傳統(tǒng)機房上送風封閉冷通道氣流組織優(yōu)化研究

宋卓夫 趙威 張雪松

（國網(wǎng)黑龍江省電力有限公司信息通信公司，黑龍江 哈爾濱 150090）

通信機房在使用過程中，在外界各種因素的影響下，通常會導致機房內(nèi)的氣流組織出現(xiàn)不通暢的情況。機房中的IT設備主要是依靠空調(diào)所送入的低溫風來與散熱進行充分交換，進而帶走熱量，降低機房機架的溫度，而氣流組織則是溫度交換的主要媒介。如果氣流組織運行的不通順，那么就需要利用多配置空調(diào)來減緩由于溫度過高導致的機房壓力，這樣不僅會在空調(diào)設備方面投入大量的成本，同時也會提高相應的運行費用，很容易在局部位置造成熱點，為機房帶來了很大的火災隱患。對此，通過上送風封閉冷通道對氣流組織進行優(yōu)化具有十分重要的現(xiàn)實意義。

目前，伴隨著云計算以及互聯(lián)網(wǎng)等業(yè)務的快速增長，SDN和NFV技術(shù)的應用逐漸成熟，未來的通信網(wǎng)絡也會走向IT化的發(fā)展道路，現(xiàn)如今，國際范圍內(nèi)已經(jīng)有多個網(wǎng)絡運營商開始推出了網(wǎng)絡重構(gòu)計劃。比如我國聯(lián)通網(wǎng)絡在2016年提出了5G智能化協(xié)同網(wǎng)絡將會建立在NFV和SDN技術(shù)之上，努力向ICT技術(shù)看齊。傳統(tǒng)機房通常都是以承載專業(yè)化網(wǎng)元設備為重點，然而DC機房的出現(xiàn)將可以承載功耗較高且散熱量較大的網(wǎng)絡設備，這也是傳統(tǒng)機房制冷條件所面臨的巨大挑戰(zhàn)。隨著目前數(shù)據(jù)中心業(yè)務發(fā)展速度不斷提高，我國數(shù)據(jù)中心已經(jīng)超過了近30萬，其年耗電量在我國社會總耗電量中的比例已經(jīng)超過了2%，目前數(shù)據(jù)中心已成了能耗總量的高度集中區(qū)。然而大多數(shù)數(shù)據(jù)中心的PUE效率超出了2.0，與國際水平相比仍存在很大的差距，特別是以傳統(tǒng)機房為載體的數(shù)據(jù)中心，在傳統(tǒng)機房設備尺寸以及建設周期等原因的影響下，很難開展各種節(jié)能措施，導致機房的運行效能較低。

一、傳統(tǒng)機房的現(xiàn)狀分析

（一）實踐機房的環(huán)境現(xiàn)狀

為了確保文章的真實性，本文將選取某中國聯(lián)通中的傳統(tǒng)樞紐機房作為實踐對象。該機房在2008年被正式投入使用，能夠使用的機房面積總共有2萬平方米，電源總體設計容量為5000kvA，是中國聯(lián)通集團公司的核心局房之一[1]。目前，隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，其業(yè)務也在不斷增加，機房的使用面積已經(jīng)超過了90%，從整體情況來看，基本已經(jīng)建設完畢。然而，當前電源負荷率已經(jīng)超出了上限值，沒有多余的容量可提供使用。這其中實踐機房占據(jù)了近600平方米，凈高度為4米，機房主要設備都采用了上走線的方式，沒有合理規(guī)劃冷熱通道，負載量為900KW，總共配備了12臺功率為100KW的風冷空調(diào)，全都采用上送風的方式，PUE值為1.50。

（二）氣流組織現(xiàn)狀

該機房主要采用的是普通上送風的氣流組織方式，該方式被稱作彌散式送風法。雖然安裝十分靈活，但是送風距離十分有限，覆蓋范圍非常小，只能夠?qū)照{(diào)前方的區(qū)域起到散熱效果?？照{(diào)送風口的冷空氣在壓力差影響下，大多數(shù)冷空氣都會流入阻力較小的機房上部區(qū)域中，但是在墻體的阻擋下，很容易在機柜之間形成較大的渦流區(qū)域。部分冷空氣會通過ICT設備流入到機柜當中，對ICT設備進行冷卻。而另一部分冷空氣會與熱風共同進入到空調(diào)的回風口中，進而形成十分嚴重的氣流短路現(xiàn)象，導致機柜進風溫度非常不平衡，熱島效應就是在此影響下產(chǎn)生的，局部設備會出現(xiàn)高溫故障問題。

