新型通信機房中熱島成因分析與解決對策

【摘 要】隨著通信技術的飛速發展，各種新型的通信設備不斷涌現，機房的熱島問題不出意料地繼承了傳統的頑疾，且不幸具有了新的派生特點。本文詳細分析了生產機房溫度“熱島”形成的原因，針對老舊機房的“熱島”問題提出多種整改方案，同時對新建機房的空調規劃、建設提出實施建議。

【關鍵詞】熱島；空調；冷熱通道；送風方向

1 引言

機房環境溫度的有效控制，是保障通信設備正常運行的重要條件，然而隨著移動通信數據業務的快速發展，機房數據IT設備和傳輸PTN設備大量增加，該類設備的集成度和功率密度很大，設備發熱量很高，導致機房設備容量超出預期，同時發熱設備過分集中在一處，極容易引起機房熱島問題。然而數據業務越來越重要，通信質量保障要求越來越高，熱島問題給機房設備維護帶來的故障隱患越來越突出，因此如何規劃空調建設和解決熱島故障，必須深入研究。

2 熱島問題成因分析

引起老舊生產機房熱島問題成因是多方面的，從機房功能前期規劃、空調安裝工程設計、施工質量管理、后期空調設備維護等各個環節都會導致機房熱島問題，主要原因分析如下。

（1）機房功能規劃與實際需求不一致

通信機房空調容量設計通常依照主體設備最大裝機容量、最大發熱功耗來規劃，但是隨著移動數據業務的快速發展，前期規劃為交換機房的樓層實際上被大量傳輸網設備、IT數據設備占用。目前IT數據設備、傳輸設備的集成度、功率密度很大，發熱量也很高，若安裝在普通機房里，則機房空調即使滿負載運行，也無法滿足機房冷量需求，很容易引發熱島問題。

（2）高發熱設備安裝過于密集

機房各樓層空調裝機容量滿足終期冷量要求，且空調安裝位置在機房內通常是均勻分布的。若高發熱設備過分集中安裝在某一處，則遠離發熱設備的冷量利用率很低，導致高發熱設備周圍環境溫度很高，而其它空間的溫度卻很低，例如機房的BOSS系統區域。

IP承載網的CE高端路由器、傳輸PIN設備均為高功率密度機柜，機柜的安裝通道寬度沒有相應增加，仍然沿用普通功率密度設備的安裝通道間距，氣流通道比較狹窄，形成了局部高熱負荷區，而先期投產布置在該區域的空調無法滿足要求。

對于高發熱設備，常規送風地板網孔不能滿足設備所需冷量，設備進風面下端冷上端熱的差距顯著。例如IBM主機、存儲硬盤陣列、刀片服務器設備，下部進風溫度為23℃，上部則達到26℃。

（3）設備安裝布置不符合散熱要求

1）由于機柜安裝施工設計有誤、工程施工質量管控不嚴，導致相鄰列間設備安裝朝向混亂，沒有按照“背靠背”原則安裝，列間設備沒有形成冷熱通道，導致前列的出風直接吹送到另后列的進風口，進風溫度劇增。

2）一列內的部分機柜沒有按照列內原有設備的冷熱通道布置方式安裝，設備的排放的熱風吹送到對面設備的進風口，提升了設備進風的溫度。

3）空調送風管雖然布置在冷通道的上方，但風管及送風口受走線架、消防管道、燈管等設備影響，位置安裝受限，出風口離地面過高，通道底端無法獲得足夠風量。

4）空調送風管出口被后期安裝的傳輸走線槽、走線架阻擋，空調送風氣流方向被改變或阻擋。

5）機柜內未安裝設備的空間無封閉盲板，導致機柜后部熱空氣與前部冷空氣對流，提升了設備前部進風溫度，又降低了冷量使用率。

6）設備安裝在下送風地板上方，切割地板放置設備后，未完全封閉地板缺口，導致板下冷量溢出，降低冷量使用效率；也使得設備進風區域的出風射流壓力下降，減少了冷量輸出，設備受冷量不足。

7）下送風地板上安裝的電源列頭柜、傳輸列頭柜、傳輸DDF架底部無封閉板，冷空氣流失嚴重，冷量無法有效輸送到遠端發熱設備。

8）列內暫無安裝設備的區域缺少隔板隔離，造成列前后通道冷熱氣流串擾，冷熱氣流混合，降低冷量有效使用率，提升了冷通道的溫度和設備進風溫度。

9）機柜內部安裝的設備類型混雜，不同類型設備的排風方式不一致，設備之間缺少冷熱通道隔離分區，導致機柜內部冷熱氣流混合。

（4）設備內部排風結構不合理

傳輸機框嵌入機架安裝布置結構沒有考慮設備進出氣流分隔，進出風氣流設計不協調，造成下層機框的出風口與上層機框的進風口在同一個半封閉的空間內，導致上層機框進風溫度偏高；同時，傳輸機柜集裝多采用兩面安裝機框、前后面進風/上出風的方式，客觀上無法在機房內形成冷熱通道分布。

（5）機房空調擴容項目建設滯后

網絡業務的快速發展，各業務專業工程項目的擴容往往先于空調項目擴容建設，導致擴容的業務設備只能占用存量機房冷量或采用安裝臨時空調應急，新增設備區域容易產生熱島。

（6）主設備項目設計會審缺乏橫向溝通

傳輸、數據等非空調專業的規劃設計過程中，缺少空調維護專業人員參與審查、討論，沒有充分關注動力環境系統的配套規劃建設以及現有機房環境支撐問題，造成后續業務投產后被動采用臨時空調應急，給維空調維護帶來很大的障礙。

