传输核心汇聚机房工艺布局规划研究

曾俊钰，覃晓霞，陈骋，倪凡

(1 中国移动通信集团广西有限公司，南宁 530028；2 华信咨询设计研究院有限公司，杭州 310014)

传输核心汇聚机房工艺布局规划研究

曾俊钰1，覃晓霞1，陈骋2，倪凡2

(1 中国移动通信集团广西有限公司，南宁 530028；2 华信咨询设计研究院有限公司，杭州 310014)

本文通过理论分析与实地测试，探究了当前传输核心汇聚机房普遍存在的局部温度过高问题，分析了造成该问题的主要原因，并提出了降低机房局部温度过高的工艺布局规划方法。

机房工艺布局；局部过热；设备散热；送风方式

1 引言

按照机房内安装的设备类型不同，可将通信机房分为传输核心汇聚机房、无线基站机房和数据中心机房等。就传输机房而言，早期的SDH/MSTP/WDM传输设备功耗较小，因此传输核心汇聚机房工艺布局规划较为简单，但随着IP业务的快速增长，推动传送网向PTN/ OTN分组化技术演进，传输设备功耗大幅上升，使得部分机房出现了“热岛”现象，即机房部分区域温度过高，造成该区域内设备温度过高、频发告警。

本文旨在通过分析机房现状、设备散热方式以及空调配置，探究“热岛”现象的成因，并且提出更合理的机房工艺布局优化方式，缓解机房局部温度过热问题，为设备的正常运行提供保障。

2 传输核心汇聚机房热岛成因分析

当前部分传输核心汇聚机房出现局部温度过高的现象，导致该现象的原因可归纳为如下几大点。

2.1 未划分冷热通道

传输核心汇聚机房启用初期，传输设备功率较低且散热方式单一，基本为下进风上出风散热，因此早期传输核心汇聚机房规划时统一将设备列间规划为冷通道，并不规划热通道。随着设备工艺的提升，出现了许多高功耗设备，这些设备通常采用前进风后出风的散热方式，导致其后方区域（即排风口附近）的温度非常高。若将有源设备朝向高功耗设备排风口安装，将导致这些有源设备温度过高，发出告警。

2.2 单位区域内设备功率过高

早期为了便于日常维护，通常将同类型设备并排并列放置。起初传输设备功耗较小，单机柜(600 mm×300 mm机柜)内设备总功耗为1.5～2 kW。然而，当前部分传输设备满配时单机柜的功耗已经超过4 kW，若仍将多个高功耗设备并排并列安装，不但不能满足自身正常运行，还会因为吸收更多的冷风、排出大量的热风而导致机房温度不均、气流紊乱，影响周围其他设备。

2.3 机房工艺布局不合理

由于前期未对机房工艺布局提出明确要求，部分机房工艺布局存在不合理之处，例如：空调距离无源设备较近、距离有源设备较远，抑或设备列长度超过空调制冷距离。

2.4 空调制冷系统相关问题

由制冷系统至传输设备的气流组织形式很大程度上决定了整个传输机房的冷量输送能力，传统的通信机房主要有以下3种空调制冷送风方式：直接送风方式、风管上送风方式和地板下送风方式，如图1所示。

当机房内空调制冷送风方式与传输设备散热方式不匹配时会影响机房散热，主要原因如下。

2.4.1 形成“风阻”

通常机房内温度最高的区域为设备出风口位置，早期会在设备出风口位置附近新增空调来加强制冷效果。然而，空调正对设备出风口送风会阻碍设备将内部将热风排出，从而形成“风阻”。仅从环境温度分析，空调正对着设备出风口（温度最高区域）送风，可以明显降低设备周围温度，但实际上却形成了“风阻”，使设备内部热风无法正常排出，不能有效地起到降温的效果，造成“假性低温”的假象。

2.4.2 气流组织形式不合理

气流组织形式不合理很容易造成机房局部温度过高，例如部分机房空调采用风管上送风方式（自上而下送冷风），而设备排出的热风会自然地向上运动，使得机房内的冷热气流相互影响，无法形成良好的气流循环，造成局部温度过高。

