专利名称：无源提取浅层地能调节机房温度的装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种调节机房温度的装置，尤指一种利用烟囱效应不需额外能源的无源提取浅层地能调节机房温度的装置。
背景技术：
通讯技术的发展，越来越方便人们的沟通和生活。但组成通讯网络的基站电子设备仪器在运行的过程中都会放出大量的热量，而设备仪器对运行的温度和湿度都有很严格的环境要求(基站环境标准GB50174-93规定长年基站温度18°C ，才能正常运行的情况。否则无法保证设备稳定运行。)现行传统解决方案为采用安装2台空调来控制调节通讯基站机房温度。此方法能够很好的解决设备运行环境的问题，保证设备稳定运行。但空调的采购，安装，运行以及维护成本一直居高不下。基站空调的每月的耗电量就达到1857. 6度/月，折合成本1207. 44/ 月(与各个运营商统计数据基本相符)。此外空调相对于其他设备比较容易出现故障，给维护带来了很大的压力。为了降低能耗，现在也有一些人提出来采用直通风方案来对控制调节通讯基站机房温度。在机房内安装风机，依靠排除机房内热气来达到散热的效果。直通风方案确实能够有效的降低基站电力消耗，但散热效果很差，机房内温度一般都比室外高出5-10摄氏度， 并且不能加热，只能适用于温度不冷不热的地区，无法进行推广。组成通讯网络的基站，需要将天线安装到几十米的高度以覆盖周围区域，单管塔作为通讯天线的支撑结构，相比拉线塔以及格子塔具有安全，美观等优势，在通讯行业内逐渐普及。在地下5-10米左右的大地温度主要受地热影响，一般都维持在一个比较稳定的状态，受地表太阳辐射等温度变化影响不大。不管是夏天烈日炎炎，还是冬天寒风猎猎，地下5-10米的土壤都保持在15-20摄氏度之间。传统的提取浅层地能的办法都是通过压缩机强制液体媒介在预埋管道中循环流动，将机房中的热量带到大地中去，此办法需要消耗较多的电力能源，并且系统比较复杂， 维护压力大，不利于小站点大面积使用。
实用新型内容为解决上述问题，本实用新型的主要目的在于提供一种利用通讯基站支撑天线的单管塔的烟囱效应提供抽力，以能智能组织空气流动，并能提取大地浅层地能，以便在天热的时候给机房制冷，而在天冷时给机房供热，且不需要消耗电力等外界能源，从而智能调节机房温度，以保障机房设计稳定运行的方法及其装置。本实用新型之次要目的在于提供一种，能避免热交换装置中的U型管内冷凝水堵塞管道内空气流动的方法和装置。为达上述目的，本实用新型提供了一种无源提取浅层地能调节机房温度的装置，其包括用以产生烟 效应单管塔，该单管塔具有一个顶部出口及一个底部入口，该顶部出口与大气连通；机房热交换装置，该机房热交换装置包括一个机房入口及一个机房出口 ； 埋入浅层大地的热交换管道，该热交换管道具有一个热交换管道入口及热交换管道出口， 该热交换管道入口与大气连通；其中，该底部入口与机房出口连通、机房入口与热交换管道出口连通，以构成一个负压连通管道。其中该机房热交换装置为隔热密封的机房。该U型管道的底部为地热交换部，该地热交换部装埋于地下2-20米。该U型管包括至少一个作为主气流通道的外管，且该外管于底部内套设至少一根小口径的内套管，且该内套管口该外管的管壁具有一个距离。于该U型管底端设置有液体容置空间。在该热交换管道设置有以定期进行清除管内灰尘的热交换管预置拉线。该单管塔高度大于该热交换管道埋设于地下的作为热交换部位的管道的深度5 米以上。该单管塔表面设有利于吸收太阳能热量以对内部空气进行加热深色油漆层。