電磁屏蔽機柜在IT工程實施中的應用探討

張亞輝 段保平 陳森 陳建新

摘 要：電磁屏蔽機柜在IT工程的應用不斷增多，但實際屏蔽性能和密閉機柜的散熱等問題一直困擾著該類工程和機柜的應用。本文通過對電磁屏蔽的介紹以及對工程實施和后期運維中的突出問題進行分析，提出了一系列實施解決方案，希望有助于發(fā)現(xiàn)類似工程項目的問題并提前解決，保證涉密項目技能達到既定保密目標，又能保障設備系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

關鍵詞：電磁屏蔽;密閉機柜;散熱性能

1引言

隨著IT技術的不斷發(fā)展，數(shù)據(jù)中心和資源池的可靠性和運維水平大大提高，越來越多的黨政項目、涉密項目等自建系統(tǒng)逐步開始部署在公用IT基礎設施或運營商資源池中，同時為了兼顧保密性能，電磁屏蔽機柜成為此類項目工程實施的首選。但在實際工程實施過程中，電磁屏蔽機柜由于其特殊性，常導致機柜在實踐應用中的屏蔽性能無法達到設計要求，或運行中出現(xiàn)設備故障率高發(fā)的問題。本文通過對電磁屏蔽機柜在實際工程實施過程中的難點進行分析，提供有效的工程建設解決方案。

2電磁屏蔽介紹

根據(jù)國家標準GB 50174-2008《電子信息系統(tǒng)機房設計規(guī)范》以及國家保密局發(fā)布的BMB19-2006《電磁泄漏發(fā)射屏蔽機柜技術要求和測試方法》的規(guī)定，涉密信息系統(tǒng)中使用的IT設備均應采取電磁泄漏發(fā)射防護措施。一般對于涉密級別高、設備集中的情況可采用電磁屏蔽室方式，而對于設備分散、部署靈活且成本控制要求高的情況可采用電磁屏蔽機柜的方式。

電磁屏蔽機柜因具備安裝部署靈活、成本相對較低、同時也具備較高安全防護性能的特點，越來越多的被應用到涉密工程項目中。該類機柜可有效地抑制IT設備電磁信息泄露并防止外部強電磁干擾柜內(nèi)設備的工作。它一般采用六面均為冷軋鋼板焊接成的全密閉箱體，通過波導管進行進出線纜的布放，通過通風波導窗進行機柜冷熱風交換。

根據(jù)不同的電磁屏蔽能效分級為ABC三級，其中 C級電磁屏蔽效能最高，磁場：14KHz≥70dB、150KHz≥95dB，故IT設備涉密項目中一般采用C級電磁屏蔽機柜。

電磁屏蔽機柜主要由以下構件組成：屏蔽殼體、屏蔽門、電源濾波器、通風波導窗、網(wǎng)線/光纖波導管。

3電磁屏蔽機柜應用現(xiàn)狀和問題

目前電池屏蔽機柜的應用中主要面臨著屏蔽效能不達標和機柜通風散熱性能差等問題。

（1）屏蔽性能

因受到工程復雜程度、施工工藝要求、現(xiàn)場部署條件、工程采購等多重因素影響，工程實施后的電磁屏蔽機柜效果往往達不到設計要求，屏蔽效能經(jīng)常僅能達到50 dB甚至更低，機柜非但沒有達到應有的屏蔽效果，有些部件甚至成為信號泄露發(fā)射的發(fā)射源。

電磁屏蔽機柜施工中經(jīng)常出現(xiàn)如下問題：

因列頭柜熔斷規(guī)格制約、機柜雙路冗余供電影響、濾波器配置數(shù)量等原因，進入機柜的電力電纜容易造成信號泄漏;

因使用非屏蔽網(wǎng)線、含金屬材質加強芯的光纜或因施工工藝不達標等原因，進入機柜的通信線纜容易造成信號泄漏;

因施工過程中對波導窗、機柜門、供電系統(tǒng)、散熱系統(tǒng)等進行改造等原因，對原有機柜架構的破壞容易造成信號泄漏。

（2）機柜通風散熱

受到甲方工程項目預算、乙方應標產(chǎn)品成本以及機房空調(diào)送風方式和氣流組織等環(huán)境因素影響，電磁屏蔽機柜散熱系統(tǒng)的配置及實際散熱效果往往差別較大，實際部署后容易造成設備宕機甚至損壞的情況，更是經(jīng)常出現(xiàn)因擔心設備性能下降或故障，業(yè)務使用部門迫不得己打開屏蔽機柜柜門散熱的情況，這就完全失去了電磁屏蔽的預期目的。

電磁屏蔽機柜應用后的散熱問題主要有：

機柜進風波導窗和出風波導窗設置面積過小，或設置位置與柜內(nèi)設備位置不協(xié)調(diào)，造成通風不暢;

機柜配置的排風扇排風量無法達到密閉機柜的排風量要求，造成機柜內(nèi)外換風過慢;

