产品防水防尘设计更新版课件.ppt

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1、2014031产品防水防尘设计-更新版20140416,环境永远是恶劣的防护是永恒的话题防护有很多种，比如：电、风、光、雨、氢气对人的保护是最最重要的部分防尘防水只是对设备保护相对重要产品的设计是一种综合因素的妥协,前言,什么是尘？水？危害是什么？IP等级的定义防尘防水设计基本思路典型户外柜设计直通风设计要点隔绝风道设计辅助材料选用要求小结Q&A,目录,1.什么是尘？,尘的分类1、按粒径大小划分：1）粗尘：粒径40m，特点：极易沉降。2）细尘：粒径=1040m，特点：肉眼可以看到，在静止空气中呈加速沉降。这种尘也称为可见矿尘。3）微尘：粒径=0.2510m，特点：显微镜下观察，在静止空气中呈等

2、速沉降。4）超微尘：粒径0.25m，特点：电子显微镜下观察，能长时间悬浮。2、其他分类：按材质，按含有物质不同,通信机房环境条件要求 GF-014-1995是信息产业部内部技术规范,要求通信机房内环境应满足下列灰尘粒子浓度和气体浓度要求。,1.什么是水？,水的化学式:H2O 水是自然资源的重要组成部分，是所有生物的结构组成和生命活动的主要物质基础。从全球范围讲，水是连接所有生态系统的纽带，自然生态系统既能控制水的流动又能不断促使水的净化和循环。因此水在自然环境中，对于生物和人类的生存来说具有决定性的意义。,我们关心的更多是：空气中，大气中的恶“矿物质”水，盐雾等,1.尘和水的危害,沙尘侵入户外

3、机柜或其它的户外产品会造成以下的危害 改变内部设备的电气性能 阻滞和磨损内部的运动零部件 腐蚀内部表面 阻塞通风口，过滤网等等 沙尘可以成为水汽凝结的核心，促进腐蚀和霉菌的生长。水侵入户外机柜或其它的户外产品会造成以下的危害 设备短路；柜体腐蚀。,尘与水的危害,2.IP防护定义,第一位数字-针对固体防护的等级说明,IEC 60529=GB4208,2.IP防护定义,第二位数字-针对液体防护的等级说明,3.防尘防水设计基本思路,3.1 防尘防水问题点 缝、结合部分、走线接口、设计的风道、紧固件安装部分是各种环境下尘和水进入机柜的途径。设备的防水防尘的思路：主要针对这三处地方来进行密封处理，使柜内

4、环境与外界环境 有一定程度的隔离，来达到最终的设计目的。,3.防尘防水设计基本思路,3.防尘防水设计基本思路,3.2 防水防尘设计要点,1、风道进出风口：采用迷宫结构和防尘网达到防尘防水的目的2、风道结合部缝隙：安装密封条或者涂抹密封胶达到防护目的3、柜体和门：安装密封条（EPDM)达成防尘防水的目的4、锁具安装：锁具定制保护橡胶部分和涂抹密封胶5、线缆进出：ROXTEC线缆端子、PG端子、法兰盘、防火泥等,3.防尘防水设计基本思路,3.2 防水防尘设计方法,进风口的大小及位置 进风口的位置 根据风道设计的不同，对直通风道进风口的位置在机柜、模块下方。采用这种方式时，风在通过防尘网时引起的压力

5、损失小，但进风口不可离地面太近，最好在100mm以上，因为在离地面100mm以内灰尘的密度较大，防尘网易阻塞。如果进风口在机柜等的前、后门上，情况会大有好转，但如仍采用上下直通风道，会产生较大的压力损失。,3.防尘防水设计基本思路,3.2 防水防尘设计方法,缝隙的处理 对IP55要求设备在进风口大于1mm的缝隙均要进行处理，具体设计中可根据结构需要选用防尘毛刷或海棉密封条。工艺孔的处理 在机柜底通风板等位置，往往由于安装的需要，留有较大的工艺过孔，这些孔可使灰尘直接进入机柜内部。因此须改变安装方式为从底部安装，不留工艺孔。或对工艺孔进行密封处理，如加密封盖等。对内外直接相通的连接，不可采用抽芯

