一种独立通信基站内部温度预测方法技术

本发明专利技术公开了一种独立通信基站内部温度预测方法，包括步骤：根据太阳与独立通信基站的位置关系，太阳辐射热量对独立通信基站墙体产生的辐射强度，以及独立通信基站外综合温度，建立一独立通信基站热物理模型，根据该模型，得出独立通信基站内部的平均温度值。本发明专利技术方法基于稳态传热理论，建立了独立通信基站热物理模型，能够计算得到独立通信基站内部的平均温度值，从而可以为独立通信基站围护结构的优化设计、模拟预测、性能评估和基站辅助节能设备的研究提供方便。

【技术实现步骤摘要】
一种独立通信基站内部温度预测方法
本专利技术涉及温度预测研究领域，特别涉及一种独立通信基站内部温度预测方法。
技术介绍
与普通的公共建筑相比，通信基站内通讯设备全年全天运行，发热量大，对基站内温度参数要求高，属于特殊类型公共建筑。为实现通信基站的节能，需要对基站内的温度进行测量，根据测量结果来采取相应的节能措施。一般测量基站内部温度的方法多是使用温度测量仪对基站内部不同点的温度进行测量，然后取其平均值作为内部温度。这种方法仅限于基站实际建成之后再考虑进行节能降温，不能在基站设计阶段就进行评估和优化，且计算所得的基站内部温度与温度测量仪的设置点有很大关系，容易出现偏差。因此，寻求一种可模拟出在各种环境条件下通信基站内部温度变化情况的方法具有重要的应用价值。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种独立通信基站内部温度预测方法，该方法基于稳态传热理论，建立了一独立通信基站热物理模型，能够计算得到独立通信基站内部的平均温度，从而可以为独立通信基站围护结构的优化设计、模拟预测、性能评估和独立通信基站辅助节能设备的研究提供方便。本专利技术的目的通过以下的技术方案实现：一种独立通信基站内部温度预测方法，包括步骤：根据太阳与独立通信基站的位置关系，太阳辐射热量对独立通信基站墙体产生的辐射强度，以及独立通信基站外综合温度，建立一独立通信基站热物理模型，根据该模型，得出独立通信基站内部的平均温度值。优选的，所述太阳与独立通信基站位置关系由太阳赤纬角、太阳高度角、太阳对独立通信基站的有效照射时间、太阳方位角四个参数确定。更进一步的，所述太阳赤纬角按照Coper方程计算得到：其中，δ为太阳赤纬角，单位为度，春分和秋分时δ＝0°，夏至时δ＝23.45°，冬至时δ＝-23.45°；n为1年中的日期序号，从1月1号开始起数，n＝1，每往后加一天，n＝n+1。更进一步的，所述太阳高度角是指太阳光线与地表水平面之间的夹角，其计算公式如下：sinαs＝sinθ×sinδ+cosθ×cosδ×cosω；其中，αs为太阳高度角，0≤αs≤90°；θ为独立通信基站纬度角，通过GPS测量获得；δ为太阳赤纬角；ω为时角，根据真太阳时得到。更进一步的，根据真太阳时得到所述ω的计算方法是：ω＝15×(12+t0-t)；其中t为北京时间，t0为中国区域的真太阳时；t0＝(120-longitude)/15-e/60；其中,120表示中国地区的北京标准时间的经度为120°；longitude为独立通信基站地点的地理经度角；e为时差,由下式计算得出:e＝0.0172+0.4281×cosβ-7.3515×sinβ-3.3495×cos(2β)-9.3619×sin(2β)；更进一步的，所述太阳对独立通信基站的有效照射时间的计算公式如下：由于日出日落时太阳高度角αs＝0°，则:ω＝arccos(-tanθ×tanδ)；根据时角上午ω>0°，下午ω<0°。得到日出和日落时角分别为:ω1＝arccos(-tanθ×tanδ)；ω2＝-arccos(-tanθ×tanδ)；根据真太阳时t0和时角ω的计算公式，得出日出时间T1和日落时间T2，二者之间的时段即为有效照射时间：更进一步的，所述太阳方位角是指太阳光线在独立通信基站水平面上的投影和当地子午线的夹角，其计算公式如下：其中，γs为太阳方位角，单位为度，当太阳在正南方向时，方位角γs＝0°，正南以西γs>0°，正南以东γs<0°。