 同时优化两种模式下的机组能效比，无疑是提升机组整体性能的关键，本机组采用高压 储液器突破了这个瓶颈。该储液器设置于冷凝器出口，可存贮自然循环与制冷循环所需 制冷量的差额。当机组运行于

17、自然循环时，所有制冷剂都参与循环，而在制冷循环时， 部分制冷剂存于储液器中，只有剩余的制冷剂参与制冷循环，从而使得自然循环和制冷 循环都处于高效运行，并延长了自然循环的运行时间，充分发挥了机组的节能潜力，提升了节能效果。3）当机组运行于相变热管模式时，气态制冷剂可能会从相变热管支路进入到压缩机 的进出口管道，当压缩机开启时，存在油击和液击的隐患。为解决这一问题，机组在压 缩机支路上设置了气液分离器和电磁阀，从而有效防止自然循环时气态制冷剂进入压缩 机，使其能够安全启动，避免出现液击或油击现象，保证了压缩机的安全运行，提高了 机组的整体安全性。综上所述，本相变热管/制冷复合型空调机组通过部件和结

18、构的改进，技术和工艺 的创新，解决了诸多难题，将蒸汽压缩制冷循环和相变热管自然循环这两种模式有机的 融合在同一个机组载体之上，使一个机组兼具两种运行模式。机组在不同的外界条件下 可自如的切换运行于对应的模式，扬长避短，充分发挥制冷模式制冷量大和热管模式节 能性优的特点，实现了机组安全可靠，节能环保的最优融合。实际运行节能效率2009年10月开始，我司对娄底四中楼顶的一个通信基站使用相变热管 /制冷复合 型空调机组进行了改造和测试运行，测试数据如下：日期运行设备电表 读数室外温度室内温度记录时间功耗（KW/h）2009-11-2467138-202414： 002009-11-253P柜机674

19、18-202314： 00282009-11-26相变热管空调67528-202414： 00112009-11-273P柜机67816-222514： 00292009-11-28相变热管空调67873-62314： 0062009-11-293P柜机68094-102414： 00222009-11-30相变热管空调68143-82514： 0052009-12-13P柜机68353-72414： 00212009-12-2相变热管空调68413-62314： 006根据对上表的运行数据进行分析，我们可以得出在使用相变热管/制冷复合型空调机 组后和传统空调的耗能对比以及相变热管/制冷复合型

20、空调机组的实际节能效率（如下 表）：时间段3P柜机耗能KW/h相变空调耗能KW/h节能KW/h节能率%第一循环2009-11-25 至 2009-11-2628111760.71%第二循环2009-11-27 至 2009-11-282962379.31%第三循环2009-11-29 至 2009-11-302451979.17%第四循环2009-12-1 至 2009-12-22261672.73%总计四个循环，8天。103287572.82%测试结果：根据我们对中国移动通信湖南娄底分公司位于娄底四中楼顶的基站进行的为期八天的四次循环测试，普通 3P柜机总耗能103 KW/h、相变热管/制冷

21、复合型空调机组 总耗能28 KW/h，相对普通3P柜机节约耗能75 KW/h，节能率在72.82%。结论：通信基站在使用相变技术改造后，能够大量地减少基站降温方面的能耗，并且由于相变热管技术的使用，降低了压缩机的启动次数，延长了使用寿命，机房内温度的恒定，也大大延长了蓄电池的使用寿命，间接降低了维护工作量，节约了大量的人力 物力。“成果上报申请书”的填写说明：1、 “成果专业类别”指：核心网、无线、传输、IP、网管、业务支撑、管理信息系 统、市场研究、通信电源、数据业务、其他。2、“成果研究类别”指：超前研究、新产品开发、相关网络解决方案、现有业务优化、其他3、“所属专业部门”指：完成该成果的单位在省公司或地市分公司所属的专业部门 线条。可填写：规划计划线条、网络线条、业务支撑线条、管理信息系统线条、数据线 条、市场线条、集团客户线条、其他。4、“省内评审结果”指：优秀、通过。5、“对企业现有标准规范