1、通信用相变材料温控机柜 第 1 部分 通信用相变材料户外机柜 Controlled temperature cabinet based On PCM for telecommunication Part 1：Outdoor cabinet based on PCM for telecommunication 通信标准类技术报告 YDYDB 052.12010ICS29.200 M 41 备案号： 2010 09 - 29 印发中国通信标准化协会 YDB 052.12010 I 目 次 前 言 . 1 范围 . 1 2 规范性引用文件 . 1 3 术语和定义 . 1 4 产品组成 . . 2 5
2、 使用条件 . . 2 6 要求 . 2 7 试验方法 . 3 8 检验规则 . . 5 9 标志、包装、运输、 贮存 5 附录 A（资料性附录）通信用相变材料户外机柜介绍 .7 附录 B（资料性附录）通信用相变材料户外机柜测试情况介绍 .10 YDB 052.1 2010 II 前 言 本项技术标准将推进通信用相变材料温控机柜的产业化进程，促进企业技术进步，提高产品质量，有利于产品的规范，有利于产品应用，更有利于引导行业产品的发展方向。 为适应信息通信业发展对通信标准文件的需要，在工业和信息化部统一安排下，对于技术尚在发展中，又需要有相应的标准性文件引导其发展的领域，由中国通信标准化协会组织
3、制定“通信标准类技术报告”，推荐有关方面参考采用。有关对本技术报告的建议和意见，向中国通信标准化协会反映。 通信用相变材料温控机柜分为 2 个部分： 第 1 部分：通信用相变材料户外机柜； 第 2 部分：相变材料蓄能空调系统。 本部分为通信用相变材料温控机柜的第 1 部分。 本技术报告的附录A、附录B为资料性附录。 本技术报告由中国通信标准化协会提出并归口。 本技术报告起草单位：中讯邮电咨询设计院有限公司、上海凌御电气有限公司、中国移动通信集团公司、中国电信集团公司、工业和信息化部电信研究院. 本技术报告主要起草人：王殿魁、吴建国、高健、侯福平、魏巍、杜翛、贾骏。 YDB 052.12010
4、1 通信用相变材料温控机柜 第 1 部分：通信用相变材料户外机柜 1 范围 本技术报告规定了通信用相变材料户外机柜（以下简称为“相变机柜”）的组成、要求、试验方法、检验规则、标志、包装、运输和储存。 本技术报告适用于采用相变点 29的相变材料的户外机柜，其主要应用于户外通信电池柜等。 2 规范性引用文件 下列文件中的条款通过本技术报告的引用而成为本技术报告的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本技术报告，然而，鼓励根据本技术报告达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本技术报告。 GB/T 191
5、包装储运图示标志 GB/T 2828.1-2003 计数抽样检验程序第 1 部分：按接收质量限（AQL）检索的逐批检验抽样计划 GB/T 3873 通信设备产品包装通用技术条件 GB 4943-2001 信息技术设备的安全 YD/T 122-1997 邮电工业产品铭牌 YD/T 1537-2006 通信系统用户外机柜一般要求。 3 术语和定义 下列术语和定义适用于本标准。 3.1 相变 Phase change 物质存在的形态通常有固、液、气三种，被称之为三相。不同相之间的相互转变被称为相变。相变过程中常伴有吸热或放热以及体积突变。 3.2 相变材料 Phase change material
6、（PCM） 泛指有大量溶解潜热的物质，该物质在其典型相变点溶解温度时可以用于被动存储和释放能量。 3.3 通信用户外机柜 Outdoor cabinet for telecommunications 通信用户外机柜指安装在室外的具有一定防护等级的通信机柜，机柜内部安装有通信设备，符合 YD/T 1537-2006 的要求。 3.4 相变材料户外机柜 Outdoor cabinet based on PCM 安装有相变材料的通信用户外机柜。通过柜内的温控器、风扇和相变材料，实现柜内的 温度控制。 注：相变材料户外机柜和测试情况的介绍参见附录 A 和附录 B。 YDB 052.1 2010 2 4