具体的，所述太阳辐射热量对独立通信基站墙体产生的辐射强度包括两个部分，一个是独立通信基站外表面的太阳直射辐射强度，另一个是落到独立通信基站墙体上的太阳辐射强度。更进一步的，所述独立通信基站外表面的太阳直射辐射强度包括基站顶层上直射辐射强度IS,Z(t)和基站侧面墙上直射辐射强度IC,Z(t)：IS,Z(t)＝INsinαs＝Io·pm×sinαs；其中，IN为太阳对独立通信基站的法线直射辐射强度，Io为太阳常数，p为大气透明度，p＝1最透明，变化范围在0～1之间；m为大气质量(反应日射强度到达表面的路程大小)，αs为太阳高度角，0≤αs≤90°，T1为日出时间，T2为日落时间，γs为太阳方位角，ε为正南方向与墙面法线的夹角，正南方向偏左侧为负，正南方向偏右侧为正。更进一步的，所述落到独立通信基站墙体上的太阳辐射强度包括基站顶层总辐射强度和基站侧面墙体总辐射强度，其中：基站顶层总辐射强度：IS(t)≈IS,Z(t)+IS,S(t)，T1<t<T2；IS,Z(t)为基站顶层上直射辐射强度；IS,S(t)为基站顶层散射辐射强度，由Berlage公式给出：基站侧面墙体总辐射强度：IC(t)≈IC,Z(t)+0.5IS,S(t)；IC,Z(t)为基站侧面墙上直射辐射强度。具体的，所述独立通信基站外综合温度的计算公式如下：其中，tsa(t)为独立通信基站外综合温度，是时间t的函数；te(t)为独立通信基站外气温，从独立通信基站所处当地天气预报可查到；ρs为基站墙体外表面对太阳辐射热的吸收系数；h2为外表面换热系数；I(t)为太阳辐射强度。更进一步的，所述独立通信基站外综合温度包括基站顶层综合温度、基站东侧墙体外侧综合温度、基站南侧墙体外侧综合温度、基站西侧墙体外侧综合温度、基站北侧墙体外侧综合温度，每个温度的计算公式如下：(1)基站顶层综合温度ttop(t)为：其中，ρstop表示基站顶层墙体外表面对太阳辐射热的吸收系数；h2top表示基站顶层外表面换热系数；(2)基站东侧墙体外侧综合温度teast(t)为：其中，ρseast表示基站东侧墙体外表面对太阳辐射热的吸收系数；h2east表示基站东侧墙体外表面换热系数；(3)基站南侧墙体外侧综合温度tsouth(t)为：其中，ρssouth表示基站南侧墙体外表面对太阳辐射热的吸收系数；h2south表示基站南侧墙体外表面换热系数；(4)基站西侧墙体外侧综合温度twest(t)为：其中，ρswest表示基站西侧墙体外表面对太阳辐射热的吸收系数；h2west表示基站西侧墙体外表面换热系数；(5)基站北侧墙体外侧综合温度tnorth(t)为：其中，ρsnorth表示基站北侧墙体外表面对太阳辐射热的吸收系数；h2north表示基站北侧墙体外表面换热系数。具体的，设在时间t内基站内设备产生的对流换热量、基站墙体热阻、内外墙面比例系数、基站内外流体(空气)温度不变，由传热学推导出t时间内的稳态换热公式，即通信基站热物理模型为：其中：Q(t)表示在t时间内，单位时间通过墙体表面的对流换热量；R表示基站墙体热阻；F表示基站传热墙体表面的面积；h1表示流体(空气)对基站内侧墙面比例系数；h2表示流体(空气)对基站外侧墙面比例系数；tin(t)表示在t时间内，基站内流体(空气)温度，即基站内平均温度；tout(t-td)表示在(t-td)时间步长内，基站外流体(空气)温度，即基站墙体外侧综合温度；t表示时间步长；td表示墙体延时时间。更进一步的，根据通信基站热物理模型公式和基于稳态传热理论，得到独立通信基站通信设备的总热量与各墙体对流换热量之间的关系如下：Qp(t本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种独立通信基站内部温度预测方法，其特征在于，包括步骤：根据太阳与独立通信基站的位置关系，太阳辐射热量对独立通信基站墙体产生的辐射强度，以及独立通信基站外综合温度，建立一独立通信基站热物理模型，根据该模型，得出独立通信基站内部的平均温度值。

