通信匯聚機房綠色節能設計研究

何寶磊，張 暉

（中通服咨詢設計研究院有限公司，江蘇 南京 210019）

0 引 言

近年來，我國各行各業積極響應政府號召開展節能減排工作，綠色節能觀念逐漸深入人心。為了落實科學發展觀，通信行業已經將節能減排工作納入到日常重要事項中。隨著通信技術的逐步發展，各類通信設備集成度、功耗等相比以往成倍提高，各運營商機房均存在部分機房空調制冷效率低、局部高溫的問題，機房內設備因過熱而故障，嚴重影響網絡安全和用戶體驗，降低服務質量[1]。通信機房作為節能減排的重點對象，在運營商節能減排工作中應引起高度重視。

1 通信匯聚機房用電分析

傳送網按層級可以分為核心層、匯聚層、接入層，其中匯聚層起到承上啟下的作用。匯聚機房作為承載匯聚層設備的物理載體，根據重要性、覆蓋區域、收斂疏導業務量可分為重要匯聚機房、普通匯聚機房、業務匯聚機房[2]。匯聚機房分層結構如圖1所示。

圖1 匯聚機房分層結構圖

重要匯聚機房用于單個或多個匯聚區業務收斂，實現與核心節點互聯，重要性和安全等級要求較高，主要安裝傳送網設備、核心網轉發面設備、數據承載網寬帶接入服務器（Broadband Remote Access Server，BRAS）以及內容分發網絡（Content Delivery Network，CDN）等下沉設備。

普通匯聚機房用于收斂單個匯聚區域業務，可以結合綜合業務接入區的規劃進行部署，主要安裝傳送網設備、無線網集中部署設備，按需部署數據承載網BRAS[3]。

業務匯聚機房用于匯聚某些業務集中區域的局部業務，以節省上連的管線資源，主要安裝傳送網設備、無線網集中部署設備以及集客接入設備等[4]。

匯聚機房用電可以分為通信設備用電和機房環境用電。其中通信設備用電主要分為傳輸設備用電、數據設備用電、無線設備用電等，機房環境用電主要分為機房空調用電、機房照明用電等[5,6]。通過對比分析近年來匯聚機房通信設備用電量和機房環境用電量數據，得出通信設備用電量、空調設備用電量、照明設備用電量在機房總用電量中的占比如表1所示。

表1 各類設備用電量占比

根據在網匯聚機房使用情況的調研，通過優化空調制冷方案、提高制冷效率、降低空調數量的方式可以有效降低空調用電，從而實現通信匯聚機房的節能減排。

2 通信匯聚機房存在的問題

匯聚機房內有源設備區域和無源設備區域未加以區分，混合布置，共用機房空間。空調需要為整個機房服務，制冷要求較低的無源設備區域也在消耗空調資源，制冷空間過大，導致空調制冷效率低[7]。

新建匯聚機房的設備數量隨著業務發展不斷增加，除了基礎配套設備外，業務設備在前中期數量偏少，僅集中安裝于機房部分區域，實際占用的機房空間有限，而空調需要對整體空間進行制冷，造成了不必要的冷量損失。

現階段，匯聚機房新增的各類設備集成度高、功耗大、產生的熱量大，傳統設計中雖然空調的制冷量能滿足要求，但由于機房設備安裝位置不合理，中高功率設備遠離最佳制冷區間，導致機房局部高溫問題，后期維護部門只能通過限制機房使用或新增空調解決局部過熱問題，大大增加了機房用電量，無法滿足機房電源使用效率（Power Usage Effectiveness，PUE）的要求，違背了節能減排的原則[8]。

設備機柜的進出風方式、散熱模塊的配置等與機房總體氣流組織的設計方式相悖，設備自身散熱不暢導致產生的熱風無法高效排出，在機柜內部形成渦流，導致機柜內局部高熱，極易引起設備過熱宕機造成通信故障或設備損壞，產生不可計量的經濟損失。

3 匯聚機房綠色節能設計

結合通信匯聚機房自身的實際情況，選用合適的設計方案，減少匯聚機房在工作中的無效電能消耗，實現機房PUE值降低和節能減排的目的。

（1）采用有源設備和無源設備分離的分區方式，合理分配需要空調制冷的空間，減少冷量損失。具體設計時，綜合考慮機房形狀、尺寸、光纜進局以及空調安裝等條件，將機房劃分為有源設備區域、無線設備區域。有源設備區域盡量方正，便于安裝設備、空調等。無源設備區域盡量選擇機房邊角區域，靠近光纜進局等[9]。

以某匯聚機房為例，機房整體面積約107 m2，機房內有剪力墻等結構，無法拆除。選取機房最內部的方正區域（約40 m2）作為有源區域；機房右側狹長區域不便于安裝有源設備，且機房入局管孔在右側，故劃定右側區域為無源光纖配線架（Optical Distribution Frame，ODF）區域（約24 m2）；剩余區域（43 m2）作為后期機房擴容預留區域。匯聚機房區域劃分如圖2所示。

圖2 匯聚機房區域劃分

（2）采用靈活可調控的軟隔斷方式，將冷風空間縮小，解決初期空調粗獷式送風、制冷區域大的弊端，緩解機房維護壓力。設計時對有源區域進一步規劃，劃定未來3～5年內設備安裝區域和各類設備數量，將該區域與其他空閑有源區域采用防火軟隔斷材料進一步分離，縮小制冷區域，提高空調制冷效率。

以某匯聚機房為例，未來3～5年內普通建設方式下的機房制冷量需求測算結果為26.8 kW。而通過軟隔斷進一步縮小制冷區域后，制冷量需求測算結果為24.976 kW。根據測算結果，軟隔斷方式能夠進一步減少維護空間，降低冷量損失。此外，經實際測量，軟隔斷內部空間溫度比外部溫度低3 ℃以上，有利于在用設備散熱。匯聚機房軟隔斷方案如圖3所示。

圖3 匯聚機房軟隔斷方案

（3）根據有源區域設備平面布局，擬定不同設備的安裝位置，分離高熱量設備。波分電子架、BRAS設備等高功耗、高熱量設備盡量靠近空調安裝，保證設備的散熱條件，避免部分設備出現局部高溫，提高機房使用率，降低機房內設備故障率。

（4）采用各種新型空調，如小型精密空調、氟泵空調、節能雙循環空調，降低空調全年電功率，達到節能減排的目的。在設計時應注意氣流組織布局，采用防靜電地板下送風、風管精確送風、封閉冷通道等建設方式，避免氣流組織混亂、氣流短路等問題，提高制冷效率[10]。

（5）對于局部過熱的設備，應結合實際情況進行具體設計。對機柜中未安裝設備的空余槽位進行封堵，防止氣流紊亂。此外，對同一列相鄰機柜之間的空隙、機柜底部與防靜電地板之間的空間進行封堵，阻止熱氣流的回流。當機柜內設備較多或原有散熱方式不暢時，可通過加裝額外的散熱單元來改善。

4 結 論

通過對有源設備和無源設備分區、新增靈活可調控的軟隔斷區域以及擬定設備位置等方式，分離使用區域，縮小制冷區間，合理配置設備位置，從而提高空調制冷效率，解決機房局部過熱、能效低的問題。通過通信匯聚機房綠色節能設計，提升機房使用效率，保障后期各類業務的順利持續接入。