另设有一个接受太阳光热量的集热棚，位于在单管塔入口和机房之间，且连通单管塔入口和机房的管道穿设于该集热棚以加热从机房流入单管塔的空气。该单管塔出口处安装有防止雨水进入单管塔的自然通风器。该单管塔安装于机房内而形成一体化通讯站点或是与机房分离，该单管塔与机房通过管道进行密封连接。埋入浅层大地的热交换管道靠近地表端出口管道上可包裹有以减少管道中空气的热量损失的隔热材料。埋入浅层大地的热交换管道的出口或者入口处可安装有电动风机。本实用新型的有益效果在于，本实用新型提供了一种无源提取浅层地能调节机房温度的方法，其利用单管塔烟囱效应形成的抽力，借助流道将外部空气首先与浅层大地进行热交换，然后流入机房进行与机房进行二次热交换，以自动调节机房温度。借此，该方案不需要外加电力就能够实现机房内温度自动调温。夏天制冷，冬天供热维持机房在适宜的范围之内；实现了绿色、低建造成本及智能调节的目的。该种调节机房温度的方法，是利用单管塔烟囱效应形成的抽力，组织外部空气流经埋入浅层大地的管道与大地进行热交换，然后流入机房进行与机房进行二次热交换，夏天制冷，冬天加热，自动调节机房温度，在单管塔上设置上出口和下入口，将机房密封隔热并且与单管塔下入口密封连接，安装埋入浅层大地的热交换管道，管道入口在室外，出口在机房内部；空气在机房内受设备加热以及进入单管塔后受太阳能照射受热后，内部空气密度降低，空气上升到单管塔出口流出系统；机房以及单管塔内空气流出引起机房内形成负压力，机房负压强制埋设管道外部空气沿着管道流入管道底部后从管道出口流出；空气从外部流入到管底的过程中，跟浅层大地进行热交换，夏天冷却(冬天加热)，冷却后的空气进入机房，使机房温度维持在一定的范围，整套系统不需要消耗电力等外界能源，不需要安装阀门或者机械电气设备，不需要人工进行干预操作，即可保证机房通风，并且根据不同季节以及室内外温度自动调节系统运行效率以及热交换方向，调节机房温度。[0026]经过计算和分析，单管塔高度必须大于浅埋地下管道深度5米以上，为20-60米， 并且刷深色油漆有利于吸收太阳能热量对内部空气进行加热，提高烟囱效应，加强空气流 动效率。装埋于地下的地热交換管道位于地下2-20米，其可根据单管塔高度以及当地气 候情况进行调整和选择。在埋入地下的管道靠近地表端出ロ管道上包裹隔热海绵，减少管道中空气的热量 损失。另外，可在单管塔入口和机房中间安装一个集热棚，集热棚接受太阳光热量后加 热从机房流入单管塔的空气，加速整个系统内空气流动，使机房内温度更加适宜。在单管塔出ロ处可安装自动通风器，自然通风器一方面可以根据防止下雨天进入 单管塔，同时也能提高单管塔抽カ，加速系统内空气流动。可以将单管塔安装在机房内形成一体化通讯站点，也可以将单管塔与机房分离， 通过管道进行密封连接，机房内空气经过管道流入单管塔。在埋入管道的出口或者入口处可安装电动风机作为备份方案，防止在机房或者单 管塔密封不严，无法形成负压强制空气经过地下进入机房时温度升高，影响设备正常运行。本实用新型还提供了一种解决地下U型管内冷凝水堵塞管道内空气流动的方法 和装置，在外管内套ー根小口径的内套管，一旦有冷凝水都聚集到外管上并流到管底，但内 套管空气然能够继续流通并逐步通过新空气流动带走蒸发的冷凝水积水。其含热交換管 内安装ー个小口径的内套管，内套管ロ处理成内壁突出于外壁，内套管口下安装垫圈以与 外管保持距离。另ー种解决冷凝水堵塞管道内空气流动的方法为，该地能交換装置为埋设于地下 的U型管，且该U型管道的底部为地热交換部，且该地热交換部设有容置冷凝水的空间。
