传统机房局部热岛解决方案探讨

蔡晓阳

（中国电信福建公司，福建福州350001）

0 引 言

近年来，通信业迅猛发展，通信网络设备从传统的TDM设备向IP设备规模布局，IP服务器设备开始在通信网络大量使用。随着高集成化设备及刀片服务器的大量使用，其功率密度高的特点，造成了机房气流组织复杂化，使得高密度设备区开始不断呈现热岛效应，这种现象在传统机房尤为明显。因此，如何解决传统机房局部热岛问题，又能够达到节能目的，是目前值得深入研究的一个课题。

1 传统机房局部热岛原因分析

通过对传统机房通信主设备发热功率、设备运行的温度环境情况、机房投入运行的空调配置冷量、气流组织情况等进行综合分析，产生传统机房局部热岛的原因主要有以下几个方面：

（1）通信设备机架规格种类比较繁杂，差异性很大，设备机架进风散热设计方式不同。

（2）通信设备本身的进风与散热设计不同。

（3）通信设备布局“背对面”的级联加热使得后排机柜发生局部过热。

（4）空调送回风气流不畅，机柜门通孔率不够，造成空调冷源利用率低。

（5）机房气流组织混乱，造成系统无为做功，冷热空气混合等，影响空调运行效率。

（6）新增设备的单机功耗增大，机柜的功率密度增大。

2 传统机房的气流组织结构类型及其优化改造方案分析

2.1 传统机房的气流组织结构类型

传统机房的气流组织大致可以分为四种形式，具体有无送风管道的上送风下回风上走线形式、有送风管道的上送风下回风上走线形式、下送风上回风上走线形式、下送风上回风下走线形式，优劣性分析如表1。

表1 四种气流形式的优劣比较

2.2 解决传统机房局部热岛问题分析

影响机房气流组织的优劣根本主要与空调送回风形式、通信设备的散热形式、线缆线架的布置形式等有直接的关系。将冷热空气隔离，减少冷热空气混合现象，可以提升冷空气利用率，减小空调运行负荷，改善机房气流组织的同时实现节能。具体有如下几种热岛解决方案：

（1）增加空调数量解决局部热岛问题

通过简单的增加空调数量来降低机房的整体环境温度，从而减少机房的局部热点，是传统的“先冷环境，再冷设备”的方式。该方案通过简单的增加空调数量来降低机房的整体环境温度，貌似减少机房的局部热点，是传统的“先冷环境，再冷设备”的方式，对局部热点问题解决效果较差，且严重增加机房用电量，与节能减排背道而驰。

（2）在机房内增加送风管道

通过在机柜上方增加送风管道，将空调的冷量送至机柜附近。该方案通过简单增加送风管道，可以对气流进行适当引导，将冷量送至机柜附近，对局部热岛问题解决效果一般，可提高冷量利用率，节能效果一般，但是全部采用送风管道改造，改造费用高。

（3）针对具体热点位置具体送风

通过在机房内针对具体热点位置具体送风的方式解决局部热岛问题。该方案通过在机房内针对具体热点位置增加工业风扇具体送风的方式，对局部热点问题的解决效果较为明显，但节能效益一般，增加机房功耗，将风扇放置在设备通道影响维护操作，加上工业风扇不稳定，不能满足热点设备供冷连续不间断要求。

（4）在机房内实施全部精确送风

根据设备的冷量需求合理分配风量，通过在机房内实施精确送风的方式，达到“先冷设备，再冷环境”的目的。该方案可有效地解决机房内局部过热问题，改善机房设备的运行环境，并提高空调利用效率、降低能耗，节能效果十分明显。但是全部进行精确送风改造成本太高，而且并非机房内所有设备均具备改造条件，受空间、高度等因素制约。

（5）在机房内实施局部精确送风

根据设备的冷量需求合理分配风量，针对具体热岛位置具体送风的方式与精确送风方式，对部分设备实施精确送风的改造方案。该方案可有效地解决机房内局部过热问题，改善机房设备的运行环境，并提高空调利用效率、降低能耗，节能效果十分明显，同时可以节省建设投资，且受原有机房布局影响小。