所以，從實際情況來看，傳統(tǒng)機房的上送風氣流組織方式存在十分嚴重的氣流短路情況，冷風的利用率非常低，導致了機房內(nèi)部的制冷效果十分不理想，無法滿足現(xiàn)網(wǎng)對機房制冷條件所提出的要求，也正因如此才需要對氣流組織進行深入優(yōu)化改造。

二、機房氣流組織的具體方式

通過分析冷風和熱風在機房內(nèi)部的循環(huán)方式，能夠?qū)饬鹘M織分為不同的形式，分別為：房間氣流組織形式、靜壓倉氣流組織形式以及機架氣流組織形式。

（一）房間級氣流組織形式

在機房氣流組織過程中，精密空調(diào)送風方式十分關(guān)鍵。精密空調(diào)的送風以及回風方式各有不同，所以整個機房內(nèi)部的氣流組織形式也存在差異。

（二）靜壓倉氣流組織形式

靜壓倉在通信機房中的作用就是為了能夠產(chǎn)生足夠的送風壓力，是一種創(chuàng)新型的壓力容器，同時它也是精密空調(diào)送出冷風必須要經(jīng)過的一道氣流途徑，在此過程中精密空調(diào)的送風速度和壓力都是不可忽略的。從下送風角度來看，地板下為靜壓箱，只有確保靜壓箱中擁有足夠的靜壓且分布均勻的情況下，才能夠使每個機架中的氣流量保持均勻[2]。

（三）機架氣流組織形式

機架是通信中心為IT設備提供穩(wěn)定物理運行的微環(huán)境場所，機架氣流的組織形式十分關(guān)鍵。同時它也是精密空調(diào)為IT設備送出冷風的最后一道氣流渠道。

三、通信機房上送風封閉冷通道氣流組織的優(yōu)化效果

（一）機柜進風溫度情況分析

在上送風模式下的冷通道氣流組織優(yōu)化改造前后機柜進風溫度分布如圖1所示。

從圖中可以得知，在改造之前機柜進風的溫度分布情況很不均勻，存在大量的熱點和部分冷點，而經(jīng)過改造之后，機柜進風溫度分布比較均勻集中，而且存在的方差很小。在改造之前，機柜進風的最高溫度能夠達到30℃，溫差也有13℃，在機房環(huán)境中普遍存在著熱島效應，也沒有良好的制冷效果。經(jīng)過改造之后機柜進風的平均溫度會降低3℃，最高的溫度也會降低9℃，溫差也縮小到了3℃，熱島效應也得到了有效解決，制冷效果有了明顯提高。

低空調(diào)中設置的整體溫度，不僅會導致局部溫度過低，并且還會造成能源消耗損失。冷通道封閉機房可以對氣流組織進行改善，避免冷熱氣流出現(xiàn)相互融合，以此來更加便捷地調(diào)整空調(diào)緊密程度，提高機房制冷條件的可靠性。

（二）機房電能應用效率分析

PUE是全球通用的數(shù)據(jù)中心電能使用情況指標，局部電能使用效率則是在此概念基礎上的延伸，能夠?qū)植繀^(qū)域設備能效進行綜合分析。在忽略能源使用路徑的前提下，根據(jù)機房內(nèi)部區(qū)域來對比上送風模式的封閉冷通道氣流組織情況。同時，在機房內(nèi)ICT設備同等用電負荷的情況下，空調(diào)用電負荷與改造之前相比有了明顯的降低，制冷能耗得到了大幅度下降。此外，空調(diào)電負荷降低的前提下，不僅緩解了該區(qū)域配電系統(tǒng)高負荷率的壓力，同時釋放出的電力容量也能夠為機房提供更多ICT設備裝機容量，為相關(guān)企業(yè)的發(fā)展提供了有力支持。

四、結(jié)束語

綜上所述，機房在同等運行負載的情況下，傳統(tǒng)機房采用了上送風的模式對冷通道進行了改造，隨后，機柜進風溫度就變得更加均勻，而且方差更小，進風時的溫度更低，在一定程度上解決了熱島效應，提高了機柜熱的穩(wěn)定性。同時在安裝冷通道之后，如果冷通道內(nèi)機柜沒有裝滿ICT設備，那么就可以通過加裝盲板來遏制機柜背面散熱的回流情況，使冷熱通道能夠被完全隔開，進而有效提高通信機房的能效，有效解決了熱島效應問題。