面向傳輸設(shè)備散熱方式的機(jī)房空間資源規(guī)劃方案

喬 棟

（中通服咨詢設(shè)計研究院有限公司，江蘇 南京 210019）

0 引 言

為了有效應(yīng)對大容量傳輸設(shè)備、不同散熱方式、不同散熱量對于機(jī)房及其內(nèi)部設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行的影響，技術(shù)人員需要預(yù)先做好對各個傳輸設(shè)備的調(diào)研工作，基于調(diào)研結(jié)果及實(shí)際散熱情況開展機(jī)房空間資源規(guī)劃，通過科學(xué)合理的機(jī)房空間資源規(guī)劃顯著降低機(jī)房及傳輸設(shè)備出現(xiàn)環(huán)境溫度預(yù)警及故障的概率，一方面確保機(jī)房空間資源的應(yīng)用質(zhì)量，另一方面有效應(yīng)對未來傳輸設(shè)備發(fā)展完善對于機(jī)房建設(shè)及機(jī)房空間資源規(guī)劃的挑戰(zhàn)，從而為通信行業(yè)發(fā)展建設(shè)打下堅實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。

1 傳輸設(shè)備散熱方式分析

1.1 地板送風(fēng)

地板送風(fēng)散熱方式應(yīng)用的是氣流下送上回技術(shù)，該技術(shù)下的機(jī)房平面規(guī)劃如圖1所示。此方式先對傳輸設(shè)備進(jìn)行散熱處理，隨后對機(jī)房環(huán)境進(jìn)行散熱處理，能夠通過熱通道風(fēng)管回風(fēng)避免遠(yuǎn)端機(jī)柜熱量淤積問題，但是地板底部的既有走線會降低送風(fēng)效率和送風(fēng)量，增加機(jī)房規(guī)劃建設(shè)成本，提高風(fēng)管結(jié)構(gòu)安裝技術(shù)難度[1]。

1.2 風(fēng)帽上送風(fēng)

風(fēng)帽上送風(fēng)散熱方式應(yīng)用的是空調(diào)直送風(fēng)技術(shù)，該技術(shù)下的機(jī)房平面規(guī)劃如圖2所示。此方式會混合機(jī)房中的冷熱氣流組織，從而導(dǎo)致機(jī)房局部過熱、機(jī)柜進(jìn)風(fēng)溫度不均勻等問題。

1.3 風(fēng)管上送風(fēng)

風(fēng)管上送風(fēng)散熱方式應(yīng)用的是冷送風(fēng)定點(diǎn)輸送技術(shù)，該技術(shù)下的機(jī)房平面規(guī)劃如圖3所示。由于冷送風(fēng)能夠達(dá)到的輸送距離較長，此方式不會混合過多的冷熱氣流組織，能夠避免熱回風(fēng)氣流及冷送風(fēng)氣流短路問題，但是會降低送風(fēng)管道的送風(fēng)效率和送風(fēng)量，而且對于機(jī)房空間資源規(guī)劃有一定要求，會增加機(jī)房規(guī)劃建設(shè)成本[2]。

1.4 云艙（微模塊）

為了提高傳輸設(shè)備機(jī)房的熱管理效率，可以選擇應(yīng)用云艙（微模塊）散熱方式。此方式能夠封閉機(jī)房冷通道，減少機(jī)房冷空氣泄露損失、氣流壓力損失，從而提高機(jī)房冷空氣資源利用效率[3]。但是云艙（微模塊）要求傳輸設(shè)備風(fēng)道應(yīng)用前進(jìn)后出形式，如果設(shè)備風(fēng)道設(shè)置與要求不符，則不適合應(yīng)用此方式。

2 傳輸設(shè)備及機(jī)房散熱問題分析

2.1 傳輸設(shè)備散熱問題

不同傳輸設(shè)備散熱方式產(chǎn)生的制冷效率和質(zhì)量存在較大差異，對于單機(jī)柜功耗的要求也各不相同，而且會導(dǎo)致不同的傳輸設(shè)備散熱問題。例如，風(fēng)帽上送風(fēng)屬于制冷效率和質(zhì)量最低的傳輸設(shè)備散熱方式，并且難以實(shí)現(xiàn)對送風(fēng)溫度的預(yù)測及控制，要求單機(jī)柜功耗＜3 kW，因此適合應(yīng)用在小型網(wǎng)絡(luò)機(jī)房規(guī)劃中，不適合應(yīng)用在數(shù)據(jù)中心規(guī)劃中。風(fēng)管上送風(fēng)散熱方式能夠?qū)?0%～80%的熱回風(fēng)輸送回制冷設(shè)備，制冷效率和質(zhì)量相對較高，要求單機(jī)柜功耗＜8 kW，因此適合應(yīng)用在小型、中型數(shù)據(jù)中心規(guī)劃中[4]。

