一般設備設計上已經考慮使得零部件在設計壽命內工作處于浴盆曲線的底部，在設計范圍內工作時溫度并不是設備發生故障的主要原因。設備損壞主要的原因常常來自于一些不可控制因素，使得工作環境超過設計能夠支持的極限溫度。從功能性能角度來看，溫度會影響數字邏輯器件的工作頻率，使得設計裕度被打破而導致功能異常；有的器件，例如恒溫晶體振蕩器（OCXO）內部具有加熱恒溫槽，在外部溫度低于內部溫度下才能起到恒溫的作用，當溫度范圍超出標準時，時鐘保持性能可能受到嚴重影響。這些都還是可恢復的異常。在更惡劣的情況下，芯片的漏電流隨著溫度升高以指數方式增大，在額定溫度點附近功耗隨溫度快速增加，反過來帶動芯片的溫度進一步增加而導致熱失效；高溫下焊點、機械結構可能由于蠕變而失去強度；PCB 板可能發生碳化、分層等失效[6]。

設備設計上更關注的是如何使得這些外部的異常更不容易發生，異常發生的時候系統如何自動保護，同時兼顧越來越精細的OPEX 優化考慮。第一，對工作的環境提出了更明確的要求，根據實際的氣候、業務模型等條件，把設備的工作環境作為一個系統來進行指標分配設計及綜合成本評估，而不是只關注設備本身；第二，當服務質量許可的情況下，當出現異常狀況時，系統通過自動降低負荷，甚至局部斷電的方式進行自我保護，在異常解除時恢復工作，增強實際的可用性和可靠性。

隨著多年的擴容、2G 向3G 換代以及多網多制式的共存，單個站點的容量密度也遠高于過去。沒有重新設計的機房或方艙，可能對設備的工作環境帶來較大的影響。文獻[7] 給出了機房換氣設計的要求。如果機房達不到要求，則會導致設備過溫。在實際應用中，因為空調設備被盜、損壞，通風裝置損壞或者過濾網被堵塞等情況經常出現。有的站點建設時間較早，容量很低，經過長期運行通風設施存在問題。存在問題的設施如圖4 所示。當進行更換擴容后，這樣的站點經常頻繁出現高溫告警。

圖4 機房空調被盜損、封閉空間密集 安裝等，帶來設備散熱問題

設備散熱設計通過仿真、測試驗證的方法在行業內已經廣泛使用。通信設備內部相對環境均存在一定的溫升，基本不存在除設備本身發熱之外的其他熱負荷，所產生的熱量基本屬于顯熱，主要通過強制對流進行散熱，這樣使得我們在考慮散熱的計算時候相對較為簡單。在保持對流空氣溫升一定的情況下，單位功耗需要的空氣流量是一定的。這個是設備設計的物理限制，無法突破。散熱需要的空氣體積可用如下公式計算：L = Qs/（Cp×ρ×ΔT），其中L 為空氣的體積，Qs 為顯熱，Cp 為空氣的平均比定壓熱容，在設備的工作范圍內，可以認為是一個常量，ρ 為空氣的比重。假設設備設計最高工作環境溫度為55℃ ，允許出風口空氣溫度為65℃ ，溫升10℃ ，系統熱負荷為700W，則系統一個小時需要的風量約為200 m2。

這只是一個指導性的結果，不能替代系統內部的熱設計，但是綜合考慮設備風速、通風口面積等設計，如果不能達到這樣的風量，則只能降低設備的熱負荷，增加允許的系統溫升，或者采用其他補充的散熱方式來滿足散熱要求。 在高海拔區域，因為氣壓下降，風冷的效果會受到進一步的影響。但是高原地區一般也不會出現高溫等環境，設備的散熱環境并不會將最差因素疊加。在整個熱系統設計中，可以根據實際情況，做出成本優化又能保證可靠性的設計。

綜上所述，散熱的設計不僅僅涉及到器件的可靠性，而是要考慮整個系統的工作模式以及降低CAPEX、OPEX 的需求，結合設備外運行環境如噪聲要求等協同解決，在各種相互矛盾的限定因素中平衡優化。在空間受限、集成密度高、空間局限的情況下，噪聲和風扇的耗電相對就會較大，如果希望低噪音，就需要加大通風口的面積，降低風速，或者控制設備內處理功耗，降低集成密度。對于環境溫度很高，甚至考慮采用壓縮機等制冷設備散熱，但是也可能會帶來更高的能耗和噪音，同時壓縮機熱端同樣也需要考慮如何散熱。

2.2 灰塵、油煙

灰塵、油煙對設備最主要的影響體現在散熱上。灰塵會堵塞防塵網或空氣過濾設備，附著在散熱器上的灰塵，還會直接影響器件散熱。灰塵還會帶來其他一些影響，例如在連接器上堆積的灰塵，可能影響到新插入組件的連接可靠性。一般情況下，連接器設計的滑動行程和摩擦力已經考慮了插入過程推開灰塵，但是偶發的大顆粒灰塵堆積存在隱患。中興通訊軟基站設備采用了連接器保護一體式假單板設計，經過多種試驗分析，能夠有效防止這樣的問題發生，同時還兼顧平衡風阻的作用。

