通信机房空调上送风风口间距确定方法

韩利平，孙洁，顾正杰，杨迁

（中国移动通信集团设计院有限公司陕西分公司，西安 710077）

通信机房空调上送风风口间距确定方法

韩利平，孙洁，顾正杰，杨迁

（中国移动通信集团设计院有限公司陕西分公司，西安 710077）

本论文讨论了风管上送风的风口间距确定方法，使空调上送风能够覆盖通信机柜进风口，实现更合理的送风气流。

通信核心机房；空调上送风；风口间距

随着通信技术的快速发展，通信设备的集成化程度越来越高，单机柜功耗越来越大，机房功率密度（单位机房使用面积内通信设备的用电负荷）也随之增高。对不同型号的机柜，其通风方式有所不同。为了增加机房中空调送风均匀性，使机房中温、湿度均匀，提高空调热效率，目前常采用的空调送风方式是风管上送风和防静电地板下送风。本文主要从空调上送风方式入手，讨论使空调上送风系统送风均匀，更好满足通信设备降温要求的空调送风口间距的计算方法。

1 通信机房设备的基本情况

目前，通信机房分为数据机房，交换机房、业务支撑机房、传输机房等。虽然机房中机柜设备种类很多，但单机柜自身的通风方式主要有前进后出型、前进上出型以及下进上出型。不管采用哪种通风方式，均需保证空调送风能够到达机柜进风口，使冷风顺利进入机柜，冷风带走设备的散热后迅速回到空调机，经过处理后再被送出，形成高效的循环，这样才能满足通信机柜的降温需求，从而有利于通信机房的良好运行。

现在通信机房中常用机柜的进风方式主要有两种：一种是进风口处于机柜下部，代表性机柜为新型NCR机柜；另外一种为全前门进风，代表性机柜有IBM的P595机柜以及老型NCR机柜等，P595机柜仅通过前门中间上下贯通的条缝风口进风，老型NCR机柜通过开孔的全部前门进风。

2 通信机房空调上送风形式

随着通信机房的功率密度不断增加，列设备的布置形式由原来的面对背改为现在的面对面、背对背，从而形成了冷、热通道，这样就减少了通道之间设备热气流的串联，避免了设备内部温度升高，进而降低了设备容易高温告警的风险。

对于通信机房中的空调上送风系统，一般是通过机房专用空调顶部的静压箱、主风道、支风道、风口等送风到设备列通道。针对不同的通信设备布置形式，采用相应的风管布置方式：对于冷热混合通道，需要在每个列通道布置支风管；对于纯冷通道，仅在冷通道布置送风支风管，热通道增加如诱导风机、轴流风机等回风措施。而在老机房送风系统改造工程中，还会采用精确上送风形式，即将空调冷风通过风管送到每个通信机柜中。不管哪种形式送风方式，均是为了满足机房中温、湿度控制要求。风管上送风系统具体见图1～2。

图1 风管上送风系统原理图

图2 精确上送风系统示意图

然而，机房专用空调精确上送风形式需要改造通信机柜的前门，使其同空调送风支管连接，并增加控制阀门和自动控制系统等。虽然这种送风形式实现了对通信机柜的精确送风，但它需要占用机房空间，同时增加造价，且自动控制系统也增加了系统的复杂性，因此本文不考虑此种方式。

多数机房中采用的上送风至列通道的空调送风形式需要考虑列通道上方送风口的布置距离，适当的风口间距可以使空调送到列通道的冷风覆盖整个通信机柜的进风口，从而使机柜有效降温，并且避免了额外增加空调系统投资。本文针对这种送风形式下空调送风口的间距进行讨论。

3 空调上送风风口间距确定方法

对于机房中上送风空调系统，良好的气流组织应当能够均匀地将冷风送到每个通信机柜的进风口处，使机柜能够完全地进行热量交换，同时，排出的热风能够迅速回到空调机组被处理，形成换热循环，从而保证通信机房的良好运行。