6、铆钉,3.防尘防水设计基本思路,3.3 防水防尘设计方法,3.防尘防水设计基本思路,3.4直通风户外柜防水防尘结构设计,1、防水结构要素：环境空气由下部进风口进入风道，经迷宫式风道结构后将水分截流在进风风道的下部；2、防尘结构要素：风道出风口安置过滤网，避免水能直接喷溅到其表面；防尘罩或防尘网应可拆卸更换；3、排水结构要素：溅入或残留在风道内的水分，通过底部的积水排出口依靠水的重力排出。,3.防尘防水设计基本思路,3.5 典型门框防水设计1,密封条为三元乙丙的三复合密封条 密封条的最大压缩量5mm，通常23mm。门框的转角最小R值:R=30MM 密封条的搭接点留在门框中间,3.防尘防水设计基本

7、思路,3.5典型门框防水设计2,发泡胶,门框为拼装结构，立边必须去毛刺飞边。发泡胶发泡连续，没有搭接口。发泡胶表面不允许气泡、破孔和滑伤。,门框,门,3.防尘防水设计基本思路,3.6 典型顶盖防水设计,进入顶盖的水必须有通道流出，且不能影响系统运行;必须防止水通过风扇安装位溢入系统内部！,迷宫,出风口,风扇,顶盖,3.防尘防水设计基本思路,3.7逆流换热器门 防水设计,换热器内置,换热器外置,逆流换热器与门之间可以有夹层，可以通气，隔水；也可突出门外，但换热器必须有防水的护罩;外循环的进风口与出风口之间必须有隔板;换热器的外循环必须防水，且换热器与门密封良好;换热器可以内置也可以外置,4.典型

8、户外柜设计,中国移动定制混合单体柜-功能,技术特点：1、设备舱电池舱集成/隔离2、户外防护技术，IP55等级3、TEC制冷4、内部有效尺寸800*800*18005、标准19”机架，可扩展为21”,4.典型户外柜设计,中国移动定制混合单体柜-外观,4.典型户外柜设计,东南亚某营运商户外机柜,技术特点：1、大型户外机柜，容纳标准电源机柜+主设备机柜2、户外防护技术，IP55等级3、双HEX热交换4、型材夹芯板拼装成型,4.典型户外柜设计,国内广泛应用的户外机柜,技术特点：1、上下双舱机柜，容纳电源插框和传输插框（外部尺寸600*800*1800）2、独立电池舱（可以分离）3、户外防护技术，IP5

9、5等级4、HEX热交换,4.典型户外柜设计,某客户定制拼装外机柜,技术特点：1、三柜户外机柜，主设备柜+电池柜+电源柜2、独立单柜2种热交换方式（HEX+空调）3、户外防护技术，IP55等级4、底部内藏式走线5、流行的拼装式型材夹芯板柜6、单柜内部有效尺寸800*800*18007、标准19”接口，可扩展为21”接口,4.典型户外柜设计,某大型设备商定制的户外机柜,技术特点：1、三柜户外机柜，主设备柜+电池柜+电源柜2、独立单柜2种热交换方式（HEX+TEC）3、户外防护技术，IP55等级4、底部内藏式走线5、流行的拼装式钣金柜6、内部有效尺寸800*800*18007、标准19”接口，可扩展

10、为21”接口,4.典型户外柜设计,热交换（HEX)型设备柜,技术特点：1、独立设备舱，40U有效空间2、内部有效尺寸800*800*18003、户外防护技术，IP55等级4、HEX热交换，带辅助加热系统，寒冷地区可用,4.典型户外柜设计,空调型独立电池柜,技术特点：1、独立电池舱(层间支架可以移动）2、-48V,500AH电池容量3、户外防护技术，IP55等级4、空调型热交换，南方使用5、内部有效尺寸800*800*1800,4.典型户外柜设计,TEC型独立电池柜,技术特点：1、独立电池舱(层间支架可以移动）2、-48V,500AH电池容量3、户外防护技术，IP55等级4、TEC热交换，带辅助

11、加热系统，寒冷地区可用5、内部有效尺寸800*800*1800,4.典型户外柜设计散热方式组合,说明：红色 表示不环保，黄色 表示中间 绿色 表示环保 1、电池柜不用直通风和热交换是因为要保持电池的寿命 2、直通风最近的趋势也有到IP55的方案 3、电池柜 很多产品号称IP55，实际都是IP43（成本+排氢）4、TEC能效比很低下，最近2年应用很少 5、空调能效比好，但是初次投资和电费较高 6、核心就是和外界的风道设计，尤其是直通风,4.典型户外柜设计风道设计基本要求,直通风系统结构简单，运行成本低，但由于内外空气连通，外界环境空气质量的好坏直接影响柜内设备工作可靠性，且进入机柜的空气的温度、