云艙（微模塊）散熱方式現(xiàn)階段被廣泛應(yīng)用在大型數(shù)據(jù)中心規(guī)劃中，屬于制冷效率和質(zhì)量最高的傳輸設(shè)備散熱方式，要求單機(jī)柜功耗＜10 kW。但是由于云艙（微模塊）散熱技術(shù)尚不成熟，國內(nèi)大部分網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商依然選擇應(yīng)用風(fēng)帽上送風(fēng)散熱方式或風(fēng)管上送風(fēng)散熱方式，如果單機(jī)柜功耗超過既定額度，便會導(dǎo)致傳輸設(shè)備局部過熱問題。

但是隨著傳輸設(shè)備容量的日漸提高，單機(jī)柜功耗也在不斷增加，現(xiàn)階段容量最大的傳輸設(shè)備單機(jī)柜功耗已經(jīng)達(dá)到了16 kW，大幅度超過了常規(guī)散熱方式對單機(jī)柜功耗的要求，不但會增加傳輸設(shè)備局部過熱問題的發(fā)生概率，還會導(dǎo)致傳輸設(shè)備宕機(jī)、損壞等問題，這些問題都可能會損壞傳輸設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、降低傳輸設(shè)備的應(yīng)用性能。

2.2 傳輸機(jī)房散熱問題

傳輸設(shè)備容量及散熱方式的變化，對于機(jī)房散熱方式選擇及空間資源規(guī)劃提出了較多要求，具體表現(xiàn)有大容量傳輸設(shè)備和大功耗單機(jī)柜應(yīng)用導(dǎo)致機(jī)房局部過熱問題頻繁發(fā)生、機(jī)房散熱方式與傳輸設(shè)備散熱方式不匹配問題日漸突出等。這些問題都會增加機(jī)房內(nèi)部氣流組織的混亂程度，一方面會增加機(jī)房制冷系統(tǒng)的運(yùn)行負(fù)荷，另一方面會降低機(jī)房制冷效率[5]。

例如，某運(yùn)營商傳輸樞紐局中的數(shù)據(jù)設(shè)備和傳輸設(shè)備應(yīng)用同一機(jī)房，但是卻需要應(yīng)用不同的散熱方式，導(dǎo)致機(jī)房氣流組織混亂。在這樣的機(jī)房環(huán)境中，盡管制冷系統(tǒng)的運(yùn)行負(fù)荷已經(jīng)達(dá)到了數(shù)據(jù)設(shè)備和傳輸設(shè)備散熱量的2.2倍左右，但是大容量傳輸設(shè)備進(jìn)風(fēng)口溫度達(dá)到了36.5 ℃的高溫，傳輸設(shè)備的板卡溫度更是達(dá)到了44.1 ℃的高溫，與傳輸設(shè)備安全運(yùn)行的溫度極限值（45 ℃）僅僅相差0.9 ℃，已經(jīng)給數(shù)據(jù)設(shè)備和傳輸設(shè)備的正常運(yùn)行帶來了溫度安全隱患，有極大的概率會損壞數(shù)據(jù)設(shè)備和傳輸設(shè)備。

3 基于傳輸設(shè)備散熱方式的機(jī)房空間資源規(guī)劃方案

3.1 優(yōu)化機(jī)房傳輸設(shè)備安裝整體布局

在一般情況下，傳輸設(shè)備機(jī)房的平均功耗密度要小于制冷系統(tǒng)的制冷量，因此能夠形成較為穩(wěn)定的散熱冷卻模式。但是如果機(jī)房內(nèi)需要安裝大容量傳輸設(shè)備或高功耗單機(jī)柜，則會破壞機(jī)房的穩(wěn)定散熱冷卻模式，降低機(jī)房內(nèi)部氣流組織的穩(wěn)定程度，從而導(dǎo)致機(jī)房局部過熱問題[6]。為了解決上述問題，需要優(yōu)化機(jī)房傳輸設(shè)備安裝的整體布局，按照各種類型傳輸設(shè)備的實(shí)際容量、功耗、散熱量，將機(jī)房劃分為無源傳輸設(shè)備區(qū)域、常規(guī)容量傳輸設(shè)備區(qū)域、高容量傳輸設(shè)備區(qū)域，合理劃分機(jī)房空間區(qū)域，并且針對不同機(jī)房區(qū)域采取相應(yīng)的散熱方式，實(shí)現(xiàn)對于各個區(qū)域氣流組織的有效調(diào)整。

