1、高熱密度通信機房的空調(diào)解決方案摘 要：針對通信機房建設(shè)中的高熱密度問題，結(jié)合國內(nèi)外經(jīng)驗，提出優(yōu)化的空調(diào)解決方案。關(guān)鍵詞：高熱密度 通信機房 空調(diào)Abstract：For high heat density problem in communications room, it optimizes air conditioning solutions with home and abroad experiences.Keywords：High heat density Communication room  Air conditioning 0 前言隨著通信設(shè)備的迅猛發(fā)展，通信

2、機房建設(shè)中出現(xiàn)了高熱密度問題。這個問題的出現(xiàn)與電子計算機本身以及集成化程度的發(fā)展變化密切相關(guān)。應(yīng)用高密度信息技術(shù)設(shè)備如刀片服務(wù)器可使每個機柜的功率達到20kW以上，這種負荷大大超出了一般機房的散熱能力，不可避免的帶來了機房局部的高散熱量，以及局部溫度的急劇升高。這就對通信機房空調(diào)設(shè)計提出了更高的技術(shù)要求，和過去單純追求機房內(nèi)環(huán)境溫度的降低不同，高熱密度通信機房的發(fā)展強調(diào)有效地帶走每個設(shè)備的散熱量。1 高熱密度機柜的散熱需求如何有效地帶走每個高熱密度機柜的散熱量是高熱密度通信機房空調(diào)解決方案的核心問題。（ 本文中，“高熱密度機柜”指功率超過3kW的機柜，因為3kW相當(dāng)于目前通信機房平均散熱能力范

3、圍的上限。）例如安裝刀片服務(wù)器的機柜，其進風(fēng)口需要大約1180L/s的冷空氣（以排出的空氣溫度升高11的常用值計算），從機柜后部也要排出相同數(shù)量的熱空氣。無論空調(diào)系統(tǒng)能否提供這么多的冷空氣，機柜都要吸入這么多空氣。如果不能為機柜提供這么多的冷空氣，機柜中的設(shè)備就會吸入自己排出的熱空氣（或相鄰機柜排出的熱空氣），導(dǎo)致設(shè)備過熱。因此，要達到高熱密度機柜所需的散熱性能需要三個關(guān)鍵要素：（1） 使機柜排出的熱空氣遠離設(shè)備的進風(fēng)口，以保證進風(fēng)的冷度；（2） 為機柜提供足量的冷空氣，從機柜中排出等量的熱空氣；（3） 以冗余和不間斷的方式提供冷卻功能。2 空調(diào)解決方案針對上述高熱密度機柜散熱需求的三個關(guān)鍵要

4、素，下面幾節(jié)將逐一提出空調(diào)解決方案。2.1使機柜排出的熱空氣遠離設(shè)備的進風(fēng)口，以保證進風(fēng)的冷度。除極少數(shù)情況以外，絕大多數(shù)高熱密度機柜的設(shè)計為從前面吸入冷空氣，從后面排出熱空氣。 假如機柜都朝向一個方向排列，則第一排機柜排出的熱空氣在通道中將和冷空氣或環(huán)境空氣相混合，然后進入到第二排機柜。 圖1顯示的就是這種布置。 由于空氣連續(xù)通過各排機柜，設(shè)備的進風(fēng)口空氣注定是較熱的。圖1 熱通道和冷通道沒有隔開的機柜布置為使機柜排出的熱空氣遠離設(shè)備的進風(fēng)口，以保證進風(fēng)的冷度，最佳作法是將機柜面對面、背對背的形式布置，形成冷、熱通道相間隔的狀態(tài)，如圖2所示。使機柜的前面朝向冷通道吸入冷空氣，而熱空氣將被排出

