Badanie przypadku: Zmniejszenie obciążeń strukturalnych na dachach z aluminiowymi szafkami zewnętrznymi

Sytuacja

Operator sieci przygotowujący się do wdrożenia dodatkowej pojemności 5G w istniejących lokalizacjach na dachach napotkał ograniczenie, które nie miało nic wspólnego z planowaniem radiowym ani dostępnością zasilania: budynki nie były w stanie udźwignąć ciężaru sprzętu, który operator zamierzał zainstalować.

Wiele z tych lokalizacji znajdowało się na dachach budynków komercyjnych i mieszkalnych na obszarach miejskich. Budynki te zostały zaprojektowane z myślą o obciążeniach wynikających z wcześniejszych generacji sprzętu telekomunikacyjnego – mniejszych szaf, lżejszych anten i mniejszej liczby urządzeń pomocniczych. Oceny konstrukcyjne przeprowadzone przed modernizacją do 5G wykazały, że kilka dachów nie było w stanie pomieścić dodatkowego ciężaru konwencjonalnych stalowych szaf zewnętrznych bez prac wzmacniających.

Wzmocnienie budynków byłoby kosztowne i czasochłonne, wymagałoby ocen inżynierii budowlanej, pozwoleń i prac budowlanych, które opóźniłyby wdrożenie. Operator potrzebował rozwiązania w postaci szafy, która mogłaby zapewnić wymaganą pojemność wewnętrzną i wydajność termiczną, nie nakładając takiego samego obciążenia na konstrukcję budynku.

Wyzwanie

Ograniczenia obciążenia konstrukcyjnego

Lokalizacje na dachach podlegają ograniczeniom obciążenia określonym przez projekt budynku. Dodanie ciężkiego sprzętu wymaga albo pozostania w ramach tych limitów, albo inwestycji w wzmocnienie konstrukcyjne. W wielu przypadkach prace wzmacniające przekroczyłyby koszt samego sprzętu i wydłużyłyby harmonogram wdrożenia o miesiące.

Wydajność termiczna

Zmniejszenie masy szafy nie mogło odbyć się kosztem wydajności termicznej. Wdrażany sprzęt generował znaczne ilości ciepła, a lokalizacje na dachach oferują niewiele cienia lub schronienia. Szafa musiała skutecznie zarządzać temperaturami wewnętrznymi, nie polegając na klimatyzacji budynku.

Ekspozycja na warunki atmosferyczne

Instalacje na dachach są w pełni narażone na działanie warunków atmosferycznych. Szafy muszą być odporne na deszcz, kurz, promieniowanie UV i ekstremalne temperatury bez degradacji w czasie. W miastach nadmorskich narażenie na sól dodaje kolejny wymiar wyzwaniu korozyjnemu.

Dostęp do konserwacji

Lokalizacje na dachach są często trudne do dostępu. Wizyty serwisowe wymagają koordynacji z zarządem budynku, a technicy muszą transportować narzędzia i części zamienne na dach. Szafy wymagające częstego serwisu dodają obciążenia operacyjnego, które jest powiększone w tych lokalizacjach.

Prowadzenie kabli

Instalacje na dachach prowadzą kable od anten i od wewnętrznej infrastruktury budynku. Szafa musi pomieścić wejście kabli od dołu, zachowując jednocześnie uszczelnienie środowiskowe i zapewniając odpowiednią przestrzeń do prowadzenia kabli wewnątrz.

Rozwiązanie

Operator wybrał aluminiową szafę zewnętrzną z chłodzeniem wymuszonym powietrzem do zastosowań na dachach.

Konstrukcja aluminiowa znacznie zmniejszyła wagę szafy w porównaniu do stalowych alternatyw. Lżejsza konstrukcja pozwoliła operatorowi na zainstalowanie szaf na dachach, które nie byłyby w stanie utrzymać cięższych obudów, unikając kosztów i opóźnień związanych z wzmocnieniem konstrukcyjnym.

Dwścienna, izolowana konstrukcja zapewniała ochronę termiczną bez nadmiernego zwiększania wagi. Izolacja między wewnętrzną a zewnętrzną ścianą zmniejsza transfer ciepła z promieniowania słonecznego, odciążając system chłodzenia.

