机房局部过热问题解决方案

2022-08-17石文文

通信电源技术 2022年7期

石文文

（安徽电信规划设计有限责任公司，安徽合肥 230039）

0 引言

传统通信机房大部分采用上送风方式，这种送风方式是一种敞开式的气流组织方式。空调集中部署采用上送风、上回风方式，设备机架开放式部署。随着制造工艺和技术水平的提升，通信设备功能越来越强、功耗越来越大。虽然设备机架采用面对面、背靠背布局，但空调冷热气流没有物理隔离，气流组织紊乱，空调冷气先冷机房空间、后冷设备，制冷效果差，易形成热岛效应。针对传统机房局部过热问题，本文对几种常见解决方案进行分析和总结。

1 局部热点回风箱系统

1.1 系统分析

传统数据或传输机房空间较大，设备数量多且单机柜功耗大。在机房设置一个回风口，与室内机通过风管相连。回风效果与回风风管的长度和形式相关，距离回风口较近区域的回风效果良好。对于距离空调机较远的回风口，由于风管的沿程阻力较大，因此回风量衰减，部分设备的热量无法全部排出，易出现热岛效应[1]。回风箱系统主要针对回风效果不均匀的现象，通过在回风口增加风机系统，可以有效降低回风风管截面积对回风效果的影响，避免风量不足导致空调机组制冷量不足的问题，有效补充压力损失。回风箱系统结构如图1所示。

图1 回风箱系统结构

1.2 案例分析

以运营商某综合机房为例，机房热负荷约200 kW。机房两侧设置机房专用空调共8台，其中6台主用、两台备用，单台空调制冷量46.9 kW。机房空调总制冷量为46.9×6=281.4 kW，制冷量较热负荷有充足富余。

机房设计采用管道上送风、立柱式回风方式，左侧回风立柱经汇总管翻入天花，直接引至空调回风端。右侧回风立柱汇总管水平位置没对齐，导致水平方向有两个弯头。机房内右侧设备出现局部热岛效应，左侧设备的温度正常。机房两侧风管长度、布置方式不一样，导致右侧回风管道的阻力较左侧回风管道阻力大。通过在机房左侧回风箱系统改造，增压风机箱的余压抵消过道侧回风管道多余的阻力，使两侧的回风管路更加均衡，回风量也趋于平衡，有效解决了机房热岛效应[2]。机房改造前和改造后的对比如图2所示。

图2 效果对比

2 精确送风系统

2.1 系统分析

精确送风是将空调冷风通过风道送到机柜冷通道或者机架内部的方式，送入通道或机架内部的风量可以根据机架内设备散热量的不同进行手动或自动调节，按需分配。空调冷风直接被送到设备进风口，先冷设备、后冷环境，避免了冷风和设备热排风的混合损失，减少了冷量浪费并改善了空调机组工况。

精确送风方式包括上送风精确送风和下送风精确送风。上送风方式是在机柜上方安装特制的送风柜门，将冷风直接引至柜门上方的送风口，再由送风口送进机柜，可以通过柜门上风送风口的风阀调节送至各机柜的风量，系统组成如图3所示。下送风方式是通过机柜下风道或送风地板将风从机柜底部送入柜内，通过机柜底部抽板调节送入机柜的风量[3-5]。

图3 上送风精确送风系统组成

2.2 案例分析

某运营商综合机房的面积约为650 m2，共计安装网络机柜203架，空调部署在机房两侧，空调为上送风形式。空调总数量为13台，为了保障机房内的温度满足设备安全运行要求，所有空调均投入运行，但机房内气流循环静区及高发热设备区域仍有局部温度不均匀现象出现。

通过精确送风改造，停运5台空调，其余8台空调用于机房内环境温度控制，机房内局部温度不均匀现象消除。通过机房动环监控平台检测温湿度状况，显示机房的环境温湿度控制状况有效改善。

3 热管氟泵背板空调

3.1 系统分析

热管是通过系统内工质相变来实现传热的元件，具有良好的等温性、导热性以及热流密度可变性。利用氟泵热管可以有效解决重力热管供液动力不足、蒸发器与冷凝器安装位置受限以及热量有效控制等问题，适用于高热密度的机房。热管氟泵背板空调系统结构如图4所示。

图4 热管氟泵背板空调系统结构

利用热管原理可以将室内机设计成机柜背板形式，机柜实现按需制冷、就近制冷，减少不必要的冷量损失，机房设备冷却效率较高，同时也减小了对机房空间的占用，节约机房空间。氟泵热管空调系统可以设计成设备及冷量冗余，满足机房空调的安全性要求。氟泵热管空调可以利用自然冷源，空调系统在室外温度较低的区域运行更加节能，具有良好的经济效益。氟泵热管空调可以实现机柜背板制冷，不占用机房空间，同时也能够满足大功率设备的制冷要求并降低空调能耗，避免设备因温度过高而出现宕机的风险。

3.2 案例分析

运营商某机楼于2005年建成使用，其3层综合机房为A类机房和市级核心机房，机房面积为380 m2，主要采用空调上送风形式。设备朝向一致，没有采取面对面或背靠背布置方式。机房温度为23 ℃，相对湿度50%。机房平面布置如图5所示。西五列iTV设备功耗较高、设备排风温度高，导致西四列设备进风温度高，机房内部出现热岛效应。

图5 3层综合机房平面布置

接入热管氟泵背板空调，改造后的机房结构如图6所示。安装两台额定制冷量50 kW的风冷氟泵空调与11套额定制冷量4 kW、最大制冷量5 kW的氟泵热管背板空调末端，两台风冷氟泵空调（图6中RDU）配套11台氟泵热管背板空调末端。氟泵热管背板空调系统采用系统冷量备份，风冷氟泵主机采用独立双物理系统，空调末端采用交叉接入，冷量冗余100%。通过改造，降低iTV设备排风温度和西四列核心网进风温度，保证本列设备在正常温度下工作。