5、到不含冷空氣風(fēng)口的熱通道中。圖2 熱通道和冷通道隔開的機柜布置為了更加有效地隔離冷、熱空氣，機柜中任何未裝滿組件的垂直空間均需安裝消隱擋板。因為組件之間的垂直空隙會引起氣流混流，在這些空隙裝上消隱擋板就可阻擋熱空氣的回流。圖3 安裝擋板對服務(wù)器進氣口溫度的影響2.2為機柜提供足量的冷空氣，從機柜中排出等量的熱空氣。每個高熱密度機柜均需要大量的冷空氣來帶走設(shè)備產(chǎn)生的散熱量，如何將冷空氣均勻的送到每個高熱密度機柜的進風(fēng)口，如何將機柜排出的熱空氣準確的回收至空調(diào)機，這是提供足量冷空氣的關(guān)鍵點。空調(diào)機與機柜之間輸送空氣有以下三種基本形式：開啟方式、局部管道方式、全管道方式。所謂開啟方式，即空調(diào)機和機柜

6、直接從房間吸入或排出大量空氣，中間不用任何專門的管道來引導(dǎo)。所謂局部管道方式，即通過管道送風(fēng)或回風(fēng)，通風(fēng)口位于靠近機柜處。而全管道方式中，空氣直接通過管道進出機柜。以上三種方式，都可用在送風(fēng)路線和回風(fēng)路線上，能形成多種氣流組織形式的組合。其中開啟方式送風(fēng)（例如常用的風(fēng)帽上送風(fēng)）系統(tǒng)簡單、安裝成本低，但送風(fēng)氣流組織與空氣流動特性相矛盾，使房間下部溫度偏高，且難以阻止冷熱空氣混合、難以將冷空氣均勻的送到每個機柜的進氣口等，因此，對于高熱密度通信機房，不推薦使用。而全管道方式送風(fēng)需配合帶有垂直氣流配送裝置的專用機柜，很少使用。因此，高熱密度通信機房中常用的氣流組織形式為局部管道方式送風(fēng)與三種方式回風(fēng)

7、的組合。（如圖4、圖5所示）圖4 活動地板機房中常用的氣流組織形式圖5 無活動地板機房中常用的氣流組織形式圖4、圖5中的氣流組織形式，越往右，冷卻能力越強，但管道系統(tǒng)越復(fù)雜，空調(diào)系統(tǒng)的成本和復(fù)雜性都在提高。根據(jù)機房的特點和高熱密度的程度，選擇適合的氣流組織形式，是為機柜提供足量冷空氣的保證?；顒拥匕逑滤惋L(fēng)方式將冷空氣從下部送出，氣流組織與空氣流動特性一致，容易得到好的空調(diào)效果，且地板下的空間比風(fēng)管斷面面積要大許多，這就形成了靜壓箱，使送風(fēng)更均勻，同時，可在一定范圍內(nèi)移動風(fēng)口的位置，以獲得合適的送風(fēng)口溫度，而風(fēng)管上送風(fēng)要做到這點甚為困難。因此，對于高熱密度通信機房，優(yōu)先推薦使用活動地板下送風(fēng)方式

8、。在有足夠平均冷卻能力，但卻存在高熱密度機柜造成熱點的場合，可通過采用有風(fēng)扇輔助的設(shè)備改進機柜內(nèi)的冷卻負荷。這種設(shè)備可改善氣流，并使每一機柜的冷卻能力提高3kW到8kW。這些設(shè)備，如空氣分配單元（ADU）和空氣遷移單元（ARU）可有效地從鄰近空間“盜取”冷空氣。（如圖6）圖6 安裝ARU和ADU的機柜2.3以冗余和不間斷的方式提供冷卻功能?？照{(diào)機單元在計劃中或計劃外的宕機期間，機柜依然保持持續(xù)運行。這就意味著冷卻功能必須是冗余的任何單個空調(diào)機單元關(guān)閉時，仍能保持足夠的冷卻功能。常見的做法是空調(diào)機單元采用N1備份，且多個空調(diào)機單元共享一個墊高活動地板空間或壓力通風(fēng)裝置。這些裝置將所有空調(diào)機單元的