机房专用空调均具有大风量，小焓差的特点，受机房空间限制，向下送风口的出口风速较大，形成紊流射流。紊流的横向脉动造成射流与周围介质之间不断发生质量、动量的交换，带动周围介质流动，从而使射流的横断面积沿射流方向不断增大。在风口间距较大时，两风口之间的位置会形成冷气难以到达的死角区。良好的气流组织须保证一定的风口间距，避免出现冷气流死角，进而消除通信机柜高温告警。

当送风管送出的气流到达机柜进风面时，若气流断面能够完全覆盖通信机柜的进风面，使之不处于空调送风死角区，则认为这种气流组织较为合理。为得到合理的气流组织，采用下述方法对送风口最优间距进行计算。

送风气流到达机柜进风区域时，气流宽度ds的计算公式为：

ds：送风到达机柜进风区域时的气流宽度（m）；

do：风口直径（m），对矩形风口do=1.13×A×B，A和B分别为矩形送风口的宽度和长度，针对本文，A=350 mm，B=500 mm；

a：送风口的紊流系数，活动百叶风口a=0.16；

s：送风口至机柜工作区域上边界的距离（m）。

如前文所述，目前机房中的机柜进风口主要有两种：一种是NCR机柜的进风面，高度为60 cm；其他型号的进风面高度基本相同，为1.8 m。下面分别计算两种进风面高度下，向下送风口的最优间距。

3.1 NCR机柜

NCR机柜的进风面开在机柜的下部，只要这部分区域完全处在射流覆盖范围内，进风温度就能满足机柜的要求。

根据公式（1）可计算得到送风到达机柜进风区域时的气流宽度为2.2 m。由气流宽度ds可计算得两风口间距为1.7 m时，送风效果最好，风口布置图见图3。

3.2 其他型号的机柜

图3 NCR机柜风口布置图

对于前门全是进风面的机柜，要使进风温度满足机柜要求，同样需要风口射流能完全覆盖机柜进风面。

根据公式（1）可计算得到送风到达机柜进风区域时的气流宽度为1.0 m。进而可得风管向下送风口的布置间距为0.45 m时，送风效果最好，如图4所示。

图4 其他型号机柜风口布置图

4 结论

根据上述分析结果，可以得到如下结论：

（1）当通信机房中设备布置不分冷热通道时，宜在每个列通道均加支风管；当通信机房中设备分冷、热通道布置时，建议仅在冷通道加支风管，热通道安装风机，加速热风回到空调机。

（2）对于已有机房，如增加支风管后仍然无法满足机房降温需求，而在空间、资金方面满足精确送风时，可以考虑采用精确上送风。

（3）空调上送风系统支风管上风口间距应保证送风射流覆盖整个机柜进风口，当送风口为500×350 mm的矩形风口时，机房中若为新型NCR机柜，建议风管向下送风口的间距为1.7 m；若为其他机柜，建议风管向下送风口的间距为0.45 m，此时可以得到合理的气流组织。如果风口尺寸或机柜进风口高度改变时，可以采用公式（1）进行计算，保证冷气流覆盖机柜整个进风口。

（4）当机房中设备布置不仅考虑了冷热通道，且满足风管上送风气流覆盖时，若送风气流仍然满足不了机房降温需要，则可以考虑采用封闭冷通道的方式。

[1] 石海军,吴昊,刘寅. 机房空调系统全年节能性运行调节策略的研究[J]. 制冷空调与电力机械, 2005,26(5):49-51.

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[3] 赖世能，侯福平等. 中国电信数据中心机房电源、空调环境设计规范(暂行)[S]. 2005.12.

Determination method of distance between air outlets for upper air supply in communication room

HAN Li-ping, SUN Jie, GU Zheng-jie, YANG Qian
(Shanxi Branch of China Mobile Group Design Institute Co., Ltd., Xi’an 710077, China)

This paper discusses the determination method of distance between air outlets for upper air supply with air duct in this paper, so that the air intake of cabinet is covered by supply air.

communication core room; upper air supply; distance between air outlets

TN915

A

1008-5599（2014）01-0054-03

2013-10-22