7、 产品组成 相变机柜主要由隔热机柜、相变材料、控制器、风扇等组成。 5 使用条件 5.1 基本工作条件 应符合 YD/T 1537-2006 的要求。 5.2 环境温度 工作温度范围：10 45。 5.3 电源 5.3.1 交流电源 电压：22020%。 频率：50 2Hz。 5.3.2 直流电源 额定电压+24V 时，电压变化范围为：20V 29V。 额定电压为- 48V 时，电压变化范围为：- 40V -58V。 6 要求 6.1 结构要求 6.1.1 防护等级：不低于 IP44。 6.1.2 所有结构件在喷涂以前应进行相应的防腐处理，以满足长期室外使用的需要。 6.1.3 结构组装后应整
8、洁、美观，各焊口应无裂纹、烧穿、咬边、气孔、夹渣等缺陷，接地处应有明显的标记。 6.1.4 各紧固件联接应牢固、可靠，所有紧固件应具有防腐蚀镀层或涂层。紧固联接必须采取防松措施。对于既作联接又作导电用的零件，必须采用铜质材料。 6.1.5 结构各结合处及门的缝隙应均匀，门的开启、关闭应灵活自如，锁紧可靠。门的开启角度不小于 90。 6.2 技术要求 6.2.1 温度控制功能 在环境温度低于 27时，风扇运行，散去通信设备产生的热量，使 PCM 蓄冷；在环境温度超过 27时，风扇停止运行，利用 PCM 的潜热来吸收通信设备产生的热量，使相变机柜内部的温度保持在 32以下；当柜内温度低于 20时，
9、风扇停止运行，以防止柜内温度过低；当柜内温度超过38时，风扇运行，散去柜内积聚的热量。 6.2.2 隔热性能 在起始温度 22 是，把完全凝结的 PCM 板放入相变机柜，然后把相变机柜在环境温度 42的环境中放置 12h，机柜内部的温度应低于 32。 6.2.3 高温性能 在起始温度 22时，把完全凝结的 PCM 板放入相变机柜，然后把相变机柜在环境温度 45环境中放置 8h，机柜内部的温度应低于 32。 6.2.4 低温蓄热性能 在起始温度 32时，把完全液态的 PCM 板放入相变机柜，然后把相变机柜在环境温度 22的YDB 052.12010 3 环境中放置 10h，机柜内部的温度应低于
10、28，并且 PCM 应能固化凝结。 6.2.5 周期性热交换性能 在起始温度 22时，把完全凝结的 PCM 板放入相变机柜，然后把相变机柜在表 1 所示的环境温度中 24h 持续正弦变化，变化范围在（18 40），机柜内部的温度应低于 32。 6.2.6 抗辐射性能 在起始温度 22时，把完全凝结的 PCM 板放入相变机柜，然后把相变机柜在环境温度 36、总辐射量为 8.96kWh/m2的环境下保持 10h，机柜内部的温度应低于 32。 7 试验方法 7.1 温度测量精度 测试环境温度的温度允差1。 相变机柜的温度控制允差1 。 7.2 温度变化速率 测试箱内部温度变化速率按下面其一进行设定：
11、 a）直接设定温度到指定值； b）以 1 /min 变化量渐变到指定值。 7.3 温度测量点的位置 测量点的位置如图 1 所示，测量点 1 在柜体外表面测量机柜外壳的温度，测量点 2 在机柜内上部，测量点 3 在机柜内下部，测量点 4 在测试箱内测量机柜的环境温度。温度探头不得接触被测物体表面，与被测物体应保持（1020）mm 的距离。 图 1 测量点的位置图 7.4 温度测量值 内部的温度测量值采用平均值计算。 7.5 高温初始温度 柜体内外表面温度达到所要求的温度，PCM 板内部呈现液态。 7.6 低温初始温度 YDB 052.1 2010 4 柜体内外表面温度达到所要求的温度，PCM 板
12、内部呈现结晶固态。 7.7 等效热源 用等效的灯泡或发热电阻替代。 7.8 温度正弦周期变化 等效的温度时间表格见表 1。 表 1 温度正弦周期变化表 时间 h 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 温度 29 31.8 34.5 36.7 38.5 39.6 40 39.6 38.5 36.7 34.5 31.8时间 h 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 温度 29 26.2 23.5 21.2 19.5 18.4 18 18.4 19.5 21.2 23.5 26.27.9 温度的采样频率 采用温度记录仪，设定为 15 分钟采样一次。
