自然冷卻

自然冷卻是利用密度隨温度變化而產生的流體循環過程來帶走熱量的冷卻方式。自然冷卻空調系統從上世紀 70 年代後期開始，最早出現在高度重視節能的西歐運營商機房中。該系統廣泛用於大型數據機房， 交換機房，IDC 等一切需要全年365 天，全天24 小時供冷，而室外温度在過渡季節和冬季又比較低的地區。

自然冷卻技術即使在中國也已經不是一個剛剛出現的嶄新的技術。2000 年建造的中國網通大連數據中心就採用了這個系統。事實上， 對於全年有供冷要求的IDC 機房或通訊機房都可以採用這種免費的能源。該系統給使用用户節約了大量的電費，同時站在中國能源戰略和低碳經濟的角度上講，也是必須推廣的全球領先的節能技術。 ^[1] 

我們所介紹的自然冷卻機組原理如下：

1． 整個空調系統採用風冷冷水機組作為冷源（輸出 9～15℃的冷凍水，可調整），機房部分採用冷凍水型機房空調；（有別於一期採用的水冷冷水機組）

2． 風冷冷水機組附加了特殊設計的空氣-冷凍水換熱盤管，在室外温度低於回水温度2℃時，冷卻盤管自動打開，利用室外冷風冷卻回水。如果室外温度低於回水温度5℃以上，則壓縮機完全停止工作。

3． 冬季和春季，秋季，壓縮機可以處於半工作甚至全部停止狀態；對於中國的氣候條件，可以用於長江以北的廣大地區；當然，隨着緯度提高，節能效果越來越大，最高可到50%，最低也要達到25%以上。大金：高效節能的新型製冷機大金歐洲公司最近宣佈推出一系列新型空氣製冷機，該機可以利用外部較冷的空氣實現“自然冷卻”，從而達到節省能源，減少運行花費的目的。當外部空氣足夠冷時（有些型號大約在3攝氏度左右），製冷機就可以僅僅利用空氣實現無消耗的運作。減少能源消耗，增加運行壽命

這種自然製冷機擁有附加的自然製冷裝置，利用外界的空氣直接冷卻建築中水循環系統，從而在較冷的季節實現減少壓縮機工作負荷，有效減少機器運行消費的目的。

自然製冷系統利用的是外界空氣與回水的温差，使它在迴流到系統之前先將水温降到一個低值。而當外界温度足夠冷時（根據不同機器類型，所謂足夠冷的温度為3攝氏度或更低），冷水機的壓縮機會完全停止工作，實現不消耗能源的製冷。而由此，同時減少了壓縮機的工作壓力，延長了它的運作壽命，進一步地減少了對於機器進行維護安裝的總花費。

應用範圍廣，操作簡便，配套靈活新型製冷機有11種不同型號，裝機容量從600千瓦到1565千瓦不等（分別為EWAD~CF 和 EWAD~CG系列），全部可以實現三重強度的調節，機器擺脱了對乙二醇的依賴，全部符合標準。由此應用範圍十分廣泛，可以在外部温度-18°C ～+40°C的範圍內使用，同時可以提供-8°C ～+15°C的出水温度。該機採用了新型第三代微控技術更方便監控系統的各項參數，適於各種常規建築管理系統。 ^[2] 

1）大多數小型電子元器件最好採用自然冷卻方法。

2）最大限度地利用導熱、自然對流和輻射等簡單、可靠的冷卻技術。

3）儘可能地縮短傳熱路徑，增大換熱或導熱面積。

4）應儘量將組件內產生的熱量通過組件機箱和安裝架散發出去。

5）減小安裝時的接觸熱阻，元器件的排列有利於流體的對流換熱。

6）採用散熱電路板，熱阻小的邊緣導軌。

7）元器件的安裝方向和安裝方式應保證能最大限度地利用對流方式傳遞熱量。元器件的安裝方式應充分考慮到周圍元器件等的熱輻射影響，以保證每個元器件的温度都不超過其最大工作温度，並應避免過熱點。

8）電路板組件之間的距離控制在19～21mm，且在振動環境下相鄰板上的元器件及接插座、頭之間不應干涉。

9）對靠近熱源的對熱敏感的元器件，應採取熱隔離措施；增大機箱表面的黑度，增強輻射換熱。

10）變壓器自然冷卻設計的關鍵是如何降低傳熱路徑的熱阻。應該採用較粗的導線，並使之與安裝結構件之間有良好的熱接觸。安裝表面應平整、光滑。接觸界面處可加金屬箔，以便減小其界面熱阻。如果變壓器有屏蔽罩，應儘可能使屏蔽罩與底座有良好的熱連接。在外殼或鐵心與機座之間裝上銅帶有助於增強導執能力。 ^[3] 

如果氣候條件是天氣冷，濕度較小，自然冷卻是冷卻系統改造，唯一可取的辦法，否則，後果將無法證明對自然冷卻的投資是正確的。例如，如果外部空氣相對比較冷，但很潮濕，這將需要一個必要的設備投資，把濕度降低到可以承受的極限，因此這將抵消因自然冷卻而得到的成本節約。

對於相對較高温的環境條件，使用空氣是可取的做法。這一原則後面的主要原因是，節水器的安裝，相對較貴，因此，在相對炎熱的地區，節水器的安裝可能不完全合理。

另一個補充自然冷卻的間接方法是，通過在一定程度上，提高數據中心內的温度，以減少冷負荷。據觀察，大多數的數據中心是過冷的，如果温度高一點，還是可以的。毫無疑問，這將導致更有效地利用自然冷卻。

自然冷卻方法依靠天線表面進行熱輻射、熱對流，用於天線功率熱耗小、熱流密度低或者工作時間很短的場合。

自然輻射冷卻方法廣泛用於星載有源相控陣天線的熱控。考慮到複雜性和可靠性，當天線散熱量及熱流密度較低時，天線熱控系統一般不用液冷或兩相流系統，這時傳導和輻射是最主要的熱控方式。

傳統的熱控系統分為不具有自動調節能力的被動熱控技術和能根據温度的要求主動改變換熱特性參數的主動熱控技術兩種基本類型。對於軌道和姿態相對穩定的SAR天線來説，所處的熱環境及工作模式都比較固定，也不用考慮來自人為干擾的不利因素。但大多數航天器都採用被動為主、主動為輔的熱控模式，而其針對週期性外熱流的變化也可依靠塗層、多層隔熱材料等簡單的被動熱控技術實現。一種典型的星載SAR天線熱控實現方案如圖《星載SAR天線熱控實現方案》所示，其發熱單機包括T/R組件、電源模塊、波控單機等，天線通過表面輻射向深空輻射進行散熱。

近年來，隨着SAR天線技術的發展及實際需求，特別是天線威力及分辨率的提高使得其產生的陣面功耗及熱流密度快速增大，已有熱控技術已越來越不能滿足使用要求。“自主熱控技術”的設計理念成為了國內外的研究熱點之一。自主熱控汲取了航天器自主運行的思想，意味着熱控系統不依賴外界的信息注入或者儘可能少地依賴外界干預，結合自身狀態，合理進行智能控制行動，從而完成熱控任務。 ^[4]