一、系統熱設計關鍵設計步驟

　　1）根據系統功耗、應用環境等确定适當的散熱（加熱）方式

　　室内、室外型設備；環境溫度高低；對散熱方式的要求等，确定産品的基本散熱方式。

　　2）系統風道設計

　　合理分配系統氣流，确定進出風口的位置、面積，選用風扇的數量及型号等。需要考慮機櫃系統的配置和機房的散熱方式。

　　3）單闆和關鍵器件溫度分析

　　根據風道流場分布、風道溫度分布和芯片/散熱器熱性能參數，保證關鍵單闆和器件應具有散熱的可能性。

　　4）産品構成模塊的散熱分析

　　在系統散熱條件下，分析通過産品構成模塊的流量/流速是否滿足規格要求。

　　5）散熱系統保障性分析

　　對于以風扇進行空氣驅動的強迫風冷散熱系統，需要通過分析确定：風扇單元中單風扇故障情況下關鍵器件的溫度能否保證在長期工作條件下小于安全溫度上限。同時需要評估風扇單元的維護安全性。

　　6）散熱噪聲預計分析

　　根據散熱系統的風扇數量和型号，預估系統的散熱噪聲，評估散熱噪聲是否能夠滿足規格要求，已經可能的降噪措施分析。或以噪聲達标為條件，約束系統散熱能力。

　　二、通信産品熱設計适用的主要标準

　　GR63《NEBS Requirements: Physical Protection》

　　GR487《CORE Issue 2_Outdoor_cabinet》

　　GR3108《Generic Requirements for Network Equipment in the Outside Plant (OSP)》

　　GR3028《ThermalManagement In Telecommunications Central Offices:》

　　EN300019 －1/-2

　　EN300119 05

　　ETSI 300 019 ETSI環境測試條件标準

　　ETSI 300 119-5 Europeantelecommunication standardfor equipment practice; Part 5:Thermal management

　　ETS 300 753 Acoustic noise emittedby telecommunications equipment

　　GR-63-CORE Physical Protection

　　GR-3028-CORE Thermal Management InTelecommunication Central Offices

　　GB/T 31845-2015 電工電子設備機械結構 熱設計規範三、系統運行環境和規格 1目标市場的産品運行環境條件

　　1.1溫度和濕度範圍

　　1.2海拔條件

　　1.3太陽輻射條件

　　1.4其它條件（防火、凝露、噪聲等）

　　2 産品單闆及配置功耗

　　2.1 配置單元和整機的功耗

　　2.2 各單闆的總功耗預計值

　　2.3 主要單闆大緻布局

　　3關鍵器件熱性能參數

　　3.1 熱耗參數

　　3.2 熱阻參數

　　3.3 允許溫度範圍

　　4 産品組成模塊的散熱要求—— 散熱流量/流速和散熱環境要求

　　5 産品散熱系統保障性的要求

　　産品的熱設計受到諸多限制，系統熱設計需要綜合考慮并解決主要矛盾、尋求平衡點。

　　四、國際标準中允許的風道形式

　　下圖是GR3028标準中推薦的風道形式，針對插箱級設備，獨立來看，幾乎各種風道形式都可以，隻要滿足設備本身的散熱即可。但，當設備本身放置到機房中後，和不同氣流組織架構的機房是否匹配，仍然需要考慮。否則，将面臨着設備散熱情況惡劣，或機房能耗過高的情況。

　　如下表所示，不同的機房氣流架構，對應了不同的單位面積散熱能力，也匹配不同形式的最優設備風道形式。

　　然而，随着設備功耗越來越大，對機房本身的散熱能力要求也越來越高，機房架構和設備氣流之間匹配問題越來越突出。各自風道的精細化，就要求互相之間匹配關系也更加精細化。（此部分内容涉及到機房熱管理相關，後續有機會專門讨論）

　　ICT雜談 發起了一個讀者讨論在GR3028中，可用設備風道形式很多，但随着功耗的增大，設備風道形式如何變化？

　　五、各種風道系統的不同熱特性

　　風扇抽風有利于機箱内部所有熱源均勻散熱。對于機箱設備在内部沒有“清晰的”風道下避免使用，否則由于各部件的阻擋作用而使氣流淤滞，散熱效果惡化。從防塵的角度看抽風不利。另外抽風會降低風扇的使用壽命。

　　六、系統散熱設計主要步驟

　　1）根據系統溫升确定系統所需風量

　　W=Q×Cp×ρ×∆T

　　其中：∆T為溫升，ρ為空氣密度，Cp為空氣定壓比熱，Q為空氣的流量，W為一定流量的空氣在一定的溫升下所能帶走的熱量。因此，在相同的允許溫升下，系統功耗越大，空氣流量也必須越大。