3 熱島問題解決對策

老舊機房一旦產生熱島問題，將很難整治，主要原因是機房內部冷熱氣流混亂，新增空調的安裝空間受限，且很多重要設備都已入網運行，對發熱設備進行位置調整優化十分困難。解決熱島問題關鍵在于嚴格按照設計規范要求執行設備選型和安裝，重在控制熱島區域蔓延。針對不同發熱設備、不同樓層的空間情況采取多種措施，從工程整改到維護管理優化，綜合治理。

（1）改造空調氣流

1）重新調整優化空調機組安裝位置，將空調機組安裝在機房熱通道位置上，同時關閉熱通道送風口。

2）對于上送風機房，在部分冷通道增加送風管，增加局部冷量輸送能力。

3）對于上送風機房，采用風管下沉方式降低風管送風口高度，提高冷風的利用率。

4）根據機房功率密度分布，采用多臺空調冗余運行方式，增加高密度區域空調制冷總量。

（2）調整機房局部氣流

1）根據機柜功率調整地板出風口、送風管出風口的面積大小，加大出風量維持進風面正壓。

2）關閉熱通道的風管和地板出風口，在局部熱點增加臨時空調。

（3）改造機柜內氣流

1）根據冷熱通道分離標準、機柜背靠背安裝原則，調整機柜安裝方向，形成冷熱通道分離的有序氣流組織。

2）機柜內未安裝設備的區域須用盲板封閉，避免柜內前后冷熱氣流互串。

3）更換開孔率較大的機柜前后門，增加機柜內部設備的通風量。

4）調整機架內機框集成安裝方式，隔離上下層機框的進出風向，排除上下層機框設備冷熱氣流的混合串擾，使得上下層機框設備形成相對獨立的進出風方式。

盲板整改前通過設備網管觀察機柜內部溫度，從下到上，各部溫度依次為29℃、33℃、36℃、39℃。盲板調整后，各部溫度依次為27℃、31℃、32℃、35℃，測試表明該類盲板比較有利于設備散熱。

（4）采用空調新技術

1）對于采用下送風的機房，加裝天花板回風層，集中收集熱通道熱氣流均勻回送每臺空調，增強空調對熱回風的有效吸收能力，均衡每臺空調運行效率（對于設備均勻分布的機房效果顯著）。

2）封閉機房內每個冷通道（上送風和下送風方式均適用），取得局部冷庫的效果，確保通道內每臺設備的受冷面均能吸收冷風。封閉通道頂面設置與消防聯動的電動百葉，解決該區域的消防效力問題。

（5）加強空調建設與相關專業的橫向協調能力

傳輸、數據、交換等專業的項目設計會審必須要求空調維護專業人員參與，主設備的建設要充分考慮機房環境溫度和空調配置運行情況，不能各自為政、各行其是。

（6）制定高功率高密度機房空調建設規范

隨著技術的發展，機房主設備的結構形式、裝機密度、功耗都發生了很大的變化，一個突出的特點是發熱量大、出風量大。現有的機房空調建設規范已經不適應機房設備運行溫度保障的實際要求。要針對傳輸、數據設備的高密度、高發熱的特點，修改機房空調建設的要求和規范，以期適應機房環境溫度保障的實際需要。

4 新建機房空調建設建議

（1）從機房送風均勻性和空調運行的均衡性、設備對冷風的吸收能力看，下送風方式是機房中最佳的氣流組織方式。它使溫度在機房工作區整個高度上的階躍值小于上送風的方式，因為它阻止了設備放出的熱量再返回到機房工作區，從而節省了空調機組按工作區環境參數計算得到的冷量，提高了制冷效率，節約了能耗。故建議對于新建的大型機房，采用地板下送風方式。地下板下送風方式由于沒有風管的管路的限制，對增加定點送風量和空調擴容比較方便，對后期潛在的熱島問題也容易處理。

（2）對于高端路由器、大型數據IT設備在樓層內要安排獨立的安裝空間，列間空間適當加大，有利于減少熱風對相鄰列設備的影響，加快熱風消散。

（3）對于上送風的機房，在高發熱區域預留列間空調安裝位置，實現熱點區域的定點送風，效果較好。

5 總結

機房環境溫度保障是設備長期健康運行的重要條件，空調建設規劃要有前瞻性。產生機房熱島的根本原因是施工設計不良以及不能嚴格按圖施工引起的。其次，在“市場發展為先行”的導向下，盲目加大機房的裝機容量，也是引發熱島問題重要原因。隨著高功率、高集成度設備逐漸增多，空調項目建設和維護管理相關規范、要求需要跟隨調整，積極采用新的空調應用技術，適應機房溫度保障條件多種要求。

參考文獻：

[1] 《艾默生機房空調解決方案培訓教程》，艾默生網絡能源有限公司，2012.

[2] 《中國移動通信電源及空調維護管理規定》（2014版），移動集團公司，2014.

[3] 《精密空調用戶培訓教程》，艾默生網絡能源有限公司，2006.

作者簡介：

甘順水，工程師，中國移動通信集團廣西有有限公司網絡運營中心動力室。主要負責通信電源、機房專業空調系統日常運行維護、動力設備優化整改、機房能耗管理工作。

（作者單位：中國移動通信集團廣西有限公司）