通過增壓方式解決在用通信機(jī)房局部熱點

翁振邦

（上海上證數(shù)據(jù)服務(wù)有限責(zé)任公司，上海 201201）

通過增壓方式解決在用通信機(jī)房局部熱點

翁振邦

（上海上證數(shù)據(jù)服務(wù)有限責(zé)任公司，上海 201201）

中國移動上海公司某數(shù)據(jù)機(jī)房存在明顯的局部熱點，通過普通手段無法消除。經(jīng)過對該機(jī)房的深入研究，通過在機(jī)房回風(fēng)口安裝風(fēng)機(jī)提高熱點區(qū)域回風(fēng)管回風(fēng)靜壓的方式提高回風(fēng)量，有效降低機(jī)房熱點區(qū)域溫度并達(dá)到機(jī)房要求。通過本改造方案為在用老機(jī)房局部熱點改造提供了一些思路。

在用機(jī)房改造； 局部熱點； 靜壓； 節(jié)能； EC風(fēng)機(jī)

1 引言

隨著全球經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，世界能源需求快速增長，能源大量消耗導(dǎo)致的資源短缺和環(huán)境污染及氣候變化問題日益突出。在通信行業(yè)中，由于芯片技術(shù)的日新月異，通信機(jī)房單機(jī)架及單位面積的功率密度均呈現(xiàn)幾何式的增長。為了滿足越來越大的機(jī)房功耗并消除機(jī)房內(nèi)的熱量，需要為設(shè)備提供更多的UPS設(shè)備、開關(guān)電源以及更高制冷能力的精密空調(diào)，機(jī)房的能耗情況不斷惡化。在一些建設(shè)時間較早的機(jī)房，高功率密度帶來的不僅是能耗增加，局部熱點也是一個非常棘手的問題。機(jī)房局部地區(qū)溫度的不可控往往是機(jī)房運維部門最為頭疼的機(jī)房管理難點之一。

由于在用機(jī)房的情況較為復(fù)雜，在局部熱點的整治過程中很多解決措施由于影響在用機(jī)房內(nèi)的安全運行而無法使用。筆者根據(jù)以上情況，以上海移動某個在用機(jī)房的局部熱點改造情況為例，介紹一種在特定場景下簡便有效的局部熱點解決方案。

2 研究背景及現(xiàn)狀

中國移動上海公司現(xiàn)網(wǎng)100多個在用核心機(jī)房中，有30個機(jī)房未劃分冷熱通道導(dǎo)致冷熱氣流摻混，另外采用送風(fēng)效率較差的傳統(tǒng)送風(fēng)方式也會導(dǎo)致機(jī)房的氣流組織不盡合理，因此這些機(jī)房絕大部分都存在局部熱點問題。其中部分機(jī)房采用風(fēng)管上送風(fēng)、機(jī)組側(cè)直接回風(fēng)或通過機(jī)房內(nèi)設(shè)置回風(fēng)口統(tǒng)一回風(fēng)的方式，由于回風(fēng)距離長、閥門多，風(fēng)管的沿程及局部阻力均過大，設(shè)計人員未對風(fēng)管阻力及空調(diào)風(fēng)機(jī)的余壓進(jìn)行校核，導(dǎo)致這類型機(jī)房的精密空調(diào)回風(fēng)量不足，制冷效率較差。

本文介紹的機(jī)房位于中國移動上海公司某通信樞紐樓18層北機(jī)房，該機(jī)房采用8臺50 kW精密空調(diào)為機(jī)房供冷，分別安裝在機(jī)房東西兩側(cè)的兩個空調(diào)機(jī)房內(nèi)。機(jī)房空調(diào)以空調(diào)機(jī)房為單位分別設(shè)置為3用1備，共可提供的制冷量約為300 kW。而該機(jī)房設(shè)備實際冷負(fù)荷約為200 kW，從空調(diào)制冷能力來說該機(jī)房的精密空調(diào)可以滿足通信設(shè)備的散熱需求。機(jī)房氣流組織為前文所述的風(fēng)管上送風(fēng)、機(jī)房內(nèi)回風(fēng)口統(tǒng)一回風(fēng)的方式（圖1）。從機(jī)房熱環(huán)境來看，機(jī)房北面（靠窗側(cè)）溫度較低，環(huán)境溫度約22℃，機(jī)房南面（靠走廊側(cè)）溫度較高，約25℃，存在較為明顯的局部熱點。此外系統(tǒng)回風(fēng)量不足，導(dǎo)致空調(diào)機(jī)房負(fù)壓嚴(yán)重，精密空調(diào)蒸發(fā)壓力降低，空調(diào)的制冷能力下降嚴(yán)重。

