在用通信机房的气流组织分析及优化改造

蒋雅靖

上海邮电设计咨询研究院有限公司

0 引言

互联网+”是把互联网的创新成果与经济社会各领域深度融合，推动技术进步、效率提升和组织变革，提升实体经济创新力和生产力，形成更广泛的以互联网为基础设施和创新要素的经济社会发展新形态。传统网络架构显然已无法适应未来互联网的发展。随着“互联网+”国家战略的不断推进，网络架构重构势在必行。近期目标就是推动部分具备条件的机房向数据中心架构（DC）的方式进行改造。

然而，电信传统通信机楼建筑年代早，其中的程控交换机房、传输机房开间较小，层高较低，设备功率密度低，以风冷空调为主，室外空调设备安装空间紧张。随着通信业务的发展铜退光进，通信设备数据化成规模地发展，特别是传输机房新业务通信设备单机柜功耗不断上升、机房单位热密度迅速增长，导致许多局站出现了传输机房空调气流组织混乱、冷源缺乏等问题。

本文选取典型的在用通信机房作为案例，通过现场采集，对气流组织进行分析，提出优化改造方案；在此基础上总结在用通信机房气流组织方面存在的典型问题，提出可操作、可复制、可推广的解决方案，以优化机房气流组织，消除局部热点，节约空调能耗，逐步达到机房平面管理标准化的目标。

1 工程概况

某通信枢纽楼三层新建传输机房位于原程控机房内，如图1所示。考虑到原机房消防系统改造较为困难，新建的传输机房（如图2）与程控机房仅通过铁丝网进行隔断，未设置实体墙。

图1 某三层机房整体平面图

图2 某三层新建传输机房平面图

三层机房其他区域的设备为程控退网设备，后期需做拆除处理。新建传输机房内机架设备及单机架功耗情况如表1所示：

表1 机架布置情况

经计算，新建传输机房总冷负荷为97 kW，现配置了4台显冷量32.5 kW的下送风风冷机房专用空调，3主1备。机房架空地板高度为350 mm。

2 空调系统存在的主要问题

新建传输机房内现有空调设备可以满足制冷需求，然而机架内设备在室外气温较高的季节，空调设备需要全部开启运行，仍会出现高温告警。此时，机房内无备机，运行存在安全隐患在室外温度30～38 ℃、天气晴朗的情况下，使用testo 174T温度记录仪对机房温度进行了实测。结果如图3所示，D、E列之间的热通道温度高达38 ℃，机架最高出风温度为44.4 ℃，远远超过了规范要求的机房室内设计温度值18～27 ℃[1]。

图3 某三层新建传输机房实测各区域温度

由于新传输机房内有部分机架功耗较高，机房内产生了局部热点根据现场查勘情况分析，主要有以下几点原因：

1）机房（新建传输机房与程控机房边界处）架空地板下部无隔断、上部为铁丝网隔断，使得专用空调的冷量扩散至程控机房内，冷量无法充分利用；

2）新建传输机房内架空地板破损且部分地板设有出风百叶，漏风现象严重，造成空调冷量无法完全送入机架内；

3）架空地板下近空调送风口布放有大量电缆，影响了空调的送风量；

4）部分机架下部进风口无送风导流板，致使部分风量未进入机架进风面而直接从出风面或上部排出；

5）部分机架内服务器安装位置较低，机架下部进风口被遮挡，且无法安装导流板，另有部分机架进风口并未打开；

6）部分机架内的设备与柜门间的送风通道过于狭小，送风量无法满足设备的散热要求。

7）机架内未安装服务器的位置无盲板封闭，导致机架内气流组织紊乱，冷量未得到有效利用。

3 机房优化改造方案

为改善新建传输机房的环境，缓解机房内局部热点的产生，考虑对机房及机架内的气流组织进行改造。

3.1 装修改造方案

考虑消防疏散的要求，无法将架空地板上方进行实体隔断，仅在铁丝网隔断处的架空地板下方采用实体隔断封闭，确保专用空调的冷量得到充分利用，避免冷量在下部扩散至程控机房内；修复机房内破损的架空地板并取消出风百叶，确保架空地板的密闭性。

3.2 电源改造方案

将架空地板下近空调送风口布放的电缆上翻至机架上部，减少空调机组的送风阻力，使得冷量能得到充分利用。

3.3 机架改造方案

A列和C列机架采用机架下进风背面上部出风的气流组织，单机架功耗（2～2.5 kW）较低，机架下进风量可满足单机架的制冷需求。而B列机架无发热设备，故本次不对A～C列机架进行改造。

D～E列机架单机架功耗较高（功耗3～3.5 kW），容易出现局部热点，考虑对D～E列机架进行改造。

主要措施包括：

1）对部分机架未打开的送风口挡板进行拆除，并对机架正面进行改造，将机架正门外移150 mm，使得设备正面与机架正门之间形成封闭冷通道，加强设备的散热效果。

2）每个机柜底板前部设置一个可调节进风口，尺寸规格应≥400 mm（宽）×350 mm（深）。进风口设置调节装置（如滑动盖板），使得进风口大小可在全开和全闭之间连续调节。

3）进风口上方设置一个高度为180 mm～260 mm的导流罩，引导冷风进入机柜前门与设备面板之间的区域。需根据每个机柜实际安装设备的情况，使用设计合理的导流罩，既要防止冷风直接流向机架后部或两侧，又要尽可能减少空气阻力。进风口、调节装置及导流罩如图4所示[2]。

图4 数据机架内部气流组织及参数要求

4）每个机柜内设备正面板平面配置必要的密封组件，以确保冷风全部进入设备正面板进风口，而不致泄漏。本次改造主要是在上下设备之间的安装密封面板（也称假面板或盲板）等，如图5所示。密封面板及组件应采用不易变形、轻便、难燃或不燃材料制作。密封面板规格有多种规格，需拆装方便。

图5 机柜内密封面板的设置

4 机房改造后效果

在机房根据方案实施改造后，原局部热点区域的温度恢复到设计值。根据监控平台对机架内服务器设备温度及风扇运行情况的记录，选取部分数据对比了改造前后服务器设备温度及风扇运行情况，如表2所示，可以看出改造后的设备温度下降明显，原本高速运行的风扇都恢复了正常转速，机房环境得到了明显的改善。

表2 改造前后服务器设备温度及风扇运行情况的对比

5 总结

除了对某通信枢纽楼三层新建传输机房实施了改造之外，还对其他典型的在用通信机房进行了调研分析。

从这些机房的现状来看，许多在用通信机房均存在早期规划与后期因业务发展使用不一致的情况，虽然在计算上总供冷量是大于设备总发热量的，但通信设备布局和空调送、回风气流组织不合理造成空调制冷效率低、效果差的问题。

通过对上述机房的改造，重新合理规划机房及机柜内部的气流组织，有效地缓解了机房内局部热点的问题，同时降低了空调设备的运行能耗。因此，从机房整体到机柜内部细节上优化在用通信机房的气流组织是实现机房标准化平面管理的有效措施。