13、7.10 试验条件 将无包装、不通电的试验样品，在“准备使用”状态下，按其正常工作位置，或按有关标准规定的状态放入试验箱（房）的工作空间内。如果需要配安装架时，样品架的热传导系数应尽可能低，使试验样品达到基本绝热状态。 7.11 试验仪器 要求同时记录四个测量点的温度值，每天至少整点记录 24 组 4 个测量点的温度数据，精度0.5。 7.12 结构检查 目测检查相变机柜的结构，应符合 6.1 的要求。 7.13 温度控制功能试验 调整相变机柜的环境温度（即测试箱内的温度）为 26，检查相变机柜上的风扇是否启动运行；调整相变机柜内部温度为 40，检查风扇是否启动运行；调整调整相变机柜的环境温度
14、（即测试箱内的温度）至 28，检查风扇是否停止运行；调整相变机柜内部温度为 19，检查风扇是否停止运行；调整相变机柜内部温度为 38，检查风扇是否停止运行；试验结果应符合 6.2.1 要求。 7.14 隔热性能试验 先把完全凝结的 PCM 板放入相变机柜，在 22环境下保存 1h，然后放置在内部温度为 42的测试箱中，保温 12h；试验结果应符合 6.2.2 要求。 7.15 相变机柜的高温性能试验 先把完全凝结的 PCM 板放入相变机柜并在 22环境下保存 1h，然后放置在内部温度为 45的测试箱中，保温 8h；试验结果应符合 6.2.3 要求。 7.16 低温蓄热性能试验 先把完全熔解的
15、PCM 板放入相变机柜并在 32环境下保存 1h，然后放置在环境温度内部温度为 22的测试箱中，保持 10h；试验结果应符合 6.2.4 要求。 7.17 周期性热交换性能试验 先把完全凝结的 PCM 板放入相变机柜并在 22环境下保存 1h，然后放置在温度变化范围为（18 40）的测试箱中，温度 24h 持续正弦变化，保持 72h（3 个交变周期）；试验结果应符合 6.2.5要求。 7.18 抗辐射性能试验 YDB 052.12010 5 先把完全凝结的 PCM 板放入相变机柜并在 22环境下保存 1h，然后放置在温度 36的测试箱中，同时保持总辐射量为 8.96kWh/m2,保持 10h；
16、试验结果应符合 6.2.6 要求。 8 检验规则 8.1 检验分类 检验分出厂检验和型式试验。 8.2 出厂检验 出厂检验分全检和抽检两种方式，任选一种： 全检应按表 2 中检验项目进行逐项检验； 按 GB/T 2828.1-2003 表 2 中一般检查水平，抽样方案按 GB/T 2828.1 表 3 正常检查，产品质量以不合格表示，产品的不合格判定分 B 类和 C 类。 8.3 型式试验 型式试验一般（12）年进行一次，有下列情况之一时应进行检验： 新产品投产； 产品结构、工艺配方或原材料有重大变更时； 转厂试制的产品； 用户提出要求时。 表2 检验项目及判定 不合格类型 出厂检验 序号 项
17、 目 B C 全检 抽样型式 检验 要 求 试验方法1 结构 6.1 7.12 2 温度控制功能 6.2.1 7.13 3 隔热性能 6.2.2 7.14 4 高温性能 6.2.3 7.15 5 低温蓄热性能 6.2.4 7.16 6 周期性热交换性能 6.2.5 7.17 7 抗辐射性能 6.2.6 7.18 9 标志、包装、运输、贮存 9.1 标志 9.1.1 产品标志 在产品的适当位置必须有标志，其内容应符合有关国标、行标规定： 产品铭牌的内容、外观、性能应符合 YD/T 122-1997 标准的规定； 安全标识应符合 GB 4943-2001 标准中 1.7 的要求。 9.1.2 包装
18、标志 产品包装上应有标志并符合 GB/T 191 的规定。 9.2 包装 产品包装应防潮、防振，并应符合 GB/T 3873 规定。 产品随带文件： a） 产品合格证； b） 产品说明书； c） 装箱清单； YDB 052.1 2010 6 d） 其他技术资料。 9.3 运输 产品在运输中，应有遮篷，不应有剧烈振动、撞击等。 9.4 储存 产品储存应符合 GB/T 3873 的规定。 YDB 052.12010 7 附 录 A （资料性附录） 通信用相变材料户外机柜介绍 A.1 相变材料简介 目前全世界范围内使用的相变材料可分为有机（Organic）和无机(Inorganic) 相变材料，亦可
19、分为水合（Hydrated）相变材料和蜡质(Paraffin Wax)相变材料。由于蜡质类相变材料成本较高，因此水合无机类相变材料成为相变材料产业的发展趋势。 A.1.1 外观 在溶点时呈现白色结晶固体或清晰的乳白色的液体。 A.1.2 潜热容量 相变材料 PC29 的溶点为 29,溶解潜热为 187kJ/kg。 A.1.3 稳定性 国际权威检测机构（ZAE Bayern）通过多种相变循环过程测试，确认 PC29 具备长期的稳定性。 A.1.4 材料的封装 相变材料封装在高强度的聚乙烯壳体内，可以适应任何几何形状的应用需求。建议使用标准的板式封装。 A.1.5 安全性 相变材料是无机物和增稠剂