除了需要進(jìn)行機(jī)房空間區(qū)域劃分外，還需要從傳輸設(shè)備實(shí)際安裝角度優(yōu)化機(jī)房傳輸設(shè)備安裝整體布局，考慮氣流組織方式、散熱方式、傳輸設(shè)備容量、機(jī)房容量等多項因素，具體傳輸設(shè)備安裝需要滿足如下要求。（1）按照傳輸設(shè)備的散熱量、需要的送風(fēng)量確定機(jī)房各列機(jī)架之間的距離[7]。（2）傳輸設(shè)備需要應(yīng)用進(jìn)風(fēng)面及排風(fēng)面相對的安裝方式，以此來實(shí)現(xiàn)簡單的面對面、背對背單列布置。

3.2 科學(xué)選擇及應(yīng)用傳輸設(shè)備機(jī)房氣流組織

需要按照傳輸設(shè)備機(jī)房單機(jī)柜散熱特征及散熱量大小選擇機(jī)房氣流組織，通過科學(xué)有效的氣流組織能夠顯著提高傳輸設(shè)備機(jī)房空調(diào)的運(yùn)行效率和效果。

如果傳輸設(shè)備機(jī)房對于氣流組織選擇和應(yīng)用存在明確要求，則需要嚴(yán)格按照要求完成氣流組織配置。如果傳輸設(shè)備機(jī)房對于氣流組織選擇和應(yīng)用不存在明確要求，則需要按照如下原則完成氣流組織配置。（1）在傳輸設(shè)備機(jī)房單機(jī)柜較小的情況下，適合應(yīng)用地板送風(fēng)散熱方式，其氣流組織為地板上側(cè)送風(fēng)、下側(cè)回風(fēng)。（2）在傳輸設(shè)備機(jī)房單機(jī)柜功耗小于2.5 kW的情況下，適合應(yīng)用地板送風(fēng)散熱方式，其氣流組織為地板上側(cè)送風(fēng)、下側(cè)回風(fēng)；并且需要根據(jù)具體送風(fēng)量計算架空地板高度，一般情況下需要超過350 mm，地板內(nèi)部不應(yīng)當(dāng)布置任何的電力線纜和通信線纜，應(yīng)同時對地板進(jìn)行防結(jié)露處理。（3）在傳輸設(shè)備機(jī)房單機(jī)柜功耗小于3 kW、大于2.5 kW的情況下，適合應(yīng)用地板送風(fēng)散熱方式，其氣流組織為地板上側(cè)送風(fēng)、下側(cè)回風(fēng)；并且需要在機(jī)架列之間、冷通道兩端安裝盲板，從而實(shí)現(xiàn)簡易封閉。（4）在傳輸設(shè)備機(jī)房單機(jī)柜功耗小于6 kW、大于2.5 kW的情況下，適合應(yīng)用地板送風(fēng)散熱方式，其氣流組織為地板上側(cè)送風(fēng)、下側(cè)回風(fēng)；并且需要對熱通道、冷通道進(jìn)行封閉處理，根據(jù)具體機(jī)房平面布局、機(jī)房負(fù)荷、送風(fēng)距離等計算架空地板高度，一般情況下需要超過500 mm，地板內(nèi)部不應(yīng)當(dāng)布置任何的電力線纜和通信線纜，同時對地板進(jìn)行防結(jié)露處理，確保冷通道漏風(fēng)率不超過2.21 m3/m2。（5）在傳輸設(shè)備機(jī)房單機(jī)柜功耗大于6 kW的情況下，適合應(yīng)用云艙（微模塊）、背板冷媒、列間送風(fēng)等新型散熱方式，其氣流組織視具體散熱方式而定[8]。

在選擇和應(yīng)用傳輸設(shè)備機(jī)房氣流組織的過程中，需要尤其注意以下幾點(diǎn)。（1）在進(jìn)行地板上側(cè)送風(fēng)時，如果發(fā)現(xiàn)機(jī)房送風(fēng)距離未超過10 m，可以改為應(yīng)用風(fēng)帽上送風(fēng)散熱方式或靜壓箱總風(fēng)管直接開風(fēng)口送風(fēng)散熱方式；機(jī)房送風(fēng)距離未超過15 m，可以改為應(yīng)用風(fēng)管上送風(fēng)送風(fēng)散熱方式，具體的風(fēng)帽、風(fēng)管規(guī)格需要按照傳輸設(shè)備散熱量進(jìn)行設(shè)計；機(jī)房送風(fēng)距離超過15 m，可以改為應(yīng)用在兩側(cè)布置空調(diào)室內(nèi)機(jī)的散熱方式。（2）需要在熱通道、冷通道頂部位置設(shè)置消防氣體滅火系統(tǒng)及可開啟窗，平時保持關(guān)閉狀態(tài)，火災(zāi)事故時可以由滅火系統(tǒng)遠(yuǎn)程遙控自動開啟。（3）熱通道、冷通道需要應(yīng)用耐火性能達(dá)到傳輸設(shè)備機(jī)房防火等級的材料，從而確保機(jī)房的安全，降低火災(zāi)事故發(fā)生概率。（4）如果傳輸設(shè)備機(jī)房的熱通道、冷通道處于封閉狀態(tài)，則需要安裝相匹配的盲板，以此來提高熱通道、冷通道的散熱效果。