图1 本实用新型利用烟囱效应提取浅层地能调节机房温度的示意图；图2 本实用新型中烟囱效应计算简图；图3 利用烟囱效应提取浅层地能调节机房温度实施例一；图4 利用烟囱效应提取浅层地能调节机房温度实施例ニ ；图5 本实用新型的热交換管内套管结构图A放大图；图6 图5B处局部放大图；其中1...单管塔2...密封隔热的机房3...机房设备4...浅层埋地热交換管道5...机房前室6...单管塔出ロ7...单管塔入ロ8...浅层埋地热交換管道入ロ9...浅层埋地热交換管道出ロ10...机房前室窗户以及空气过滤装置11...单管塔避雷针12...无线天线13...单管塔上人ロ14...单管塔工作平台[0050]15...自然通风器16...集热棚17...集热棚内加热管道 18...热交换管内套管19...热交换管预置拉线。
具体实施方式
本实用新型为巧妙利用现有的通讯设备所具有的单管塔，组织清洁空气流经浅埋地管道，机房然后从单管塔排出，根据室内外温度变化智能调节机房通讯设备温度环境。本实用新型阐明了一种利用通讯基站支撑天线的单管塔的烟囱效应提供抽力，智能组织空气流动，提取大地浅层地能，在天热的时候给机房制冷，在天冷时给机房供热，不需要消耗电力等外界能源，智能调节机房温度，保障机房设计稳定运行的方法。发明内容本实用新型方法为利用单管塔烟囱效应形成的抽力，组织外部空气流经埋入浅层大地的管道与大地进行热交换，然后流入机房进行与机房进行二次热交换，夏天制冷，冬天加热，智能调节机房温度，保障机房设备稳定运行。实现本方法最基本的三个构造部分为单管塔1，隔热密封的机房2，浅层埋地热交换管道4以及各个单元模块之间密封连接，参见见图1 为利用烟@效应提取浅层地能调节机房温度方法示意图。下面结合图1具体阐述本实用新型的构思，模型单管塔H = 35米，机房3x4x3米， 埋地管道深度Hl = 10米，按照夏天有太阳照射，夏天无太阳照射，冬天无太阳照射三种极端场景进行运行阐述和简要验证说明。场景一，夏天有太阳照射夏天中午时分，地表温度最高，太阳强度最大。这个时候机房内设备3加热机房内空气后流入单管塔，单管塔1吸收太阳热能，再次加热单管塔内部空气；热空气上升的烟囱效应使单管塔1底部入口 7形成负压；因为单管塔1与机房21密封连接，所以单管塔1底部入口 7压强等于埋地管道出口 9压强，以及出口 9压强小于入口 8压强；埋地管道出口 9 与入口 8之间的负压驱动外部空气从外室经过地下管道流入大地，并在管道底部与大地进行热交换冷却；冷却后的凉空气流入机房，给机房降温，带走热量后再从单管塔加热流出。为了方便计算，假设环境如下室外温度40摄氏度，室内温度25摄氏度(高于浅层地下温度5摄氏度)，地下温度20摄氏度，单管塔内空气经加热后温度为45摄氏度，计算如下 如图2所示，其为烟囱效应计算简图。空气流动速度计算单管塔为一垂直管道，高度为H，里面充满空气，管内温度为T，空气比重为、；管外空气温度为Ttl ；比重为γ ^ ；管道上端平面A-A平面，管道下端平面为B-B平面；向下作用在A-A平面上的压力为P1,向下作用在平面B-B上的压力为P2 ；向上作用在B-B平面上的压力为P。当管内温度等于管外温度，即T = Ttl时，Y = Y C1，管内外流体处于平衡状态，不产生流动，此时根据流体平衡方程有P = P2 = P^H γ = Pi+H γ 0因为管内由于设备间加热以及外部太阳能照射，温度高于管外，即T > Ttl，则因为[0067]P = P^H Y οP1 = P^H YY < Y0所以P > P21 P-P2 = (P1+!! Y0)- (Pi+H γ) = H(Y0-Y)实际上由于埋设在地下的管道也因为管道两侧空气温度不一样机房侧管道内空气密度大于外侧管道内空气密度，所以会损失H1(Ytl-Y)的压力。次场景下室内室外温度差要求大于单管塔室内外温度差，为简化计算，假设温度差相等，密度差一致，则得单管塔能够提供的抽力为P-P2 = (H-H1) X(Y0-Y)根据伯努利公司，为简化计算不考虑管内风阻力，则得