圖1 機(jī)房送風(fēng)及回風(fēng)平面圖

因為通信機(jī)房的重要性，設(shè)備在網(wǎng)運行時對本機(jī)房實施氣流組織改造有極大的難度。為了改善本機(jī)房的局部熱點問題，機(jī)房維護(hù)人員不得不控制本機(jī)房的裝機(jī)量，造成了機(jī)房面積及電源空調(diào)等配套設(shè)備投資的浪費，在未考慮中央冷源功耗的情況下機(jī)房原始PUE值為2.14，處于較高的水平。

3 問題分析及可行對策

3.1 現(xiàn)場情況分析

經(jīng)過筆者對現(xiàn)場的查勘，發(fā)現(xiàn)該機(jī)房內(nèi)的局部熱點及回風(fēng)量不足主要由于以下幾個問題：

（1）從機(jī)房的氣流組織來說，機(jī)房采用上送風(fēng)側(cè)回風(fēng)的送風(fēng)方式，除了靠近兩側(cè)空調(diào)機(jī)房的隔墻底部各有3個長約2 m高0.3 m的條形回風(fēng)口之外，機(jī)房主要的回風(fēng)均依靠機(jī)房兩個長邊側(cè)設(shè)置的8個800×600 mm的百葉回風(fēng)口，通過兩根主回風(fēng)管回到空調(diào)機(jī)房內(nèi)。從回風(fēng)效果來看，條形回風(fēng)口由于接近回風(fēng)靜壓箱因此回風(fēng)阻力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于百葉回風(fēng)口，導(dǎo)致機(jī)房中部回風(fēng)量不足，熱量容易堆積產(chǎn)生熱點。

（2）由于通信機(jī)房內(nèi)風(fēng)管安裝空間有限，機(jī)房南側(cè)的主回風(fēng)管布置在走廊吊頂內(nèi)。根據(jù)消防規(guī)范，該主回風(fēng)管連接的4個回風(fēng)口在進(jìn)入通信機(jī)房的圍墻隔斷處應(yīng)設(shè)置防火閥；受防火閥安裝要求影響風(fēng)管在安裝時制作了數(shù)個連續(xù)彎頭，防火閥及風(fēng)管彎頭都形成了南側(cè)主回風(fēng)管的巨大回風(fēng)局部阻力。相比之下北側(cè)的回風(fēng)管安裝在機(jī)房內(nèi)部，無論從防火閥的數(shù)量還是彎頭的個數(shù)都遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于南側(cè)回風(fēng)管，兩側(cè)的回風(fēng)阻力差導(dǎo)致的回風(fēng)量差異形成了機(jī)房南北的溫度梯度。

3.2 對策分析及可行性判斷

根據(jù)上述機(jī)房存在的情況，按照普通機(jī)房運維人員的維護(hù)管理策略，最直接的解決方案不外乎兩點：

（1）限制機(jī)房中部以及靠近走廊側(cè)機(jī)房區(qū)域的裝機(jī)能力，人為減少該區(qū)域的熱量堆積，不過這樣不僅會降低機(jī)房的裝機(jī)率使得PUE上升，而且機(jī)房的空置也會導(dǎo)致機(jī)房利用率的下降。