從技術(shù)角度來講，還應(yīng)當(dāng)改進(jìn)現(xiàn)有傳輸設(shè)備機(jī)房的氣流組織，其中最緊要的便是統(tǒng)一傳輸設(shè)備風(fēng)道形式。前進(jìn)風(fēng)-后/上出風(fēng)形式是目前散熱效果最好的風(fēng)道形式，已經(jīng)被普遍應(yīng)用在數(shù)據(jù)設(shè)備散熱中，而在傳輸設(shè)備散熱中的應(yīng)用頻率還需要進(jìn)一步提高。通過此風(fēng)道形式，傳輸設(shè)備的散熱過程能夠得到有效優(yōu)化。

3.3 結(jié)合傳輸設(shè)備散熱方式開展隔列劃分及安裝

按照應(yīng)用功能，能夠?qū)鬏斣O(shè)備劃分為同步數(shù)字體系（Synchronous Digital Hierarchy，SDH）傳輸設(shè)備、波分復(fù)用設(shè)備、分組傳送網(wǎng)（Paeket Transport Network，PTN）設(shè)備等光電設(shè)備，數(shù)字配線設(shè)備、光纖配線設(shè)備等配套設(shè)備，不同類型傳輸設(shè)備應(yīng)用的散熱方式可能不同。為了避免同一機(jī)房內(nèi)出現(xiàn)不同散熱方式，同時減少后續(xù)傳輸設(shè)備及機(jī)房設(shè)備運(yùn)行維護(hù)工作量，技術(shù)人員需要結(jié)合傳輸設(shè)備散熱方式開展對于傳輸設(shè)備的隔列劃分及安裝，全面避免不同散熱傳輸設(shè)備之間相互影響。

例如，可以在波分復(fù)用設(shè)備、PTN設(shè)備等相鄰的大容量傳輸設(shè)備中間安裝智能光纖配線架（intelligent Optical Distribution Frame，iODF）設(shè)備等無源設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對于不同傳輸設(shè)備、不同散熱方式的有效隔離，確保傳輸設(shè)備散熱產(chǎn)生的熱風(fēng)和冷風(fēng)不會相互干擾，將傳輸設(shè)備和機(jī)房環(huán)境的溫度控制在警告值之下。

3.4 大容量傳輸設(shè)備避免應(yīng)用“背對背”安裝方式

傳輸設(shè)備運(yùn)行功耗和容量處于不斷提高的狀態(tài)，如果繼續(xù)應(yīng)用傳統(tǒng)傳輸設(shè)備的“背對背”同列安裝方式，則會導(dǎo)致高功耗和大容量傳輸設(shè)備運(yùn)行熱量無法得到有效發(fā)散的問題，處于“背對背”模式的傳輸設(shè)備也會出現(xiàn)溫度警告。

可見針對6.44T大容量PTN設(shè)備、波分系統(tǒng)處理設(shè)備柜等高功耗和大容量傳輸設(shè)備，需要避免應(yīng)用“背對背”安裝方式。并且需要在高功耗和大容量傳輸設(shè)備安裝之前，分析其中散熱量最高的組件設(shè)備，根據(jù)其散熱方式展開傳輸設(shè)備安裝規(guī)劃和機(jī)房空間資源規(guī)劃，同時確保兩種規(guī)劃方案的匹配性和科學(xué)性，全面避免傳輸設(shè)備和機(jī)房局部溫度過高情況，維持傳輸設(shè)備和機(jī)房的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

4 結(jié) 論

綜上，傳輸設(shè)備散熱方式主要包括地板送風(fēng)、風(fēng)帽上送風(fēng)、風(fēng)管上送風(fēng)、云艙（微模塊），傳輸設(shè)備及機(jī)房散熱問題主要包括傳輸設(shè)備散熱問題、傳輸機(jī)房散熱問題。為了解決上述傳輸設(shè)備及機(jī)房散熱問題，技術(shù)人員在設(shè)計基于傳輸設(shè)備散熱方式的機(jī)房空間資源規(guī)劃方案時，可以采取優(yōu)化機(jī)房傳輸設(shè)備安裝整體布局、科學(xué)選擇及應(yīng)用傳輸設(shè)備機(jī)房氣流組織、結(jié)合傳輸設(shè)備散熱方式開展隔列劃分及安裝、大容量傳輸設(shè)備避免應(yīng)用“背對背”安裝方式等策略，以此來全面優(yōu)化機(jī)房布局。