12、湿度不可控。夏季高温时易引起设备过热，冬季低温时保温性能差。建议：使用在外界环境空气环境好的场所，不宜用在海边、易产生沙尘、飘扬柳絮等场所。进行直通风系统设计必须考虑：1）机柜IP 防护需求，2）平衡热设计和结构设计之间的不同需求。风道布置合理，减少冷热风无效混合，尽量减小系统流动阻力，以降低运行噪音及运行能耗。3）运行安全可靠，满足风扇建议最高工作温度限制、工作寿命等方面的要求。合理择过滤器，选择经济风速运行，以降低风阻，并提高过滤器的使用寿命。4）安装、运输以及维修方便等。所有这些要求和考虑常常是相互影响、相互制约的。在不同应用场合下，各项要求的苛刻程度不尽相同，因而设计时侧重点也应有所不

13、同。,5.直通风设计要点,5.直通风设计要点,自然对流换热风道典型结构,5.直通风设计要点,自然对流换热风道设计原则,尽量采用直通风道，避免气流的转弯；在气流急剧转弯的地方，应采用导风板使气流逐渐转向，使压力损失达到最小；尽量避免骤然扩展和骤然收缩；进出风口尽量远离，防止气流短路；避免风道阻力不合理布局 要避免风道的高低压区的短路。,5.直通风设计要点,正、负压系统 直通风系统空气流通的动力由风扇提供，机柜内热源既可由风扇抽风冷却，也可由风扇鼓风冷却。采用风扇抽风冷却的方式，机柜内整体保持微负压，称为负压抽风系统，其特点为柜内流场均匀，适合热源布置分散需整体散热的场合；采用风扇鼓风冷却的方式，

14、机柜内整体保持微正压，为正压系统。其特点是柜内流场紊乱，正对风扇的位置风量大，适合特定位置热源散热的场合。如图为两种系统的结构示意图，正压系统在进出风口均需设置防尘过滤器。,5.直通风设计要点,一般进风口设置在机柜底部或前门下部，出风口设置在机柜顶部或前门上部。从散热效果上而言，底进顶出和底进门出优于门进门出。采用门进门出布置方式，需考虑进出风适当分隔，以避免风路短路。如图(f)的前进后出布置方式，为 方便维护或更换风扇，根据需要前后设置开门。,常见负压风道布置,5.直通风设计要点,正压鼓风系统风道布置如图 所示，一般采用门进门出的布置方式，进出风口均设置过滤器。其进出风口的防水结构由多条互相

15、交错的平行挡板组成，采用内嵌门造型。,常见正压风道布置,5.直通风设计要点,正负压系统散热和防尘性能对比（1）负压抽风系统的散热效果优于正压吹风系统 由于机柜内热源分散，设备进出风方向不一致，而正压吹风系统风扇向机柜内吹风，正对风扇位的方向风速很大，其它位置风速很低，易于形成涡流而使冷热风混合，不利于冷空气的充分利用；而负压抽风系统整体的流场比较均匀，冷风的流动路径易于控制，因此在直通风散热场合得到最多的应用；（2）关注风扇的工作温度 负压抽风系统需注意进入系统风扇处的空气温度低于60。由于负压抽风系统风扇安装在出风口处，热风温度较高，从而对风扇的工作寿命有影响。对风扇厂家，一般以60作为标定

16、风扇寿命MTBF 的条件，温度每升高5，风扇寿命下降一半，因此需要关注风扇进风温度低于60；（3）正压在防尘效果上优于负压系统 正压吹风系统风扇安装在进风口，温度较低，风扇工作寿命有保证，且机柜内保持微正压，在防止灰尘因机柜密封不严而从缝隙处进入机柜效果好,5.直通风设计要点,强迫对流换热风道典型结构,5.直通风设计要点,风道布置注意事项（1）进出风口设置尽量远离，避免出现冷、热风短路现象（尤其注意门进门出的布置方式）；（2）多个风扇并联的情况下，考虑高温风扇备份作用，需要考虑设置止回装置，以免造成风路短路；（3）适当使用挡风板封住空余的设备插槽，以便进风得到充分利用（4）不能因为系统风阻尼太