　　上述公式變形後得到計算系統流量的簡化公式：

　　Q＝（1.76×W）/ ∆T 單位為英制CFM（每分鐘立方英尺）

　　其中， ∆T的取值原理：根據歐洲有關安全标準，系統出口最高空氣溫度不超過70℃（隻考慮電纜時，為75℃）；再根據環境标準确定設備最高工作環境溫度，兩者之差即為∆T。

　　不同的散熱架構決定了不同的散熱能力！

　　如果A、B系統總功耗相同，通過A子架的風量必須為B子架的三倍，風扇性能就要高很多；換言之，對相同的子架風量（系統總風量不同），B系統的系統和槽位散熱能力是A系統的三倍。

　　C系統介于A、B系統之間。

　　2）根據系統關鍵器件所要求的風速确定系統散熱風量

　　熱設計是為了滿足關鍵器件的散熱需求，因此在設計初期，需要根據關鍵器件的功耗、熱阻特性、封裝并考慮可行的散熱解決方案，确定滿足器件散熱的最小局部風速。在沒有特殊導風措施下，可簡單地把這個速度作為系統單闆之間的平均風速，并以此計算系統所需的散熱風量。公式為：

　　Q＝A×V

　　其中A為單闆子架單闆區内可通風的面積，V為關鍵器件散熱所需要的風量。

　　在工程化的産品開發中，系統散熱設計方案受諸多因素的制約，如市場定位、産品系列規劃、結構設計等等。系統散熱設計方案是平衡各因素後的一個折中的解決方案。然而，其核心是在某個産品系統散熱方案下，系統和器件的散熱問題都有解決的可能性。因此，在進行系統方案設計時，必須首先了解系統可能配置的最大功耗單闆、熱性能最差的器件、可能的配置等，以及産品後續版本的功耗規劃。

　　3）風扇選型和布局

　　理論上應該按照系統的阻力特性、系統所需風量來确定風扇型号。如右圖所示。風扇的工作點（風扇特性曲線fancharacteristic與系統特性曲線systemimpedance的交點）必須位于系統特性曲線與系統設計流量線（CFMin system）交點的上方。考慮不同風扇，能滿足上述要求的風扇就是所需要的風扇。

　　值得注意的是，前述的風扇特性曲線一般并不是單個風扇的特性曲線，而是根據風扇系統的串并聯方式确定的風扇系統特性曲線。下左圖為風扇串聯，下右圖為風扇并聯。

　　4）風道具體設計要點

　　合理的空氣進出口設置和空氣通路：确保空氣流大部分流經發熱部位。

　　風道設計中需要注意的問題

　　A風道密閉，避免漏風

　　B風扇的增壓、均流空間，1/4~/3風扇直徑

　　C固定風扇的安裝闆開孔：區分inlet、outlet并嚴格遵守

　　D高風速區域的障礙物阻力最大，設計中衡量結構件對氣流的阻礙作用，采用影響較小的方案

　　E風扇附近不要存在大尺寸障礙物，如單闆滑道的支撐橫梁

　　F采用蜂窩孔形式并提高進出風口開孔面積

　　G走線空間兼做進風空間

　　H由于進出風口風速最大，此處的結構設計對系統散熱的影響非常突出（粗略計算的壓力損失約為整個系統的20%～50％）

　　I 防塵網距離風扇：1/8～1/6風扇直接。

　　5）系統散熱安全性設計

　　在國際标準、運營商和設備自身運維成本這三個方面，要求設備在單風扇故障時能正常工作，目前GR63明确規定單風扇失效時，需要滿足的環境溫度是40℃。

　　要實現這個需求，目前主要的方法是通過風扇系統的串聯或并聯提高散熱系統冗餘，在一些領域或場合下，降低設備功耗也是一種方法。

　　A）子架風扇系統的冗餘備份：

　　1）并聯冗餘

　　采用這種方式備份，對空間要求不高，而且采用這種思路的不足在于，受單闆深度方向尺寸的局限，這種思路可能影響風扇尺寸，進而影響系統散熱能力、供電、噪聲等

　　2）串聯冗餘

　　當某一風扇故障時，相同位置仍有一個風扇在工作，從而達到較好的備份效果。這種思路對風扇框的高度要求有所增加，而且對系統噪聲影響較大。

　　B）多子架組成的機櫃系統風扇冗餘備份

　　其不足在于機櫃散熱系統隻能采用串聯的風道形式。

　　熱設計基礎（1）-熱傳遞三種方式、熱阻、器件熱特性

　　,

更多精彩资讯请关注tft每日頭條，我们将持续为您更新最新资讯!