通过增压方式解决在用通信机房局部热点

翁振邦

（上海上证数据服务有限责任公司，上海 201201）

通过增压方式解决在用通信机房局部热点

翁振邦

（上海上证数据服务有限责任公司，上海 201201）

中国移动上海公司某数据机房存在明显的局部热点，通过普通手段无法消除。经过对该机房的深入研究，通过在机房回风口安装风机提高热点区域回风管回风静压的方式提高回风量，有效降低机房热点区域温度并达到机房要求。通过本改造方案为在用老机房局部热点改造提供了一些思路。

在用机房改造； 局部热点； 静压； 节能； EC风机

1 引言

随着全球经济的快速发展，世界能源需求快速增长，能源大量消耗导致的资源短缺和环境污染及气候变化问题日益突出。在通信行业中，由于芯片技术的日新月异，通信机房单机架及单位面积的功率密度均呈现几何式的增长。为了满足越来越大的机房功耗并消除机房内的热量，需要为设备提供更多的UPS设备、开关电源以及更高制冷能力的精密空调，机房的能耗情况不断恶化。在一些建设时间较早的机房，高功率密度带来的不仅是能耗增加，局部热点也是一个非常棘手的问题。机房局部地区温度的不可控往往是机房运维部门最为头疼的机房管理难点之一。

由于在用机房的情况较为复杂，在局部热点的整治过程中很多解决措施由于影响在用机房内的安全运行而无法使用。笔者根据以上情况，以上海移动某个在用机房的局部热点改造情况为例，介绍一种在特定场景下简便有效的局部热点解决方案。

2 研究背景及现状

中国移动上海公司现网100多个在用核心机房中，有30个机房未划分冷热通道导致冷热气流掺混，另外采用送风效率较差的传统送风方式也会导致机房的气流组织不尽合理，因此这些机房绝大部分都存在局部热点问题。其中部分机房采用风管上送风、机组侧直接回风或通过机房内设置回风口统一回风的方式，由于回风距离长、阀门多，风管的沿程及局部阻力均过大，设计人员未对风管阻力及空调风机的余压进行校核，导致这类型机房的精密空调回风量不足，制冷效率较差。

本文介绍的机房位于中国移动上海公司某通信枢纽楼18层北机房，该机房采用8台50 kW精密空调为机房供冷，分别安装在机房东西两侧的两个空调机房内。机房空调以空调机房为单位分别设置为3用1备，共可提供的制冷量约为300 kW。而该机房设备实际冷负荷约为200 kW，从空调制冷能力来说该机房的精密空调可以满足通信设备的散热需求。机房气流组织为前文所述的风管上送风、机房内回风口统一回风的方式（图1）。从机房热环境来看，机房北面（靠窗侧）温度较低，环境温度约22℃，机房南面（靠走廊侧）温度较高，约25℃，存在较为明显的局部热点。此外系统回风量不足，导致空调机房负压严重，精密空调蒸发压力降低，空调的制冷能力下降严重。

图1 机房送风及回风平面图

因为通信机房的重要性，设备在网运行时对本机房实施气流组织改造有极大的难度。为了改善本机房的局部热点问题，机房维护人员不得不控制本机房的装机量，造成了机房面积及电源空调等配套设备投资的浪费，在未考虑中央冷源功耗的情况下机房原始PUE值为2.14，处于较高的水平。

3 问题分析及可行对策

3.1 现场情况分析

经过笔者对现场的查勘，发现该机房内的局部热点及回风量不足主要由于以下几个问题：

（1）从机房的气流组织来说，机房采用上送风侧回风的送风方式，除了靠近两侧空调机房的隔墙底部各有3个长约2 m高0.3 m的条形回风口之外，机房主要的回风均依靠机房两个长边侧设置的8个800×600 mm的百叶回风口，通过两根主回风管回到空调机房内。从回风效果来看，条形回风口由于接近回风静压箱因此回风阻力远远小于百叶回风口，导致机房中部回风量不足，热量容易堆积产生热点。

（2）由于通信机房内风管安装空间有限，机房南侧的主回风管布置在走廊吊顶内。根据消防规范，该主回风管连接的4个回风口在进入通信机房的围墙隔断处应设置防火阀；受防火阀安装要求影响风管在安装时制作了数个连续弯头，防火阀及风管弯头都形成了南侧主回风管的巨大回风局部阻力。相比之下北侧的回风管安装在机房内部，无论从防火阀的数量还是弯头的个数都远远少于南侧回风管，两侧的回风阻力差导致的回风量差异形成了机房南北的温度梯度。

3.2 对策分析及可行性判断

根据上述机房存在的情况，按照普通机房运维人员的维护管理策略，最直接的解决方案不外乎两点：

（1）限制机房中部以及靠近走廊侧机房区域的装机能力，人为减少该区域的热量堆积，不过这样不仅会降低机房的装机率使得PUE上升，而且机房的空置也会导致机房利用率的下降。

（2）在局部热点区域新增空调设备，譬如小型的单元式空调或者列间空调等新型末端设备。这种解决方案虽然能够保持热点区域的装机能力，但是在机房原有冷源足够满足设备发热量的情况下再增加空调设备，大大增加了配套设备的用电量，将会导致PUE的上升。此外新增的空调设备附带的水管件增加了机房水浸的隐患，增加了机房维护量。

