Design of passive radiative surfaces for energy-efficient base station cooling
Baz istasyonlarının enerji tasarruflu soğutması için pasif ışınımlı yüzey tasarımı
- Tez No: 826698
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ KORKUT KAAN TOKGÖZ, PROF. DR. SERHAT YEŞİLYURT
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Mühendislik Bilimleri, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Mekatronik Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 68
Özet
Artan internet kullanıcı sayısı ve IoT uygulamaları nedeniyle dünya genelinde 65 milyon adet 5G baz istasyonuna ihtiyaç duyulduğu öngörülmektedir. 5G'ye geçiş, yüksek frekansta daha yüksek yol kaybı nedeniyle gereksinim duyulan daha yüksek veri hızı talebini karşılayabilmek için daha yoğun bir baz istasyonu ağı gerektirir. Bağlanabilirlik için gereken enerji miktarı bu nedenle artış gösterecektir. Sayısal işaret işlemleri ve yayınım için harcanan enerjinin yanında yüksek sayıdaki baz istasyonunu uygun kullanım sıcaklığında tutmak için kayda değer miktarda enerji harcamak gerekmektedir. Bu tezin amacı, baz istasyonlarını soğutmak için harcanan enerjinin nasıl azaltılacağı ile ilgili muhtemel çözümlerin tasarım ve analizini araştırmaktır. Enerji tüketmeyen iki soğutma metodu olan doğal konveksiyon ve pasif ışınımsal soğutma bu çalışma içerisinde incelenmiştir. Güneş ışığına doğrudan maruz kalan bir baz istasyonunun 5G baz istasyonunu soğutmak için doğal konveksiyonun yeterli olmadığı görülmüştür. Güneşin etkisini azaltabilmek için, güneş ışınımını yansıtacak ve termal enerjiyi uzaya yayacak iki yeni optik yüzey tasarlanmıştır. Bu yüzeyler kablosuz iletişim cihazlarında kullanılacağı için, yüzeylerden biri mikrodalga ve milimetre dalgalarını iletebilecek, aynı zamanda güneş ışınımını yansıtıp, atmosferik iletim penceresinde termal ışıma yapabilecek şekilde tasarlanmıştır. Polimetil metakrilat içerisine gömülü titanium dioksit nanoparçaçıkları güneş ışınımı tayfında %98, atmosferik iletim penceresinde %4 yansıma elde ederken, mikrodalga ve milimetre dalga frekanslarında %98'in üzerinde geçirgenlik sağlanmıştır. İkinci optic yüzey çok katmanlı ince filmler olarak tasarlanmıştır. Dört katman ince film ve alüminyum alt tabake ile güneş ışınımı tayfında %91 yansıma ve atmosferik iletim penceresinde %20 yansıma elde edilmişir. Bu çalışmaların sonucunda 5W güç ile çalışan elektronik ekipmanların herhangi bir elektrik tüketimi olmaksızın soğutulabileceği sonucuna varılmıştır.
Özet (Çeviri)
It is estimated that 65 million 5G base stations are needed worldwide due to the increasing number of internet users and IoT applications. Switching to 5G would require a denser base station network due to the higher path loss at higher frequencies to supply the required higher data rate demand per user. This would increase energy consumption for connectivity as a whole. For a vast number of base stations, it would require enormous amounts of energy to keep them at suitable operation temperature in addition to their intrinsic signal processing and propagation-related power consumption. The aim of this thesis is to investigate, design and analyze possible solutions to decrease energy consumption for cooling base stations. Natural convection cooling and passive radiative cooling are the two passive cooling solutions, which do not require any additional energy consumption, and are investigated in this thesis. It is discovered that under solar radiation for a moderate summer day, natural convection, practically applied for many base stations, is not enough to cool a small cell base station. To be able to decrease the effect of heat from solar radiation, two novel optical surfaces are designed to reflect solar radiation and radiate thermal energy to outer space. Since these surfaces are used in a wireless communication device, one of the surfaces is designed to transmit microwaves and millimeter waves, meanwhile reflecting solar radiation, and emitting thermal radiation in the atmospheric transmission window (ATW). With the titanium dioxide nanoparticles embedded in polymethyl methacrylate, 98% reflection in the solar band, and 4% reflection in ATW, along with over 98% transmission in microwave and millimeter wave frequencies, were achieved. The second optical surface is designed as multi- layer thin film. With four layers of thin films and an aluminum sub-layer, 91% reflection in solar band, and 20% reflection in ATW were achieved. As a result of these studies, electronic equipment that operates with 5W can be cooled without any electric consumption.
Benzer Tezler
- Ultrasona duyarlı hidrojellerin sentezi ve ilaç salım davranışlarının incelenmesi
Synthesis of ultrasensitive hydrogels and investigation of drug release behavior
ŞULE BALCI
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
BiyomühendislikSakarya ÜniversitesiBiyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CUMA BİNDAL
- Binalarda güneş kontrol elemanlarının soğutma enerjisi yüklerine etkisinin irdelenmesine ilişkin bir çalışma
An evaluation study on the effect of solar control devices onto cooling energy loads in buildings
AYŞEGÜL CİRİT
Yüksek Lisans
Türkçe
2012
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiMimarlık Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜL KOÇLAR ORAL
YRD. DOÇ. DR. GÜLTEN MANİOĞLU
- Havalı kollektörle ısıtma ve ekserji analizi
Heating with the solar air collector and its exergy analysis
MUSTAFA ALTUNBAŞ
- Sıcak nemli iklim bölgesi için iklimsel tasarım parametrelerinin ısıl performansa etkisini değerlendirme: Bir konut örneği
The evaluation of the effect of climatic design parameters on thermal performance for the hot and humid climatic zone: A residential building sample
MEHMET HAYRİ TÜRKTAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
Mimarlıkİstanbul Teknik ÜniversitesiMimarlık Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜL KOÇLAR ORAL