【技术特征摘要】
1.一种独立通信基站内部温度预测方法，其特征在于，包括步骤：根据太阳与独立通信基站的位置关系，太阳辐射热量对独立通信基站墙体产生的辐射强度，以及独立通信基站外综合温度，建立一独立通信基站热物理模型，根据该模型，得出独立通信基站内部的平均温度值；设在时间t内独立通信基站内设备产生的对流换热量、基站墙体热阻、内外墙面比例系数、基站内外流体温度不变，由传热学推导出t时间内的稳态换热公式，即通信基站热物理模型为：其中：Q(t)表示在t时间内，单位时间通过墙体表面的对流换热量；R表示基站墙体热阻；F表示基站传热墙体表面的面积；h1表示流体对基站内侧墙面比例系数；h2表示流体对基站外侧墙面比例系数；tin(t)表示在t时间内，基站内流体温度，即基站内平均温度；tout(t-td)表示在t-td时间步长内，基站外流体温度，即基站墙体外侧综合温度；t表示时间步长；td表示墙体延时时间。2.根据权利要求1所述的独立通信基站内部温度预测方法，其特征在于，所述太阳与独立通信基站位置关系由太阳赤纬角、太阳高度角、太阳对独立通信基站的有效照射时间、太阳方位角四个参数确定。3.根据权利要求2所述的独立通信基站内部温度预测方法，其特征在于，所述太阳赤纬角按照Coper方程计算得到：其中，δ为太阳赤纬角，单位为度，春分和秋分时δ＝0°，夏至时δ＝23.45°，冬至时δ＝-23.45°；n为1年中的日期序号，从1月1号开始起数，n＝1，每往后加一天，n＝n+1；所述太阳高度角是指太阳光线与地表水平面之间的夹角，其计算公式如下：sinαs＝sinθ×sinδ+cosθ×cosδ×cosω；其中，αs为太阳高度角，0≤αs≤90°；θ为独立通信基站纬度角，通过GPS测量获得；δ为太阳赤纬角；ω为时角，根据真太阳时得到；所述太阳对独立通信基站的有效照射时间的计算公式如下：由于日出日落时太阳高度角αs＝0°，则:ω＝arccos(-tanθ×tanδ)；根据时角上午ω＞0°，下午ω＜0°，得到日出和日落时角分别为:ω1＝arccos(-tanθ×tanδ)；ω2＝-arccos(-tanθ×tanδ)；根据真太阳时t0和时角ω的计算公式，得出日出时间T1和日落时间T2，二者之间的时段即为有效照射时间：所述太阳方位角是指太阳光线在独立通信基站水平面上的投影和当地子午线的夹角，其计算公式如下：其中，γs为太阳方位角，单位为度，当太阳在正南方向时，方位角γs＝0°，正南以西γs＞0°，正南以东γs＜0°。4.根据权利要求3所述的独立通信基站内部温度预测方法，其特征在于，根据真太阳时得到所述ω的计算方法是：ω＝15×(12+t0-t)；其中t为北京时间，t0为中国区域的真太阳时；t0＝(120-longitude)/15-e/60；其中,120表示中国地区的北京标准时间的经度为120°；longitude为独立通信基站地点的地理经度角；e为时差,由下式计算得出:e＝0.0172+0.4281×cosβ-7.3515×sinβ-3.3495×cos(2β)-9.3619×sin(2β)；5.根据权利要求4所述的独立通信基站内部温度预测方法，其特征在于，所述太阳辐射热量对独立通信基站墙体产生的辐射强度包括两个部分，一个是独立通信基站外表面的太阳直射辐射强度，另一个是落到独立通信基站墙体上的太阳辐射强度。6.根据权利要求5所述的独立通信基站内部温度预测方法，其特征在于，所述独立通信基站外表面的...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈晓春，董兵，
申请(专利权)人：广东轻工职业技术学院，
类型：发明
国别省市：广东;44