由于方案2隐患较大，运维部门首先采用了方案1的解决方案，虽然热点区域温度没有继续升高，但机房能耗问题依然严重，PUE达到了2.14。受该部门委托，笔者对机房情况进行了调研并对更优解决方案进行了可行性研究。从传统解决方案的效果来说，虽然问题得到了解决，但是都会带来能源和机房资源的浪费，是治标不治本的方法。通过上文对机房问题的分析，不难发现该机房所产生热点问题的主要根源在于原始设计对空调风系统的阻力计算不当且未采取相应的水力平衡措施所造成的。

在尽可能减少对在用机房影响，保持机房现有基建样貌不变的前提下，笔者认为只要对原始设计的错误进行修正，通过在回风阻力过高的风管上新增增压设备，人为提高回风不畅区

域回风管的回风静压以克服局部阻力，即不增加机房的能耗，也可解决该机房的局部热点问题，可谓一举两得。

3.3 改造方案设计及效果验证

受机房精密空调下沉式EC离心风机气流组织的启发，笔者与相应厂商研讨设计了一种基于离心风机的回风管增压设备（图2），其风机吸气段对应原风管百叶回风口，排气端对应原风管回风方向，根据改造后机房剖面图（图3）可知，改造工程对机房的影响可以忽略不计。

图2 回风增压设备假想外形图

由于笔者没有机房原始设计的水力计算结果，现网机房各个风口风量及系统压损也无法通过计算知晓，回风增压设备的额定机外余压较难确定。此外机房的设备分布随着机房的建设而不断变化，因此机房局部热点附近的温度也会随着热量堆积而变化。

图3 改造前后机房剖面图变化

为了达到改造效果并满足运维单位的使用要求，回风增压设备的风机转速应可以根据机房温度及回风管风速自动调整。利用EC风机的变频调节性，在回风风量不变的情况下调节其机外余压，回风增压设备可以动态针对不同机房及不同回风管形式的回风阻力，因此该解决方案普适性较强。为了匹配上述控制逻辑，还需在每组风管支管中配置温度及风速探头，回风增压设备应根据现场实际的温度变化而0～100%调整转速，通过变频调速以达到机房回风风量及静压动态适应机房内设备发热量变化的目的。

经过测试和效果后评估，机房现存问题基本得到解决，表现为：

（1）技术改造实施后机房空调的回风量明显增加，空调机房负压情况消失。此外空调蒸发压力过低的安全隐患也被消除，空调制冷能力恢复，机房的装机潜力被开发出来。由图8可见，机房与空调机房隔墙上的条形回风口风速以及北侧回风阻力较小的回风口风速大部分出现了下降，而原来阻力较大的南侧回风口风速均出现明显上升。

（2）机房南北明显的温度梯度被消除，机房南侧的回风温度降到了23℃以下。改造后验收过程中在机房种安装的33个测试点中共29个温度出现下降，个别区域由于机房负荷发生变化，出现了温度上升，但上升幅度很有限，机房环境温度变得可控。

（3）机房PUE有显著上升，机房空调功耗下降30%，机房PUE从2.14下降至1.79，达到了降低机房能耗的效果。

4 总结及建议

综上所述，本文所阐述的增加回风静压改善在用机房局部热点问题主要针对风管上送风、机房侧下部集中回风的机房，且由于回风静压不足导致回风量不够而导致的局部热点问题。需要注意的是，对于不同的在用机房，造成局部热点问题的原因也有所不同，解决方案具有独立性和定制化的特点。在实际操作中其他类型的在用机房不应生搬硬套本文所介绍的方法，应当根据机房情况因地制宜地制定有效且具有针对性的方案。

由于在用机房的复杂性和运行安全的重要性，在用机房的局部热点改造一直是各大营运商及政企行业用户的难题。随着本改造的实施，为上海移动远期改造更多具有局部热点问题的在用机房提供了经验，也为公司节能减排工作做出了一定的贡献。

[1] 陆耀庆. 实用供热空调设计手册第二版[M]. 北京： 中国建筑工业出版社， 2008.

[2] 上海现代建筑设计集团有限公司. 建筑节能设统一技术措施[M].北京： 中国建筑工业出版社， 2009.

[3] ASHREA TC 9. 9. 数据处理环境热指南[M]. 北京：中国建筑工业出版社， 2010.

[4] ASHREA TC 9. 9. 高密度数据中心案例研究与最佳实践[M].北京：中国建筑工业出版社， 2010.

Improve the regional hotspot problem in using communication room by increasing return air static pressure

WENG Zhen-bang
(Shanghai Stock Data Service Co., Ltd., Shanghai 201201, China)

One Shanghai Mobile data room has obvious regional hotspots which can’t be eliminated by ordinary means.Through the in-depth study of the communication room, by Installing return EC-fans inside return ducts to increase return air static pressure around the regional hot spot, this way can increase the return air flow and effectively reduce the regional hotspots‘ temperature and reach design requirements.This reform program provide one good idea for eliminating regional hotspot problems in using communication rooms.

usingcommunication rooms reform; regional hotspot; static pressure; energy saving; EC-fan

TN915

A

1008-5599（2017）09-0064-04

2017-03-03