（2）在局部熱點區(qū)域新增空調(diào)設(shè)備，譬如小型的單元式空調(diào)或者列間空調(diào)等新型末端設(shè)備。這種解決方案雖然能夠保持熱點區(qū)域的裝機(jī)能力，但是在機(jī)房原有冷源足夠滿足設(shè)備發(fā)熱量的情況下再增加空調(diào)設(shè)備，大大增加了配套設(shè)備的用電量，將會導(dǎo)致PUE的上升。此外新增的空調(diào)設(shè)備附帶的水管件增加了機(jī)房水浸的隱患，增加了機(jī)房維護(hù)量。

由于方案2隱患較大，運維部門首先采用了方案1的解決方案，雖然熱點區(qū)域溫度沒有繼續(xù)升高，但機(jī)房能耗問題依然嚴(yán)重，PUE達(dá)到了2.14。受該部門委托，筆者對機(jī)房情況進(jìn)行了調(diào)研并對更優(yōu)解決方案進(jìn)行了可行性研究。從傳統(tǒng)解決方案的效果來說，雖然問題得到了解決，但是都會帶來能源和機(jī)房資源的浪費，是治標(biāo)不治本的方法。通過上文對機(jī)房問題的分析，不難發(fā)現(xiàn)該機(jī)房所產(chǎn)生熱點問題的主要根源在于原始設(shè)計對空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)的阻力計算不當(dāng)且未采取相應(yīng)的水力平衡措施所造成的。

在盡可能減少對在用機(jī)房影響，保持機(jī)房現(xiàn)有基建樣貌不變的前提下，筆者認(rèn)為只要對原始設(shè)計的錯誤進(jìn)行修正，通過在回風(fēng)阻力過高的風(fēng)管上新增增壓設(shè)備，人為提高回風(fēng)不暢區(qū)

域回風(fēng)管的回風(fēng)靜壓以克服局部阻力，即不增加機(jī)房的能耗，也可解決該機(jī)房的局部熱點問題，可謂一舉兩得。

3.3 改造方案設(shè)計及效果驗證

受機(jī)房精密空調(diào)下沉式EC離心風(fēng)機(jī)氣流組織的啟發(fā)，筆者與相應(yīng)廠商研討設(shè)計了一種基于離心風(fēng)機(jī)的回風(fēng)管增壓設(shè)備（圖2），其風(fēng)機(jī)吸氣段對應(yīng)原風(fēng)管百葉回風(fēng)口，排氣端對應(yīng)原風(fēng)管回風(fēng)方向，根據(jù)改造后機(jī)房剖面圖（圖3）可知，改造工程對機(jī)房的影響可以忽略不計。

圖2 回風(fēng)增壓設(shè)備假想外形圖

由于筆者沒有機(jī)房原始設(shè)計的水力計算結(jié)果，現(xiàn)網(wǎng)機(jī)房各個風(fēng)口風(fēng)量及系統(tǒng)壓損也無法通過計算知曉，回風(fēng)增壓設(shè)備的額定機(jī)外余壓較難確定。此外機(jī)房的設(shè)備分布隨著機(jī)房的建設(shè)而不斷變化，因此機(jī)房局部熱點附近的溫度也會隨著熱量堆積而變化。

圖3 改造前后機(jī)房剖面圖變化

為了達(dá)到改造效果并滿足運維單位的使用要求，回風(fēng)增壓設(shè)備的風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速應(yīng)可以根據(jù)機(jī)房溫度及回風(fēng)管風(fēng)速自動調(diào)整。利用EC風(fēng)機(jī)的變頻調(diào)節(jié)性，在回風(fēng)風(fēng)量不變的情況下調(diào)節(jié)其機(jī)外余壓，回風(fēng)增壓設(shè)備可以動態(tài)針對不同機(jī)房及不同回風(fēng)管形式的回風(fēng)阻力，因此該解決方案普適性較強(qiáng)。為了匹配上述控制邏輯，還需在每組風(fēng)管支管中配置溫度及風(fēng)速探頭，回風(fēng)增壓設(shè)備應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實際的溫度變化而0～100%調(diào)整轉(zhuǎn)速，通過變頻調(diào)速以達(dá)到機(jī)房回風(fēng)風(fēng)量及靜壓動態(tài)適應(yīng)機(jī)房內(nèi)設(shè)備發(fā)熱量變化的目的。

