在用通信機房的氣流組織分析及優化改造

蔣雅靖

上海郵電設計咨詢研究院有限公司

0 引言

互聯網+”是把互聯網的創新成果與經濟社會各領域深度融合，推動技術進步、效率提升和組織變革，提升實體經濟創新力和生產力，形成更廣泛的以互聯網為基礎設施和創新要素的經濟社會發展新形態。傳統網絡架構顯然已無法適應未來互聯網的發展。隨著“互聯網+”國家戰略的不斷推進，網絡架構重構勢在必行。近期目標就是推動部分具備條件的機房向數據中心架構（DC）的方式進行改造。

然而，電信傳統通信機樓建筑年代早，其中的程控交換機房、傳輸機房開間較小，層高較低，設備功率密度低，以風冷空調為主，室外空調設備安裝空間緊張。隨著通信業務的發展銅退光進，通信設備數據化成規模地發展，特別是傳輸機房新業務通信設備單機柜功耗不斷上升、機房單位熱密度迅速增長，導致許多局站出現了傳輸機房空調氣流組織混亂、冷源缺乏等問題。

本文選取典型的在用通信機房作為案例，通過現場采集，對氣流組織進行分析，提出優化改造方案；在此基礎上總結在用通信機房氣流組織方面存在的典型問題，提出可操作、可復制、可推廣的解決方案，以優化機房氣流組織，消除局部熱點，節約空調能耗，逐步達到機房平面管理標準化的目標。

1 工程概況

某通信樞紐樓三層新建傳輸機房位于原程控機房內，如圖1所示。考慮到原機房消防系統改造較為困難，新建的傳輸機房（如圖2）與程控機房僅通過鐵絲網進行隔斷，未設置實體墻。

圖1 某三層機房整體平面圖

圖2 某三層新建傳輸機房平面圖

三層機房其他區域的設備為程控退網設備，后期需做拆除處理。新建傳輸機房內機架設備及單機架功耗情況如表1所示：

表1 機架布置情況

經計算，新建傳輸機房總冷負荷為97 kW，現配置了4臺顯冷量32.5 kW的下送風風冷機房專用空調，3主1備。機房架空地板高度為350 mm。

2 空調系統存在的主要問題

新建傳輸機房內現有空調設備可以滿足制冷需求，然而機架內設備在室外氣溫較高的季節，空調設備需要全部開啟運行，仍會出現高溫告警。此時，機房內無備機，運行存在安全隱患在室外溫度30～38 ℃、天氣晴朗的情況下，使用testo 174T溫度記錄儀對機房溫度進行了實測。結果如圖3所示，D、E列之間的熱通道溫度高達38 ℃，機架最高出風溫度為44.4 ℃，遠遠超過了規范要求的機房室內設計溫度值18～27 ℃[1]。

圖3 某三層新建傳輸機房實測各區域溫度

由于新傳輸機房內有部分機架功耗較高，機房內產生了局部熱點根據現場查勘情況分析，主要有以下幾點原因：

1）機房（新建傳輸機房與程控機房邊界處）架空地板下部無隔斷、上部為鐵絲網隔斷，使得專用空調的冷量擴散至程控機房內，冷量無法充分利用；

2）新建傳輸機房內架空地板破損且部分地板設有出風百葉，漏風現象嚴重，造成空調冷量無法完全送入機架內；

3）架空地板下近空調送風口布放有大量電纜，影響了空調的送風量；

4）部分機架下部進風口無送風導流板，致使部分風量未進入機架進風面而直接從出風面或上部排出；

5）部分機架內服務器安裝位置較低，機架下部進風口被遮擋，且無法安裝導流板，另有部分機架進風口并未打開；

6）部分機架內的設備與柜門間的送風通道過于狹小，送風量無法滿足設備的散熱要求。

7）機架內未安裝服務器的位置無盲板封閉，導致機架內氣流組織紊亂，冷量未得到有效利用。

3 機房優化改造方案

為改善新建傳輸機房的環境，緩解機房內局部熱點的產生，考慮對機房及機架內的氣流組織進行改造。

3.1 裝修改造方案

考慮消防疏散的要求，無法將架空地板上方進行實體隔斷，僅在鐵絲網隔斷處的架空地板下方采用實體隔斷封閉，確保專用空調的冷量得到充分利用，避免冷量在下部擴散至程控機房內；修復機房內破損的架空地板并取消出風百葉，確保架空地板的密閉性。

3.2 電源改造方案

將架空地板下近空調送風口布放的電纜上翻至機架上部，減少空調機組的送風阻力，使得冷量能得到充分利用。

3.3 機架改造方案

A列和C列機架采用機架下進風背面上部出風的氣流組織，單機架功耗（2～2.5 kW）較低，機架下進風量可滿足單機架的制冷需求。而B列機架無發熱設備，故本次不對A～C列機架進行改造。

D～E列機架單機架功耗較高（功耗3～3.5 kW），容易出現局部熱點，考慮對D～E列機架進行改造。

主要措施包括：

1）對部分機架未打開的送風口擋板進行拆除，并對機架正面進行改造，將機架正門外移150 mm，使得設備正面與機架正門之間形成封閉冷通道，加強設備的散熱效果。

2）每個機柜底板前部設置一個可調節進風口，尺寸規格應≥400 mm（寬）×350 mm（深）。進風口設置調節裝置（如滑動蓋板），使得進風口大小可在全開和全閉之間連續調節。

3）進風口上方設置一個高度為180 mm～260 mm的導流罩，引導冷風進入機柜前門與設備面板之間的區域。需根據每個機柜實際安裝設備的情況，使用設計合理的導流罩，既要防止冷風直接流向機架后部或兩側，又要盡可能減少空氣阻力。進風口、調節裝置及導流罩如圖4所示[2]。

圖4 數據機架內部氣流組織及參數要求

4）每個機柜內設備正面板平面配置必要的密封組件，以確保冷風全部進入設備正面板進風口，而不致泄漏。本次改造主要是在上下設備之間的安裝密封面板（也稱假面板或盲板）等，如圖5所示。密封面板及組件應采用不易變形、輕便、難燃或不燃材料制作。密封面板規格有多種規格，需拆裝方便。

圖5 機柜內密封面板的設置

4 機房改造后效果

在機房根據方案實施改造后，原局部熱點區域的溫度恢復到設計值。根據監控平臺對機架內服務器設備溫度及風扇運行情況的記錄，選取部分數據對比了改造前后服務器設備溫度及風扇運行情況，如表2所示，可以看出改造后的設備溫度下降明顯，原本高速運行的風扇都恢復了正常轉速，機房環境得到了明顯的改善。

表2 改造前后服務器設備溫度及風扇運行情況的對比

5 總結

除了對某通信樞紐樓三層新建傳輸機房實施了改造之外，還對其他典型的在用通信機房進行了調研分析。

從這些機房的現狀來看，許多在用通信機房均存在早期規劃與后期因業務發展使用不一致的情況，雖然在計算上總供冷量是大于設備總發熱量的，但通信設備布局和空調送、回風氣流組織不合理造成空調制冷效率低、效果差的問題。

通過對上述機房的改造，重新合理規劃機房及機柜內部的氣流組織，有效地緩解了機房內局部熱點的問題，同時降低了空調設備的運行能耗。因此，從機房整體到機柜內部細節上優化在用通信機房的氣流組織是實現機房標準化平面管理的有效措施。