機柜內(nèi)部氣流組織不合理或未按要求進行擋風板設置，造成機柜內(nèi)冷熱風循環(huán)效率低。

4工程實施解決方案

前文分析的電磁屏蔽機柜應用現(xiàn)狀和問題，在工程實施時需從以下幾個方面進行針對性解決。

（1）機柜選擇及設備供電

應根據(jù)機房實際需求選擇合適的機柜配置，進出線位置需符合機房走線規(guī)范，避免臨時改造走線線路或破壞原機柜結構。建議選配機柜外部自帶配電模塊且電源濾波器在機柜外部的機柜。濾波器供電由機柜外的電源模塊提供，電力電纜在機柜外部連接濾波器后再入線，防止未經(jīng)濾波的電源線直接穿過機柜。

機柜內(nèi)設備需雙路供電，如果供電條件允許，除設備引電之外也可從列頭柜為電源濾波器提供單獨供電。列頭柜一側連接電源濾波器的接線端子需使用熔斷器和不帶漏電保護的空氣開關，以防止由漏電流引起的漏電開關脫扣，如必須需漏電保護開關可在屏蔽機柜內(nèi)的設置配電模塊來實現(xiàn)。

（2）線纜選擇和布放

①通信線纜

進出機柜的網(wǎng)線必須選擇屏蔽雙絞線，施工時應嚴格遵守施工工藝要求，每條網(wǎng)線進出機柜的部分使用金屬屏蔽網(wǎng)做屏蔽處理。光纜建議選擇無金屬光纜，其加強芯也必須用非金屬材料制成。

②電力電纜

包括電源線、地線在內(nèi)的所有進出機柜的電力電纜必須經(jīng)過電源濾波器。機柜金屬腔體外部的有源器件需由機柜外的電源模塊供電，機柜內(nèi)部設備由內(nèi)部電源模塊供電。因供電條件限制而不得不穿過機柜的屏蔽柜體供電時，每條電源線均需配置電源濾波器。

（3）通風散熱

電磁屏蔽機柜的散熱問題是困擾柜內(nèi)業(yè)務系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的最大障礙，目前業(yè)界普遍使用的仍是通過通風波導窗+排風機的模式進行機柜散熱。機柜散熱效果受到柜內(nèi)設備功耗、冷熱風循環(huán)結構、排風量等因素影響。其中排風量又和柜內(nèi)空氣壓力、空氣濕度等參數(shù)有關。

①通風量推算

根據(jù)數(shù)據(jù)中心機房規(guī)范，冷通道或機柜進風區(qū)域的溫度范圍為18℃～27℃，相對濕度不大于60%。根據(jù)經(jīng)驗屏蔽機柜內(nèi)設備總功耗建議不超過2000W左右，柜內(nèi)環(huán)境溫度建議不超過30攝氏度。本文參考業(yè)內(nèi)常用的排風量計算公式：

其中為理論排風量;為機柜設備總功率，取2000w;P為實際空氣壓力，取標準大氣壓101.3kPa;T為實際空氣熱力學溫度，取22℃，即295k;P0為T溫度下飽和水蒸氣壓力，查詢22℃下時壓力為2.6398 kPa;為空氣相對濕度，取50%;為溫度上升值，取22～30℃上升值為8。

根據(jù)以上公式計算，該條件下理論排風量為12.3立方米/分鐘，即434.4立方英尺/分鐘。考慮機柜內(nèi)空氣阻力和散熱性能損耗，根據(jù)空氣熱力學及流體力學公式推算出屏蔽機柜的理論排風量應再乘以1.5的損耗系數(shù)。機柜實際排風量建議至少18.45立方米/分鐘，即650立方英尺/分鐘。即便將柜內(nèi)溫度提升的極限設置為33℃，排風量要求為至少11.35立方米/分鐘，即400立方英尺/分鐘。可參考該送風量推算結果進行機柜風扇配置。

②機柜內(nèi)部

如為空調(diào)下送風上出風模式，機柜內(nèi)部需在前側2個立柱的兩側設置隔風擋板，并在未安裝設備的空間全部配置盲板，在機柜前部的設備至機柜門之間形成封閉的冷風區(qū)域。下部進風口應盡量靠近機柜前部，并在進風口上設置弧形導流板，將進入機柜的冷風全部引入機柜前部冷風區(qū)域，頂部出風口應稍微靠近機柜中后部，相對遠離冷風區(qū)域并便于熱風回流。由于排風量需求較大，進風口也可加裝風扇用于加大冷風送風量。

③機柜外部

機柜外部可考慮采用如下方式增加送排風和散熱效果：如采用下送風架空地板，可采用冷風導流的方式，加大空調(diào)對電磁屏蔽機柜的送風量;在機柜外的頂部或底部可加裝大功率風機，相對于機柜內(nèi)的風扇配置功率受限，機柜外的風機可大大增加送風效果。

5結束語

通過電磁屏蔽機柜在IT工程實施中的應用解決方案可將在系統(tǒng)運維階段發(fā)現(xiàn)的問題提前至采購、設計、施工、運維等環(huán)節(jié)進行解決，可以充分保障工程項目的保密目標和穩(wěn)定運行。