Chłodzenie wymuszonym powietrzem było realizowane przez wiele wentylatorów sterowanych przez zintegrowany kontroler temperatury. Wentylatory dostosowują swoją pracę w zależności od temperatury wewnętrznej, pracując tylko wtedy, gdy jest to konieczne do utrzymania pożądanego środowiska termicznego. Takie podejście pozwala uniknąć zużycia energii i wymagań konserwacyjnych chłodzenia sprężarkowego, jednocześnie zapewniając odpowiednie odprowadzanie ciepła dla obciążenia sprzętowego.

Konstrukcja przepływu powietrza zasysa chłodne powietrze przez drzwi, przepuszcza je przez sprzęt i wydala ciepłe powietrze przez otwory w drzwiach. Taki schemat zapewnia stałe chłodzenie wszystkich jednostek w szafie i upraszcza instalację, utrzymując ścieżkę przepływu powietrza w obrębie obrysu szafy.

Filtrowane wloty i wyloty zapobiegają przedostawaniu się kurzu i zanieczyszczeń do szafy, chroniąc wrażliwą elektronikę przed zanieczyszczeniem cząstkami stałymi. Materiał filtra można serwisować podczas rutynowych wizyt konserwacyjnych.

Ochrona środowiskowa spełnia normy IP55, z uszczelkami EPDM wokół wszystkich drzwi i punktów dostępu, które utrzymują integralność uszczelnienia podczas wielokrotnego użytkowania i zmian temperatury. Wykończenie malowane proszkowo zapewnia odporność na korozję i promieniowanie UV w przypadku długotrwałej ekspozycji na warunki zewnętrzne.

Dostęp jest zapewniony przez drzwi przednie i tylne z antykradzieżowym systemem blokowania na trzy punkty, umożliwiającym pełny dostęp do zainstalowanego sprzętu przy zachowaniu bezpieczeństwa.

Wyniki

Po wdrożeniu w lokalizacjach na dachach operator zaobserwował:

Konstrukcja aluminiowa wyeliminowała potrzebę wzmocnienia konstrukcyjnego w dotkniętych lokalizacjach. Operator mógł przystąpić do wdrożenia bez ocen inżynierskich, pozwoleń i prac budowlanych, które byłyby wymagane do wzmocnienia.

System chłodzenia wymuszonym powietrzem utrzymywał temperatury wewnętrzne w zakresie roboczym zainstalowanego sprzętu, a praca wentylatorów automatycznie dostosowywała się do warunków. Filtrowany przepływ powietrza zapobiegał przedostawaniu się kurzu do szafy, chroniąc sprzęt przed zanieczyszczeniem cząstkami stałymi.

Dostęp przez drzwi przednie i tylne ułatwił konserwację, umożliwiając technikom dostęp do sprzętu z obu stron bez konieczności zdejmowania szafy z zainstalowanej pozycji.
 

Co pokazuje ten przypadek

Waga szafy jest specyfikacją, która ma największe znaczenie, gdy staje się ograniczeniem. W przypadku instalacji na dachach, na słupach i na podwyższonych platformach, obciążenie konstrukcyjne wywierane przez szafę może określić, czy dana lokalizacja jest w ogóle wykonalna.

Konstrukcja aluminiowa oferuje sposób na zmniejszenie tego obciążenia bez poświęcania pojemności wewnętrznej lub ochrony środowiskowej. W połączeniu z dwuścienną izolacją i chłodzeniem wymuszonym powietrzem, aluminiowa szafa może zapewnić wydajność termiczną wymaganą przez sprzęt o dużej gęstości, pozostając jednocześnie wystarczająco lekka dla lokalizacji z ograniczonym obciążeniem.

Chłodzenie wymuszonym powietrzem nie nadaje się do każdego zastosowania. W środowiskach, w których temperatury otoczenia są stale wysokie lub gdzie obciążenia cieplne sprzętu są ekstremalne, może być konieczne chłodzenie sprężarkowe. Jednak w przypadku wielu wdrożeń na dachach i w miastach, chłodzenie wymuszonym powietrzem z wentylatorami sterowanymi temperaturą zapewnia odpowiednie zarządzanie termiczne przy niższym zużyciu energii i prostszej konserwacji.

Operatorzy oceniający szafy dla lokalizacji z ograniczonym obciążeniem powinni wziąć pod uwagę materiał i konstrukcję szafy, podejście do chłodzenia, konfigurację wewnętrzną dla sprzętu i prowadzenia kabli oraz stopień ochrony odpowiedni dla środowiska lokalizacji. Szafy aluminiowe zaprojektowane zgodnie z tymi wymaganiami umożliwiają wdrożenie w lokalizacjach, które byłyby wykluczone przez cięższe alternatywy.