17、大，导致风压损失，无谓增加风扇容量,热交换器换热或空调换热风道防尘防水设计原则,6.隔绝风道设计,进、出风口尽量远离，有效利用“烟囱效应”效果；出风口尽可能设计在系统的顶部；可采用隔板形成独立风道；为了避免热空气流入配电单元而影响其可靠性，可把气流风道隔离，形成完整、独立的风道；空调制冷换热等在柜内会产生“结露”等不良影响，可进行结构隔离并结合风道排风等去除水分。,隔离风道户外柜防水防尘结构设计,左图为隔离风道机柜的风路示意图，通过热交换器的特殊结构，使外循环风道和机柜内部风路完全隔离，来达到IP设计要求。,6.隔绝风道设计,隔离风道户外柜防水防尘结构设计,左图为典型热交换器组件结构,6.隔绝

18、风道设计,风扇,风扇是为散热系统的空气流动提供动力的装置。根据风扇的进出气流流向可分为轴流（Axial Fan）、混流（Mixed-flow Fan）和离心（Radial Fan）等型式，其性能由风扇的P-Q 曲线决定，表征克服系统流动阻力的能力。,7.辅助材料选用要求,热交换器,热交换器可以去除在封闭的室内外机柜中的电气或电子设备所散发的热量，以保证这些电气或电子设备在清洁的、封闭的环境中正常工作。根据交换的方向，分为逆流式，十字交叉式,7.辅助材料选用要求,半导体致冷器TEC(Thermo Electric Cooler),利用半导体材料的珀尔帖效应制成的。是指当直流电流通过两种半导体材料

19、组成的电偶时，其一端吸热，一端放热的现象。TEC包括一些P型和N型对（组），它们通过电极连在一起，并且夹在两个陶瓷电极之间；当有电流从TEC流过时，电流产生的热量会从TEC的一侧传到另一侧，在TEC上产生热侧和冷侧，这就是TEC的加热与致冷原理。,7.辅助材料选用要求,制冷空调,制冷空调机可以降低机房、机柜的温度室内外机柜中的电气或电子设备所散发的热量，以保证这些电气或电子设备在清洁的、封闭的环境中正常工作。分类：直流、交流，单冷、空热一体机等,7.辅助材料选用要求,7.辅助材料选用要求,隔热棉,隔热材料采用聚氨脂（PU）聚氨脂（PU）：密度为402kg/m3 导热系数0.035w/m.k隔热

20、材料的导热系数测定方法按照GB10294-88规定测定。材料阻燃性：HF-1,密封胶条,户外机柜使用的密封胶条，以及配套使用的粘接剂、密封剂必须能抗老化、耐腐蚀、耐酸碱、防虫、防紫外线功能。,7.辅助材料选用要求,密封胶条,密封胶条的规格三元乙丙橡胶密封条(EPDM 密封胶条)发泡胶,7.辅助材料选用要求,防尘网,防尘材料化学构成、牌号、物料性能,7.辅助材料选用要求,防尘网,规格要求 材料阻燃性：HF-1 防虫鼠害：为避免昆虫或啮齿类动物的破坏，防尘网需具备采用钢网或铝网支撑的保护框架。防尘网应用的结构设计要素：满足机柜热设计方案的通风流量要求；安装防尘网的结构设计应具备防盗以及防止从外部直

21、接破坏的功能 结构设计应保证防尘网定期更换的便捷拆卸与安装。,7.辅助材料选用要求,防水接头,规格要求 烙克赛克（ROXTEC）密闭式防水接头。PG系列尼龙电缆密封套（防水索头）：材料：PA（尼龙6）密封件材料：丁腈橡胶防护等级：在规定的卡口范围内，并使用合适的O形密封圈，防护等级可以达到IP68。温度范围：静态-40度+120度颜色：灰色或黑色,7.辅助材料选用要求,密封胶与密封堵料,户外柜结构设计所采用的密封胶主要为两大类 1）为密封结构胶，用于结构性连接（同时具备密封功能）；2）为密封防水胶，用于结构缝隙的防水防尘密封。密封胶的材料编号与参照标准,7.辅助材料选用要求,户外门锁,户外柜结构设计所采用的锁，主要为两大类 一类为小圆锁，用于小机柜；另一类为大锁，用于大型户外机柜用。,7.辅助材料选用要求,密封胶与密封堵料,防火堵料国内对防火封堵材料的耐火性能分三个等级：一级318min；二级120min；三级60min。,7.辅助材料选用要求,户外产品（即使只是机柜）设计是个系统性工程结构防尘防水设计只是其中一个小部分涉及到：结构设计、风道设计（热设计）、安规设计、化工设计、EMC设计、工艺设计等等目前的现状是：已经走过了焊接机柜的道路，正在实施拼装、模块化设计的方案未来发展希望在新材料，新工艺上，进一步减轻设备的重量和成本,8.小结,