機房局部過熱問題解決方案

石文文

（安徽電信規劃設計有限責任公司，安徽 合肥 230039）

0 引 言

傳統通信機房大部分采用上送風方式，這種送風方式是一種敞開式的氣流組織方式。空調集中部署采用上送風、上回風方式，設備機架開放式部署。隨著制造工藝和技術水平的提升，通信設備功能越來越強、功耗越來越大。雖然設備機架采用面對面、背靠背布局，但空調冷熱氣流沒有物理隔離，氣流組織紊亂，空調冷氣先冷機房空間、后冷設備，制冷效果差，易形成熱島效應。針對傳統機房局部過熱問題，本文對幾種常見解決方案進行分析和總結。

1 局部熱點回風箱系統

1.1 系統分析

傳統數據或傳輸機房空間較大，設備數量多且單機柜功耗大。在機房設置一個回風口，與室內機通過風管相連。回風效果與回風風管的長度和形式相關，距離回風口較近區域的回風效果良好。對于距離空調機較遠的回風口，由于風管的沿程阻力較大，因此回風量衰減，部分設備的熱量無法全部排出，易出現熱島效應[1]。回風箱系統主要針對回風效果不均勻的現象，通過在回風口增加風機系統，可以有效降低回風風管截面積對回風效果的影響，避免風量不足導致空調機組制冷量不足的問題，有效補充壓力損失。回風箱系統結構如圖1所示。

圖1 回風箱系統結構

1.2 案例分析

以運營商某綜合機房為例，機房熱負荷約200 kW。機房兩側設置機房專用空調共8臺，其中6臺主用、兩臺備用，單臺空調制冷量46.9 kW。機房空調總制冷量為46.9×6=281.4 kW，制冷量較熱負荷有充足富余。

機房設計采用管道上送風、立柱式回風方式，左側回風立柱經匯總管翻入天花，直接引至空調回風端。右側回風立柱匯總管水平位置沒對齊，導致水平方向有兩個彎頭。機房內右側設備出現局部熱島效應，左側設備的溫度正常。機房兩側風管長度、布置方式不一樣，導致右側回風管道的阻力較左側回風管道阻力大。通過在機房左側回風箱系統改造，增壓風機箱的余壓抵消過道側回風管道多余的阻力，使兩側的回風管路更加均衡，回風量也趨于平衡，有效解決了機房熱島效應[2]。機房改造前和改造后的對比如圖2所示。

圖2 效果對比

2 精確送風系統

2.1 系統分析

精確送風是將空調冷風通過風道送到機柜冷通道或者機架內部的方式，送入通道或機架內部的風量可以根據機架內設備散熱量的不同進行手動或自動調節，按需分配。空調冷風直接被送到設備進風口，先冷設備、后冷環境，避免了冷風和設備熱排風的混合損失，減少了冷量浪費并改善了空調機組工況。

精確送風方式包括上送風精確送風和下送風精確送風。上送風方式是在機柜上方安裝特制的送風柜門，將冷風直接引至柜門上方的送風口，再由送風口送進機柜，可以通過柜門上風送風口的風閥調節送至各機柜的風量，系統組成如圖3所示。下送風方式是通過機柜下風道或送風地板將風從機柜底部送入柜內，通過機柜底部抽板調節送入機柜的風量[3-5]。

圖3 上送風精確送風系統組成

2.2 案例分析

某運營商綜合機房的面積約為650 m2，共計安裝網絡機柜203架，空調部署在機房兩側，空調為上送風形式。空調總數量為13臺，為了保障機房內的溫度滿足設備安全運行要求，所有空調均投入運行，但機房內氣流循環靜區及高發熱設備區域仍有局部溫度不均勻現象出現。

通過精確送風改造，停運5臺空調，其余8臺空調用于機房內環境溫度控制，機房內局部溫度不均勻現象消除。通過機房動環監控平臺檢測溫濕度狀況，顯示機房的環境溫濕度控制狀況有效改善。

3 熱管氟泵背板空調

3.1 系統分析

熱管是通過系統內工質相變來實現傳熱的元件，具有良好的等溫性、導熱性以及熱流密度可變性。利用氟泵熱管可以有效解決重力熱管供液動力不足、蒸發器與冷凝器安裝位置受限以及熱量有效控制等問題，適用于高熱密度的機房。熱管氟泵背板空調系統結構如圖4所示。

圖4 熱管氟泵背板空調系統結構

利用熱管原理可以將室內機設計成機柜背板形式，機柜實現按需制冷、就近制冷，減少不必要的冷量損失，機房設備冷卻效率較高，同時也減小了對機房空間的占用，節約機房空間。氟泵熱管空調系統可以設計成設備及冷量冗余，滿足機房空調的安全性要求。氟泵熱管空調可以利用自然冷源，空調系統在室外溫度較低的區域運行更加節能，具有良好的經濟效益。氟泵熱管空調可以實現機柜背板制冷，不占用機房空間，同時也能夠滿足大功率設備的制冷要求并降低空調能耗，避免設備因溫度過高而出現宕機的風險。

3.2 案例分析

運營商某機樓于2005年建成使用，其3層綜合機房為A類機房和市級核心機房，機房面積為380 m2，主要采用空調上送風形式。設備朝向一致，沒有采取面對面或背靠背布置方式。機房溫度為23 ℃，相對濕度50%。機房平面布置如圖5所示。西五列iTV設備功耗較高、設備排風溫度高，導致西四列設備進風溫度高，機房內部出現熱島效應。

圖5 3層綜合機房平面布置

接入熱管氟泵背板空調，改造后的機房結構如圖6所示。安裝兩臺額定制冷量50 kW的風冷氟泵空調與11套額定制冷量4 kW、最大制冷量5 kW的氟泵熱管背板空調末端，兩臺風冷氟泵空調（圖6中RDU）配套11臺氟泵熱管背板空調末端。氟泵熱管背板空調系統采用系統冷量備份，風冷氟泵主機采用獨立雙物理系統，空調末端采用交叉接入，冷量冗余100%。通過改造，降低iTV設備排風溫度和西四列核心網進風溫度，保證本列設備在正常溫度下工作。

圖6 3層綜合機房熱管氟泵背板空調結構

4 結 論

隨著運營商網絡重構工作不斷推進，數據中心機房改造工作不僅要考慮到新增虛擬單元部分，同時也要兼顧傳輸等專用硬件部分。虛擬單元放置在新機房，機柜可以采用封閉冷通道或微模塊方式解決機房局部過熱問題。在實際應用過程中，應結合熱島效應的不同成因合理選擇解決方案。