当前常用的传输设备风道设计（散热方式）有3种：下进风上出风，中间进风上下出风，前进风后出风，如图2所示。

当不同散热方式的设备安装在同一区域内时，可能会引起该区域的气流组织混乱，无法形成良好的冷热气流循环，容易导致区域温度过高。

3 测试与分析

根据第1节机房局部过热的成因分析，对传输核心汇聚机房进行空间温度场测试，具体测试结果如下。

3.1 机房的基本温度测试

本次测试某传输核心汇聚机房中第1～7列的温度。测试数据显示，该机房整体环境温度为24.4℃，每列平均温度为24.9℃，整体低于25℃。但是第1、3、5、6、7列的最高温度都超过了25℃，说明这5列中都存在局部过热的区域（其中第5列为热通道），机房实测温度分布图如图3所示。

3.2 常用设备进出风口的温度测试

图1 3种主要的空调制冷送风方式示意图

本次测试这3种散热方式的传输设备进风口和出风口的温度，分析不同散热方式对设备温度的影响，基于测试结果分析出3种散热方式的特点，具体测试结果如表1所示。

3.2.1 散热方式1：下进风上出风

华为PTN3900是常用的下进风上出风设备，将其作为本次测试的对象，单个机柜内可以仅安装1端PTN3900设备，也可以在上下子架安装2端PTN3900设备。通过表1可知，若单机柜内仅安装一端设备，该设备的进出风口位置温度差异在1℃之内且出风口温度在25℃左右，说明散热情况较好。若单机柜内安装上下两端设备，下子架设备的进出风口温度差异在1℃之内，且出风口温度平均值为25℃，说明散热情况良好；上子架设备的进风口平均温度超过25℃，说明上子架设备将下子架设备排出的部分热风吸入其中，无法获取足够冷风，导致设备温度较高。

3.2.2 散热方式2：中进风上下出风设备

本次测试对象为华为OSN9800设备，测试结果显示OSN9800设备的进出风口温度均高于25℃，说明中进风口可能将下出风口排出的部分热风又吸回设备内部，使得设备无法获取足量冷风，导致温度过高。

3.2.3 散热方式3：前进风后出风设备

本次测试对象是华为PTN6900设备。基于表1可知PTN6900设备的出风口温度非常高，其后方位置必须设置为热通道，任何有源设备不得面向热通道安装，否则该有源设备必然温度过高。

图2 3种散热方式示意图

图3 某传输核心汇聚机房温度分布图（局部）

表1 3种散热方式设备的温度测试结果汇总表

3.3 空调实际制冷效果测试

受机房物理条件限制，该机房无法采用地板下散热方式，只采用了直接送风方式与风管上送风方式，机房第1、2列安装有柜式空调（送风口位于空调下方），第3、4列上方安装有空调导风管（风管从上向下送冷风），第6、7列安装柜式空调（送风口位于空调上方）。

对该机房的不同空调配置方式进行温度测试，测试其对最常见的下进风上出风设备的制冷效果，测试结果如下：

（1）柜式空调（出风口在下方）的送风口与设备进风口高度相近，设备进风口温度与空调送风温度相近，基本保持在25℃以下，说明设备可以顺畅地吸入空调的冷风。另外，空调送风气流与设备内部气流循环方向相同，都是冷空气从低处进入设备，热空气向上排出设备。因此该方式制冷效果最理想。

（2）柜式空调（出风口在上方）的送风口与设备进风口高度有一定偏差，使得设备只能吸入部分空调的冷风，设备进风口温度高于空调送风温度。

（3）风管上送风（从上向下送冷风）与设备下进风上出风的气流组织相悖，形成“风阻”，使得设备难以吸入足量冷风并难以排出设备内部的热风。尽管在空调风管下方的环境温度较低（保持在23℃左右），但是设备的进风口和出风口的温度都较高（进风口温度普遍高于25℃，出风口温度超过26.5℃），出现了“假性低温”现象。由此说明对于最常见的下进风上出风的传输设备而言，这种空调制冷方式并不能起到良好的制冷作用。