9、冷空氣輸出匯總在整個空氣分配系統(tǒng)中提供均衡的壓力，以保證任何一臺空調(diào)機單元停止運行的情況下滿足冷空氣的供給。不間斷空調(diào)的概念在高熱密度通信機房中同樣受到挑戰(zhàn)，常規(guī)通信機房的空調(diào)系統(tǒng)通常從備用發(fā)電機獲得備份電力，發(fā)電機啟動延遲是可以接受的，因為失去520秒（發(fā)電機啟動需要的時間）的制冷和冷空氣供給引起的溫度升高只有大約1。但是，在每個機柜18kW高熱密度散熱的情況下，氣溫在發(fā)電機啟動延遲過程中會升高830，這是不可接受的。因此在高熱密度通信機房中，根據(jù)通信設(shè)備的重要性，且在經(jīng)濟許可的條件下，空調(diào)機的室內(nèi)、外風(fēng)扇和壓縮機應(yīng)接入不間斷電源系統(tǒng)（如EPS等），以保證空調(diào)機的基本制冷功能是持續(xù)不間斷運行

10、的。2.4方案小結(jié)經(jīng)過分析，對于高熱密度通信機房，可采用下列優(yōu)化方案：（1）將機柜面對面、背對背的形式布置，形成冷、熱通道相間隔的狀態(tài)。（2）機柜中任何未裝滿組件的垂直空間均需安裝消隱擋板。（3）根據(jù)機房的特點和高熱密度的程度，選擇適合的氣流組織形式。優(yōu)先推薦使用活動地板下送風(fēng)方式。（4）在有足夠平均冷卻能力，但卻存在高熱密度機柜造成熱點的場合，可通過采用有風(fēng)扇輔助的設(shè)備改進機柜內(nèi)的冷卻負荷。（5）空調(diào)機單元采用N1備份，保證冷卻功能必須是冗余的。（6）根據(jù)通信設(shè)備的重要性，且在經(jīng)濟許可的條件下，空調(diào)機的室內(nèi)、外風(fēng)扇和壓縮機應(yīng)接入不間斷電源系統(tǒng)（如EPS等）。通過上述具有針對性的優(yōu)化后，可提高

11、機房空調(diào)效率，解決日趨嚴重的高熱密度問題。3 超高熱密度機房空調(diào)解決方案當(dāng)機房的功率密度超過5kW/m2時，采用傳統(tǒng)方式的精密專用空調(diào)機組作為空調(diào)機單元已經(jīng)不能滿足機房散熱的需求。本文中，將此類機房稱為超高熱密度機房。超高熱密度機房的空調(diào)解決方案不是本文的重點，僅作簡單介紹。常見的超高熱密度機房空調(diào)解決方案有：XD高熱密度解決方案、ACS機柜冷卻系統(tǒng)解決方案等。XD高熱密度解決方案，即空調(diào)風(fēng)機盤管安裝在機柜冷通道正上方，從兩側(cè)的熱通道吸入熱空氣，制冷處理后直接送至冷通道（如圖7）。此方案能使冷、熱空氣形成良好的強制循環(huán)。圖7 XD高熱密度解決方案ACS機柜冷卻系統(tǒng)解決方案， 即采用一個集成有冷

12、卻、供電、防火和安全系統(tǒng)的自治柜系統(tǒng)。冷卻單元位于機柜內(nèi)，熱空氣可在集成的冷卻單元內(nèi)處理而不排放到柜外，這樣可保證向機柜內(nèi)設(shè)備供應(yīng)冷空氣的最大有效性（如圖8）。圖8 ACS機柜冷卻系統(tǒng)解決方案4 結(jié)束語據(jù)美國APC預(yù)測：十年前，機房空間大小是限制通信設(shè)備裝機容量的關(guān)鍵因素；今天，電力供應(yīng)成為了限制通信設(shè)備裝機容量的瓶頸，而十年后，設(shè)備散熱將成為限制通信設(shè)備裝機容量的最大難題。因此，針對通信機房日趨突出的高熱密度問題，必須變革思路，從過去單純追求機房內(nèi)環(huán)境溫度的降低，發(fā)展為強調(diào)有效地帶走每個設(shè)備的散熱量，并建立一系列有效、安全、經(jīng)濟的空調(diào)解決方案。參考文獻1 Neil Rasmussen. Power and Cooling for Ultra-High Density Rac