經(jīng)過測試和效果后評估，機(jī)房現(xiàn)存問題基本得到解決，表現(xiàn)為：

（1）技術(shù)改造實施后機(jī)房空調(diào)的回風(fēng)量明顯增加，空調(diào)機(jī)房負(fù)壓情況消失。此外空調(diào)蒸發(fā)壓力過低的安全隱患也被消除，空調(diào)制冷能力恢復(fù)，機(jī)房的裝機(jī)潛力被開發(fā)出來。由圖8可見，機(jī)房與空調(diào)機(jī)房隔墻上的條形回風(fēng)口風(fēng)速以及北側(cè)回風(fēng)阻力較小的回風(fēng)口風(fēng)速大部分出現(xiàn)了下降，而原來阻力較大的南側(cè)回風(fēng)口風(fēng)速均出現(xiàn)明顯上升。

（2）機(jī)房南北明顯的溫度梯度被消除，機(jī)房南側(cè)的回風(fēng)溫度降到了23℃以下。改造后驗收過程中在機(jī)房種安裝的33個測試點中共29個溫度出現(xiàn)下降，個別區(qū)域由于機(jī)房負(fù)荷發(fā)生變化，出現(xiàn)了溫度上升，但上升幅度很有限，機(jī)房環(huán)境溫度變得可控。

（3）機(jī)房PUE有顯著上升，機(jī)房空調(diào)功耗下降30%，機(jī)房PUE從2.14下降至1.79，達(dá)到了降低機(jī)房能耗的效果。

4 總結(jié)及建議

綜上所述，本文所闡述的增加回風(fēng)靜壓改善在用機(jī)房局部熱點問題主要針對風(fēng)管上送風(fēng)、機(jī)房側(cè)下部集中回風(fēng)的機(jī)房，且由于回風(fēng)靜壓不足導(dǎo)致回風(fēng)量不夠而導(dǎo)致的局部熱點問題。需要注意的是，對于不同的在用機(jī)房，造成局部熱點問題的原因也有所不同，解決方案具有獨立性和定制化的特點。在實際操作中其他類型的在用機(jī)房不應(yīng)生搬硬套本文所介紹的方法，應(yīng)當(dāng)根據(jù)機(jī)房情況因地制宜地制定有效且具有針對性的方案。

由于在用機(jī)房的復(fù)雜性和運行安全的重要性，在用機(jī)房的局部熱點改造一直是各大營運商及政企行業(yè)用戶的難題。隨著本改造的實施，為上海移動遠(yuǎn)期改造更多具有局部熱點問題的在用機(jī)房提供了經(jīng)驗，也為公司節(jié)能減排工作做出了一定的貢獻(xiàn)。

[1] 陸耀慶. 實用供熱空調(diào)設(shè)計手冊第二版[M]. 北京： 中國建筑工業(yè)出版社， 2008.

[2] 上?，F(xiàn)代建筑設(shè)計集團(tuán)有限公司. 建筑節(jié)能設(shè)統(tǒng)一技術(shù)措施[M].北京： 中國建筑工業(yè)出版社， 2009.

[3] ASHREA TC 9. 9. 數(shù)據(jù)處理環(huán)境熱指南[M]. 北京：中國建筑工業(yè)出版社， 2010.

[4] ASHREA TC 9. 9. 高密度數(shù)據(jù)中心案例研究與最佳實踐[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社， 2010.

Improve the regional hotspot problem in using communication room by increasing return air static pressure

WENG Zhen-bang
(Shanghai Stock Data Service Co., Ltd., Shanghai 201201, China)

One Shanghai Mobile data room has obvious regional hotspots which can’t be eliminated by ordinary means.Through the in-depth study of the communication room, by Installing return EC-fans inside return ducts to increase return air static pressure around the regional hot spot, this way can increase the return air flow and effectively reduce the regional hotspots‘ temperature and reach design requirements.This reform program provide one good idea for eliminating regional hotspot problems in using communication rooms.

usingcommunication rooms reform; regional hotspot; static pressure; energy saving; EC-fan

TN915

A

1008-5599（2017）09-0064-04

2017-03-03