20、的混合物，经上海市质量监督检验技术研究院测试认证，具有无毒、无污染、非易燃特性，不会对周围环境造成任何有害的影响。 A.1.6 使用寿命 十年以上或不低于 5000 次循环。 A.1.7 有机和无机相变材料的性能对比 稳定性：有机相变材料中添加了有机物成分，长期的使用性能不够稳定，不能满足工业长期运行的需要。 潜热量：有机相变材料的潜热没有无机相变材料的大，使用过程会占用更大的空间。 易燃性：因为很多有机材料都具有一定的非阻燃性，特别是一些材料里面含有蜡质，没有阻燃性。而无机类相变材料都是无机盐类的物质，具有良好的阻燃性。 价格：目前各种相变材料因为生产厂家很少，能够进入商业应用的更少，有机和
21、无机的价格差别不大。 A.2 工作原理 统计资料表明，电子元器件温度每升高 2，可靠性将下降 10%；温升 50时的寿命只有温升YDB 052.1 2010 8 25时的 1/6。阀控式密封铅酸蓄电池理想的工作温度范围是 20oC25oC，在较冷的温度下工作会缩短放电时间，在较高温度下工作则会缩短电池寿命和增加热失控的可能。环境温度高于 25oC 时每提高10oC 蓄电池寿命就会缩短 50%。 利用相变材料在发生相变时吸收潜热的特性，在通信机柜中安装一定数量的相变材料模块，并配合进风/排风扇和相应的监控装置。当监测到机柜外环境温度较低时（低于相变温度且符合设备运行温度要求），控制通风系统将室外
22、的冷能量输入机柜，一方面将机柜内的设备冷却，另一方面将冷能量储存在相变材料中；当监测到机柜外环境温度较高时（高于相变温度），控制通风系统停止工作，利用相变材料储存的冷能量释放，实现机柜内部温度控制，保证了设备运行温度环境。相变材料本身免维护，达到了节能和提高可靠性的目的。 图 A.1 机柜运行时内外温度的变化 A.3 典型系统结构 相变材料户外机柜的主要组成部分有：相变材料板、进风装置、出风装置、温度控制器、机柜。 相变材料户外机柜采用整体焊接式双层结构。在综合分析辐射、传导、对流等热传递方式的基础上，确定了 PC29 的重量为 20kg。为了保证 PCM 板的对流热阻最小，使 PCM 散热高
23、效，机柜的通风采用下进上出的方式，PCM 的固定采用倾斜式 15安装。 图 A.2 相变材料户外机柜 YDB 052.12010 9 A.4 关键技术 本产品采用无源蓄冷技术，在户外机柜内安装相变材料板，利用相变材料的潜热，实现低温时蓄冷、高温时吸收电子设备的热损耗。户外机柜采用上下通风的方式，在夜间或低温时启动通风设备，使机柜内发热部件及 PCM 散热，同时使 PCM 蓄冷。白天或高温时通风设备关闭，PCM 通过机柜内部的热导和对流吸收内部设备的热损耗，最终达到有效控制户外机柜内部温度的目的，提高机柜内电子设备或蓄电池的寿命，对电子设备可靠性的提高也具有重要的意义。YDB 052.1 201
24、0 10 附 录 B （资料性附录） 通信用相变材料户外机柜测试情况介绍 通过对相变材料户外机柜进行长时间的实际运行测试，收集机柜的相关温度数据，验证PCM 户外机柜的热设计，从而为PCM 户外机柜对蓄电池的寿命影响及电子设备的可靠性分析提供依据。 B.1 测试仪器 采用高能电池供电的温度记录仪采集相关点的温度数据，温度记录仪无需外部电源，整机功耗小，可连续工作1年以上（视工作情况而定）。测试要求同时记录四个温度传感器的数据，每天至少整点记录24组4个温度测点的数据。温度记录仪型号为ZDR-41，具体参数如下： 测量范围：-40100； 精度：0.5 ； 记录容量：3712组； 记录间隔：2秒
25、24小时连续可调； 通道数量：4； 通讯接口：RS-232 或USB 。 B.2 试验机柜参数 为了验证通信用PCM户外机柜的热性能及在我国不同地区的运行效果，在相关移动公司的配合下于2007年8月和9月分别在河南许昌户外和四川乐山移动某基站进行了室外运行测试，两地机柜的参数、温度测试点及其数据如下： a）2007年8月份在河南许昌进行室外温度测试的机柜参数如下： 机柜尺寸：1000（H）800（W）600（D）； PCM重量：24.2kg； PCM板安装方式：垂直安装； 通风孔设置：下进上出； 机柜安装：无遮阳； 温度采样频率：每15分钟一次。 图B.1 相变通信用户外机柜 YDB 052.