表2 几种解决方案的综合比较

如表2综合比较分析可知，通过在机房内局部区域实施精确送风的方式可有效地解决局部热岛问题，并且提升冷空气利用率，减小空调运行负荷，因此节电效果非常明显，从长期目标来看，投资效益更高。

3 传统机房试点改造分析

为研究解决机房局部热岛问题，以普明二层综合机房作为试点，通过局部精确送风的改造方式，探讨解决机房局部热岛问题。

3.1 机房现状及主要问题

普明二层为综合机房，设备12列，空调为上回风模式且单侧布局，机房横向距离达25.8 m，主要由10台机房专用空调供冷。3列IMS设备因部分单机功率密度较大，且距离空调较远，回风距离过大导致机房环境温度偏高，机架过道平均温度29.7℃，出现局部热岛现象。

3.2 机房改造方案

（1）冷空气隔离改造方案

根据机房空调、送风管道、设备及走线架布置，将设备划分区域。对于单机功率密度较大的设备在原风管的基础上实施局部精确送风改造，解决局部热岛问题；对于功率密度较低的区域不进行改造，利用原有风管进行供冷。

a.以原有风管利旧原则实施低成本改造且考虑今后更换空调风管可继续利用。

b.对于空的机架则可直接关闭风阀；对于装载不满的机架，服务器层间空隙超过1U以上的采用盲板封堵，避免冷量损失；对于装载较满的机架根据其功率与温度要求来调节风量大小。

c.实现“按需供冷”、冷热气流隔离作用。（2）机房改造预计实现目标

通过此次改造，可预计实现目标如下：

a.改善机房设备的运行环境，消除机房局部热点隐患。

b.有效提高空调冷源利用率，减少空调压缩机运转历时，提高空调寿命。

c.实时掌控通信设备运行的环境温度、湿度，监测空调电能消耗。

（3）改造前后环境效果比较

通过精确送风技术改造，机房环境温度得到明显改善，改造前机柜出风口实测温度达到27℃～32℃，并且存在局部热岛现象；改造后机柜出风口实测温度只有16℃～18℃且无局部热岛现象，由此可知，改造后通信机房设备运行环境温度明显下降，如表3。

（4）投资效益评估

根据测试数据，改造后机房空调日平均总能耗降低120 kWh。每年空调节电率达到8.9%，一年节电量为4.4万k Wh左右，以电费0.8元／kWh计算，年节电费为3.5万元左右，该机房节能投入为18万元左右，5.33年可收回投资成本。同时，随着设备的增加，节电率将更高，如表4。

表3 改造前、后温度对比

表4 普明二层交换机房投资效益评估表

4 结 论

不同类型传统机房由于在机房结构、设备分布、空调摆放、气流组织方式等方面存在的局限性，同时存在后期高能耗设备的不断增加等客观原因，从而造成传统机房内温度分布严重不均匀，部分机柜过热，部分机柜过冷，最终导致传统机房出现耗能不平衡，形成局部热岛现象。本方案利用局部精确送风改变传统机房气流组织方式，在确保机房运行安全的前提下，有效地解决传统机房的局部热岛问题。

（1）传统机房局部精确送风节能技术改造不影响在网设备安全运行，采用“先冷设备，后冷环境”的制冷模式，实现根据设备实际发热量精确分配冷量，解决机房内局部过热问题，减少宕机事故，保证了机房设备运行的安全性。

（2）提高空调利用率，减少空调压缩机的运转历时，有效地降低机房能耗，实现机房PUE值的下降。

（3）实现了机房设备温升的精细化监控，实现机房设备异常温升的预警，提高了通信设备的安全保障等级。

（4）通过改造优化，机房热环境得到改善可以将精密空调的制冷量全部用于IT设备发热，提高装机容量，提高了机房的利用率。

（5）局部精确送风节能技术是对通信机房精确送风节能系统的实际应用进行了深化探索，为传统机房气流组织改造提供了新思路，同时也为今后该技术在机房相关设计、施工推广奠定基础。