基于重力热管技术的传输机架冷却系统设计及应用

肖坤平，马卫兵，周新力

（1.中国移动通信集团湖南有限公司，湖南 长沙 410300；2.中国移动通信集团设计院有限公司湖南分公司，湖南 长沙 410300）

0 引 言

CT设备一直延续传统设计，即正面接线和操作维护，散热气流组织比较随意。随着传输设备机架功耗的不断增加，这种不科学的散热气流组织已经影响到了设备的正常运行[1]。传输设备机架一般2架背靠背安装，占用一个600 mm×600 mm的机位。如果按冷热通道隔离，需要对这些机架加装风柜，将其散热气流组织改为前进上出，配合冷通道封闭与通孔活动地板采用房间级空调下送风、上回风，才能科学地组织气流，达到较好的散热效果。但是这种方案只适合新建的传输机房，且风柜占用了50%的机位，布线也不方便。

对于大量的存量传输设备，目前的运行状况较差，整个机房气流组织紊乱，设备出风口温度大于40 ℃。虽然现在传输设备长时间运行的极限温度已经提高，但是过高的温度仍会影响传输设备的稳定。一旦停电，机房高温可能会导致传输设备告警甚至宕机。设计基于重力热管技术的传输机架冷却系统，主要解决传输设备出风方式不一造成的机房局部“热岛”难题[2-5]。

1 基于重力热管技术的传输机架冷却系统模型确定

研究现网各种型号传输设备的散热气流组织方式和功耗、散热风机的参数，分析传输设备的散热需求。利用计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics，CFD）仿真模拟一间传输机房的气流，分析其中存在的问题。利用重力热管技术前门冷却方案，并通过CFD对设计方案单机架和整个机房进行模拟，验证方案的可行性和实际效果。确定设计方案后，打样安装几个前门，并对CFD仿真的结果进行验证，总结方案的可推广性，最终达到安装重力热管冷却系统的传输设备板卡温度下降到40 ℃以下。同时对比改造前的能耗水平，将空调能耗降低30%。

1.1 现状分析

传输设备排风现状如图1所示。

图1 传输设备排风现状

以华为PTN7900-24、OTN9800为例，300 mm×600 mm×2 000 mm（深×宽×高）机架背面封闭，进风在机架正面的中间，顶部上出风，底部正面出风。这种设计在传输机架中比较科学，一定程度上避免了上下2个子框之间的热传递。华为PTN7900和OTN9800等设备机架尺寸是一样的，进风口和风扇的位置不一样。OTN9800中间横向布置的槽位实际上有散热，但是上下两个部分的散热气流组织兼顾不到。

1.2 解决方案

为了改善这些情况，针对传输设备机柜的特点，设计一款通用的热管前门来解决CT设备的散热问题。蒸发器紧贴发热源，机架送风回风都通过热管蒸发器。热管前门风机作为独立的单元，在钣金上做一些措施，设置一些预留固定孔。当需要风机时，可以利用这些固定孔将风机固定在任意位置[6]。充分利用设备本身的风扇，达到理想散热效果时可以不安装风机单元。热管前门需要配合冷冻水系统，配置一台风冷涡旋冷水机组带自然冷却盘管为热管末端提供冷源，同时能够利用自然冷源实现节能降耗，节约成本开支。

1.3 设备仿真

针对典型传输设备加装重力热管冷却系统前后的机柜进风温度分布、IT设备最大进风温度、机柜不同高度处和前后截面温度分布、机房送回风流线图进行CFD仿真。对现网存量典型传输设备的进排风散热及气流组织进行仿真，结果如表1、图2、图3所示。

图2 加装前典型传输设备机柜不同高度和截面处温度分布

表1 现网存量典型传输设备进排风散热及气流组织仿真结果

对整个传输机房的散热及气流组织进行仿真，结果如表2、图4、图5所示。

图4 加装前整个传输机房机柜不同高度处温度分布

图5 加装后整个传输机房机柜不同高度处温度分布

表2 整个传输机房散热及气流组织现状仿真结果

2 安装应用情况

该重力热管空调目前已在湖南省长沙市、娄底市多个传输机房进行试点运营，应用场景如图6所示。

图6 传输机房应用现场

选取改造前、后一年内的5个机架同一板卡温度进行监测分析，以加装前后各3天的数据为例，温度测试结果如表3所示。在室外环境温度近似的情况下，加装重力热管空调后板卡温度都下降到40 ℃以下，下降幅度约为6 ℃。

表3 加装重力热管空调前后传输设备板卡温度情况

3 结 论

从重力热管空调试点应用情况来看，重力热管空调通过改变热管前门风机位置，可以解决传输设备进出风方式不一造成的机房局部“热岛”难题。相较于传统精密空调制冷方式，重力热管空调可以精准对机架级传输设备进行制冷，同时维护简便。在传输机房采用重力热管空调来降温，不仅安全节能，而且还能达到降本增效的目的，具有良好的市场应用前景。