权利要求1.一种无源提取浅层地能调节机房温度的装置，其特征在于，其包括用以产生烟 效应单管塔，该单管塔具有一个顶部出口及一个底部入口，该顶部出口与大气连通；机房热交换装置，该机房热交换装置包括一个机房入口及一个机房出口 ；埋入浅层大地的热交换管道，该热交换管道具有一个热交换管道入口及热交换管道出口，该热交换管道入口与大气连通；其中，该底部入口与机房出口连通、机房入口与热交换管道出口连通，以构成一个负压连通管道。
2.根据权利要求1所述的无源提取浅层地能调节机房温度的装置，其特征在于，该机房热交换装置为隔热密封的机房。
3.根据权利要求1或2所述的无源提取浅层地能调节机房温度的装置，其特征在于， 该热交换管道为U型管道，该U型管道的底部为地热交换部，该地热交换部装埋于地下2-20 米。
4.根据权利要求3所述的无源提取浅层地能调节机房温度的装置，其特征在于，该U 型管包括至少一个作为主气流通道的外管，且该外管于底部内套设至少一根小口径的内套管，且该内套管口该外管的管壁具有一个距离。
5.根据权利要求1所述的无源提取浅层地能调节机房温度的装置，其特征在于，在该热交换管道设置有以定期进行清除管内灰尘的热交换管预置拉线。
6.根据权利要求3所述的无源提取浅层地能调节机房温度的装置，其特征在于，该单管塔高度大于该热交换管道埋设于地下的作为热交换部位的管道的深度5米以上。
7.根据权利要求1所述的无源提取浅层地能调节机房温度的装置，其特征在于，该单管塔表面设有利于吸收太阳能热量以对内部空气进行加热深色油漆层。
8.根据权利要求1所述的无源提取浅层地能调节机房温度的装置，其特征在于，另设有一个接受太阳光热量的集热棚，位于在单管塔入口和机房之间，且连通单管塔入口和机房的管道穿设于该集热棚以加热从机房流入单管塔的空气。
9.根据权利要求1所述的无源提取浅层地能调节机房温度的装置，其特征在于，该单管塔安装于机房内而形成一体化通讯站点或是与机房分离，该单管塔与机房通过管道进行密封连接。
10.根据权利要求1所述的无源提取浅层地能调节机房温度的装置，其特征在于，埋入浅层大地的热交换管道的出口或者入口处安装有电动风机。
专利摘要一种无源提取浅层地能调节机房温度的装置，其包括用以产生烟囱效应单管塔，该单管塔具有一个顶部出口及一个底部入口，该顶部出口与大气连通；机房热交换装置，该机房热交换装置包括一个机房入口及一个机房出口；埋入浅层大地的热交换管道，该热交换管道具有一个热交换管道入口及热交换管道出口，该热交换管道入口与大气连通；其中，该底部入口与机房出口连通、机房入口与热交换管道出口连通，以构成一个负压连通管道。该方案不需要外加电力就能够实现机房内温度自动调温，且利用了通讯机房现有的单管塔，实现了夏天制冷，冬天供热维持机房在适宜的范围之内；达到了绿色、低建造成本及智能调节的目的。
文档编号F24F13/30GK202101350SQ20112021723
公开日2012年1月4日 申请日期2011年6月24日 优先权日2011年6月24日
发明者陈华龙 申请人:陈华龙