根據中國大氣監測的情況，很多城市地區總懸浮顆粒物（TSP）平均保持在2 級，即0.2 mg/m3 的水平上[8-10]。新聞報道顯示在2006 年4 月沙塵暴天氣下，北京TSP 達到0.35 mg/m3，峰值達到2 mg/m3。按照多地區平均水平0.2 mg/m3 來算，根據上面散熱能力的計算，700 W 系統散熱每小時氣流中所包含的顆粒物約為0.04 g，每年通過系統冷卻系統的懸浮顆粒物約為350 g。如果對空氣過濾，這些灰塵會使得系統的維護周期大大縮短，維護工作量以及OPEX 上升。實際上，如果不過濾，大部分顆粒物會直接穿過系統，只有一小部分會在系統內，主要在氣流受到阻礙的區域堆積，例如連接器。大量的分析認為，這樣的顆粒灰塵對系統可靠性的影響并不大，系統防塵設計上，應該讓這樣的灰塵無障礙的穿過系統。

在多個現場采集的灰塵分析中，很多灰塵呈現絮狀、纖維狀，來源可能是植物（如楊樹、柳樹飄絮）、摩擦脫落的衣物纖維、植物焚燒產生的飄浮物等，這些纖維狀灰塵吸附在空氣過濾設備上，積累后就會增加系統風阻，影響系統散熱，同時，隨著空氣過濾系統的網孔堵塞，更小顆粒的灰塵會被過濾，系統堵塞速度變快。因為氣流摩擦產生靜電的關系，絮狀及顆粒狀灰塵也會吸附在包括風扇扇葉、單板上，部分影響到系統的散熱（如圖5、圖6 所示）。在這種環境條件下，要通過過濾、隔離等手段，盡量避免灰塵進入設備，在防護設施上，也需要考慮增加通風面積、定期除塵等方式，保證整個環境的散熱通暢。

圖5 某地惡劣環境工作2 個月的接入網設備防塵網被沙塵堵塞

圖6 潮濕環境下防塵網灰塵結塊黏附

灰塵中存在的鹽類會吸收空氣中的水分引起腐蝕。如果現場存在高濕度、甚至油煙，如老式建筑居民樓道、地下車庫、農村民房等，灰塵會更容易黏附在設備上。在個別地方，甚至出現過設備防水百葉窗開口以及通風孔全部被灰塵及油煙混和物堵塞的現象。在這種場合下，往往結合腐蝕危害，需要整體考慮，采用例如熱交換器柜等防護設備，在存在難以清理的油煙等環境條件下，應盡量避免安裝設備，如不得不安裝，應盡量采用密閉型的自然散熱設備。

工業上對灰塵的處理有很多經驗，包括慣性除塵、噴淋、過濾、靜電吸附等多種方式得到應用[11]。對于通信設備，灰塵沒有工業環境惡劣，而能夠提供的動力、空間都非常有限；設備分散安裝在各個站點，維護周期長甚至希望能夠免維護，同時不允許出現高噪音、強烈振動。可以采用的主要就是慣性除塵、過濾等方法，減少一部分進入設備的灰塵。

從上面的分析可以看出，對于系統的防塵設計，也需要結合實際環境因素以及降低CAPEX 和OPEX 的需求。對很多室內應用，可以允許灰塵直接進入和穿過設備，減少維護開銷；對于部分惡劣環境，考慮增加過濾裝置，但需要考慮裝置的容塵能力以及維護開銷；對于部分運營商愿意進行設備維護，不希望灰塵進入設備的，可以使用防塵網；對于存在腐蝕性物質等的環境，要考慮采用內外環境隔離的設備。

2.3 濕度和腐蝕

從功能和性能角度，濕度和溫度一起影響到空氣和板材的介電常數，有可能減少高速設計的裕度，引發設備誤碼率增加等異常。從設備可靠性來看，濕度會加速腐蝕的發生，使得灰塵、有害氣體等對設備的損害加劇。對于部分工藝不良的器件，空氣中的水汽可能帶來破壞性的后果。例如當半導體芯片鈍化層不良時，在潮濕空氣中可能發生內部分層，通過非偏置的高度加速應力測試（uHAST）試驗可以識別此類工藝缺陷；密封不良的電阻器可能因為空氣中含硫，發生硫化而損壞，需要通過選型規避。

一般認為，金屬在潔凈大氣中，在相對濕度小于60%~70% 的干燥大氣中，發生腐蝕的速度非常慢，當相對濕度大于60%~70%時，腐蝕速度大大加快。如果空氣中存在H2S、SO2 等氣體時，腐蝕速度也會加快。臨界濕度隨著空氣成分、金屬成分不同而有差異，積塵中的粒子也會增加吸附而導致腐蝕速度增加。但是總體上可以認為，通過控制使相對濕度小于60%，可以防止大部分大氣腐蝕的發生[12]。

控制濕度的一個重要手段就是控制溫度。設備中空氣被加熱時主要是顯熱增加，飽和水氣壓增大，絕對水氣壓并沒有變化，導致空氣的相對濕度降低。假設設備入口處的空氣濕度接近飽和，設備內空氣溫升達到10 度左右，即可以使得空氣相對濕度降低到60%以下，避免腐蝕的發生。這個方法存在局限性：第一，為了保證低濕度，對空氣進行加熱，使得設備工作的溫度升高，對于需要高溫運行的設備，相當于惡化了設備的工作溫度環境；第二，空氣在設備中是逐漸被加熱的，在進風口附近，濕度較高，灰塵堆積也較多，更容易發生腐蝕。