基于传输机房中设备散热问题的研究

杨宝光

（中国移动通信集团黑龙江有限公司 七台河分公司，黑龙江 七台河 154600）

0 引 言

随着移动通信突飞猛进的发展，5G时代给移动用户带了更高更快速的网络，大带宽、低时延的特性使传输设备容量增加，传输设备功率也随之加大，其产生的热量也越来越多。针对大功率设备的散热问题，厂商在不断改进设备的散热方式，调整设备的进、出风方式，导致同一个传输机房内传输设备散热方式各不相同，同一厂家设备不同型号的产品散热也不相同，从而出现机房气流组织混乱，存在机房内局部热点等问题[1]。因此改进设备散热方式，合理布局设备摆放方式，改进机房送风方式尤为重要。通过理论数据，结合机房送风方式进行研究，解决了由于机房内温度局部过高，设备散热不好的诸多问题。

1 设备散热问题分析

1.1 设备散热形式

传输设备散热靠风扇进行，冷气流由进风口进入设备内带走发热器件热量，并由风扇经出风口排出设备外。设备散热原理如图1所示。

图1 设备散热原理

当前机房内设备的送风方式有以下几种：左侧进风、右侧出风（SL-SR）；底部进风、顶部出风（BT）；前后中部进风、顶部及前后底部出风（F/R-B/T）。核心机楼内空调的送风方式与机楼内设备的散热方式是否匹配直接会影响设备的散热效果。设备进出风方式如图2所示。

图2 设备进出风方式

1.2 设备与机房气流组织问题

目前，传输设备厂商的传输设备散热方式很多，差异明显，给现有机房内制冷方式带来了巨大挑战，机房内局部温度过高等问题难以解决。随着设备厂家的不断改进，导致不同型号设备的进出风方式各异，而机房内制冷方式短时间内无法更改，这导致机房内气流组织严重混乱，不但影响机房的制冷效果，而且增加了空调内的制冷负荷，导致电量增长，资源浪费[2]。各大运营商核心机房因前期规划原因都存在传输设备与家宽设备共用机房的情况，但是传输设备和家宽设备在散热方式上存在很大的不同，机房内气流混乱、散热效果不好。运营商初期的解决方法是加大机房内制冷量，但当机房内制冷量超过设备发热总量时，因为气流组织混乱会出现局部过热问题，传输设备的进风口温度依然很高，传输设备板卡温度更高，严重影响了设备的性能和工作稳定性，也加剧了设备损坏的风险。

2 设备散热解决思路

2.1 自然对流散热

对流散热原理是通过热传导的方式散热，内部元件与外壳将热量传导出去。目前，该方法是传输设备散热的主要方式，技术简单、可操作强、安全性和稳定性突出，而且产生的噪音较小。但这种技术也有缺点，如热阻较大、传热性能相对较差[3]。对流散热的计算公式如下：

式中：A为空气的接触面积，m2；α为对流换热系数；T1为器件表面温度，K；T2为环境温度，K。根据公式（1）可以看出，设备运行时产生的热量与对流系数、机房内温度、空间面积、设备表面温度差有关，即对流系数越大、环境温度越小、设备表面的温差越高、设备与空间接触面积越大带走的热量越多。

2.2 合理改进设备布局方式

普通传输机房因机房内设备功率较低，空调的制冷量满足设备的散热量，所以可以形成一个相对稳定的冷却形式。但是核心机房因设备功率过高，设备散热量较大，整个机房无法形成一个稳定的气流，就会造成机房局部过热问题。设备过热会导致设备故障，从而导致网络风险。因此，核心机房要考虑规划设备区域，可以分普通功耗设备区域、无源设备区域、高功耗设备区域，根据区域划分的功耗程度，采用不同的气流。

2.2.1 制冷要求

传输机房在规划设备分区外，设备的安装要多方面考虑，如机房容量要适宜，不能过多过满、设备散热方式相同的安排在一起，在保证设备运行安全、人员操作和维护方便的前提下合理排列设备的位置。除了考虑划分区域外，对机房的制冷系统也需要提出要求，机房的空调制冷量需满足设备热耗的要求。一般而言，要求机房制冷量为设备热耗的1.2倍左右，如果机房冷热风混合严重，则要求更高[4]。

2.2.2 设备散热形式合理匹配机房送风方式

机房的空调送风量需满足设备风量要求，若机房自身条件不允许，空调制冷量不够，则可能导致机房温度偏高，从而影响设备的运行。

此设备为下进风，上出风，直接匹配上管道送风、地板送风等机房匹配封闭通道场景（冷通道/热通道），设备需放置在600 mm深机柜，并增加导流实现前进后出风道，如图3所示。

图3 下进风设备

此设备为前进风，上下出风方式，匹配封闭通道场景（冷通道/热通道），设备需放置在1 200 mm深机柜，并增加左右边柜实现前进上下出风，如图4所示。

图4 前进风设备

从以上两个例子中不难看出，同样的设备需要在同一排列区域，这样可以通过设备的进风和出风方式来采用不同的制冷方式，因此需要设备散热方式与机房送风方式相匹配，才能最大化达到散热效果[5]。

2.3 改进设备风道

传统的传输风道模式已经固定，无法匹配机房的送风方式，可以在设备上方增加风道的形式，改变设备出发方向，使其散热方式能够匹配机房的送风方式，降低设备温度，散热效果更好。但是增加风道会占用机柜上方的空间，现有的传输设备要想改变散热风道要考虑多方面的因素[6]。

3 结 论

随着设备功率的不断增加，设备散热问题日渐突出，改进传输设备风道形式和机房气流组织匹配势在必行。通过划分机房设备区域、合理安排设备位置以及设备散热方式与机房送风方法相匹配的方法来改进机房中传输设备的散热问题，如提出了在设备上方增加风道方式改变设备出风方向，使之与机房送风方式相匹配，加快设备散热。下一步需要对设备功率和设备体积进行研究，研讨改进方法，进一步降低设备温度。