26、12010 11 b）2007年9月份在四川乐山移动某基站进行室外温度测试的机柜参数如下： 机柜尺寸：1100（H）500（W）600（D）； PCM重量：22kg； PCM板安装方式：垂直安装； 通风孔设置：下进上出； 机柜安装：三角架安装，带遮阳篷； 温度采样频率：每小时一次。 B.3 许昌户外机柜测试数据 在许昌对PCM户外机柜的热性能进行测试，验证该机柜的综合热性能设计。机柜放置在建筑物的房顶，露天放置，温度测试点分别包括机柜外壳的表面温度、机柜周围的空气温度、蓄电池周围的温度及PCM板周围的温度，其典型高温天气下的温度曲线如图B.2所示。 PCM户外机柜温度-时间曲线0.010.02
27、0.030.040.050.01 21 41 61 81 101 121 141 161 181 201 221 241 261 281时间温度机柜表面温度 环境温度 机柜蓄电池周围温度 机柜PCM板 周围温度图B.2 8月24日26日温度- 时间曲线 B.4 乐山移动某基站户外测试数据 测试目的在于通过在户外基站中的真实运行及与类似机柜的温度对比，得到PCM户外机柜与普通户外机柜热性能的对比效果。 测试点分别包括：机柜周围的环境温度、机柜内蓄电池周围及PCM周围的温度、对比蓄电池机柜内的温度。其典型高温天气下的温度曲线如图B.3所示。 机柜温度-时间曲线0510152025303540135
28、79113151719212325272931335373941434547495153557596163656769 71时间温度机柜内温度 机柜表面温度 对比机柜内温度 机柜内PCM板温度YDB 052.1 2010 12 图B.3 9月18日20日温度- 时间曲线 B.5 数据分析 B.5.1 高温数据 从许昌 PCM 户外机柜的温度数据来看，外壳温度最高为 43，同日最高环境温度为 35.5，机柜内最高温度为 31.9。PCM 户外机柜内的温度得到大幅度抑制，显示了机柜内 PCM 无源蓄冷的作用。 由于9 月份乐山环境温度已开始降低，外壳温度最高为38.2，同日 PCM户外机柜内最高温
29、度为26.3，对比蓄电池机柜内的最高温度为35.8。该测试显示了PCM 机柜的温度抑制特性，如果环境温度高于实际运行温度的话，该机柜将会显示出更好的对比效果。 B.5.2 低温温度数据分析 B.5.2.1 连续的低温情况 连续低温的温度记录-2024681012141 12 23 34 45 56 67 78 89 100 111 122 133 144 155 166 177 188时间 2008年1月18 -24日 单位：15分钟温度 单位：度机柜内部电池中间 机柜外部 旁边主机柜内图B.4 2008年1月17日24日的连续低温 在连续的低温开始阶段，机柜内的温度比环境温度要高（68），使
30、机柜内的温度保持在10左右。在连续多天的低温后，又加上强力低温才使机柜内的最低温度瞬间达到4，这时环境温度已经低于零下2了，而且随着环境温度的回升，机柜内的温度也很快回升了。 结论：相变材料机柜在四川罕见的连续低温情况下，能使蓄电池保持在正常的工作温度。 B.5.2.2 交变低温的情况 交变低温-202468101214161 9 17 25 33 41 49 57 65 73 81 89 97 105 113 121 129 137时间 2008年1月30日2月4日 单位：15分钟温度单位：度机柜内部电池中间 机柜外部 旁边主机柜内图B.5 2008年1月30日2月4日的交变低温 YDB 0
31、52.12010 13 在交变的低温中，机柜内的温度变化比较小即使在环境温度突然降低到低于0时，内部的温度也保持在5以上。 结论：相变材料机柜在交变的低温环境中，性能更加优良，使蓄电池保持在正常的工作温度里，并且温度变化很小。 此次在四川移动户外基站运行的相变材料机柜，在环境温度低于10时，通风仍然运行。如果在环境温度低于10时，关闭通风，内部的温度就可以保持10以上，满足系统的低温运行要求。 B.6 测试结论 户外机柜运行温度环境包含太阳辐射、环境温度、风速等条件引起的机柜热效应，运行显示，通信用PCM户外机柜具有良好的热性能，机柜内部的温度完全可以满足蓄电池及电子设备的运行要求。不仅可以延长设备的寿命，而且由于设备的运行环境温度得到有效控制，其可靠性也将大大提高。