4 优化方案

根据第1、2节的测试与分析，解决机房温度过高的方法主要有以下几点。

4.1 合理规划设备位置

原则上，需要根据设备的特征来规划机房工艺布局，具体如下：

（1）尽量将相同散热方式的设备安装在同一机列，例如：同一机列的设备散热方式全部为前进风后出风，或者全为下进风上出风，避免各设备之间的气流相互干扰。

（2）有源设备只能朝向冷通道安装、不得朝向热通道安装，无源设备可以朝向热通道安装。

（3）单机列安装的有源设备数量与无源设备数量的比例接近1：1，即单机列中有源设备与无源设备安装的数量基本相等，防止局部区域设备总功耗过大。

（4）设备布局时，功耗越高的设备距离空调越近，无源设备距离空调最远。

（5）各机列间距大于等于1 m，防止相邻机列的设备相互干扰。

基于以上要求，理想的机房工艺布局规划如图4所示。

4.2 合理划分冷热通道

传输核心汇聚机房需规划相应的冷通道和热通道，原则上不规划混合通道。其中热通道主要针对前进风后出风的高功耗设备（例如核心层PTN6900设备），通常将高功耗设备后侧出风口位置所在的通道规划为热通道，主要有两种规划方式：冷热通道交替排列，即有源设备正对正、背对背放置； 有源设备与无源设备交替排列，即有源设备出风口正对无源设备。若机房中前进风后出风的设备较多，则建议采用前者方式；若机房中前进风后出风的设备较少，则建议采用后者方式。

4.3 优化空调配置

基于当前机房局部温度过高的问题，可以对空调配置进行如下优化：

图4 理想的机房工艺布局示意图

（1）当前安装在设备列上方的空调风管（从上向下送冷风）需要将风管调整至设备列下方（从下向上送冷风），避免形成“风阻”，改善气流组织循环形式。

（2）在热通道上不配置空调，若现网已在热通道中配置空调，建议关闭该空调，避免破坏冷热气流良性循环并且降低机房能耗。

（3）若多端高功耗设备集中安装在同一机列，在现有空调已无法满足该列设备制冷需求的情况下，可在机列间临时安装小功率柜式空调，提高局部制冷量。

（4）部分机房内的空调送风路径中存在障碍物（例如DDF架、承重柱等），原则上需要拆除障碍物或者调整空调位置。

（5）对于新机房的规划，尽量将每列设备的长度控制在空调有效制冷距离内，以保证设备可吸入足量的冷风。

（6）对于物理上满足空调地板下送风条件的机房，尽量采用空调下送风，从而优化机房内的气流组织形式，提供空调制冷效率。

4.4 机柜工艺改造

从第2节的测试数据中获悉，许多常用设备都存在将排出的热风又被吸回设备内部的情况。后期建议在机柜的左右两侧各增加一段导风槽，并将设备出风口与导风槽底部连接。改造完成后的机柜可以优化设备的进出风方式，使得设备内部的热风能够通过左右两侧的导风槽从上方排出，既隔离了冷风与热风，也避免热风被吸回设备内部，还使得设备内部气流循环与空调冷热循环保持一致。如此一来，不但解决了设备散热方式缺陷的问题，也提高了空调的制冷效率。

5 结束语

早期传输核心汇聚机房工艺布局规划过于简单，已经不适用于当前高功耗的传输设备，部分传输核心汇聚机房已经出现局部温度过高的现象。本文通过理论分析与实地测试，探究出当前造成机房局部温度过高的主要因素，并基于机房与设备现状提出了更合理的传输核心汇聚机房工艺布局方案，试图通过优化调整机房工艺布局来缓解机房局部过热的问题。

随着设备性能与集成度的不断提高，未来传输设备的功耗仍然会持续上升，将对机房带来更大的影响。因此，只有通过不断地对传输核心汇聚机房工艺布局进行优化与改良，才能有效降低传输设备高功耗对机房产生的不利影响。

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Research on layout of backbone transmission communication room

ZENG Jun-yu1, QIN Xiao-xia1, CHEN Cheng2, NI Fan2
(1 China Mobile Group Guangxi Co., Ltd., Nanning 530028, China; 2 China Comservice Huaxin Consulting Co., Ltd., Hangzhou 310014, China)

This paper discusses the high temperature issue among the backbone transmission communication room by theoretical analysis and field testing. After analyzing some major causes, it presents the solutions.

layout of communication equipment room; local overheating; heat radiation; air supply method

TN913.2

A

1008-5599（2017）07-0054-05

2016-11-04