羅慈照+郭德孺

（廣東電網(wǎng)有限責任公司惠州供電局 516000）

摘 要：通信中心機房的設(shè)備運行實踐表明，設(shè)備工作的可靠性及使用壽命與其工作溫度的關(guān)系極為密切。設(shè)備過熱運行將會對設(shè)備的可靠性及使用壽命產(chǎn)生極其有害的影響。隨著微納米電子技術(shù)迅猛發(fā)展，電子器件特征尺寸的不斷減小，芯片集成與封裝密度和工作頻率的不斷提高，使得設(shè)備的熱流密度迅速攀升，最終導(dǎo)致通信中心機房的熱流密度不斷增加，給通信中心機房冷卻系統(tǒng)帶來了嚴峻挑戰(zhàn)。本文主要探討的就是關(guān)于高熱密度通信中心機房散熱影響因素的相關(guān)研究。

關(guān)鍵詞：高熱密度；通信中心；機房散熱；影響因素

引言：

通信中心機房的氣流分布對這些房間的設(shè)備的熱環(huán)境產(chǎn)生重要影響。制造商的關(guān)鍵要求是維持電子設(shè)備進口溫度和濕度在規(guī)格范圍內(nèi)。但是通信中心機房的環(huán)境數(shù)據(jù)，包括機架進口溫度、相對濕度、最大露點溫度，也是我們在設(shè)計機房機架布置及通風制冷設(shè)計所必須考慮的因素。

1.通信中心機房布置與面臨的問題

設(shè)備消耗功率趨勢繼續(xù)增長著，從而使通信中心機房的熱管理成為一個非常具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。雖然存在各種機房布局和不同送、回風方式，而通信中心機房架空地板送風方式成為通信中心送風方式的主流，即機房空調(diào)向架空地板夾層內(nèi)提供冷空氣，再由穿孔地板送入各個機架井口。現(xiàn)在通信中心機房空調(diào)設(shè)計多強調(diào)熱通道/冷通道概念，機房機架布置原則如下：

機架與機房空調(diào)垂直布置于地面，機架之間形成冷熱風道，機架平行放置，機架進口面面對冷通道，而機架出口面面對熱通道。現(xiàn)有的通信中心機房架空地板就使用熱通道/冷通道的布局，即機房空調(diào)機組提供向下氣流到地板夾層中，再由穿孔地板送入冷通道，冷空氣從機架進口面進入機架，經(jīng)過機架設(shè)備加熱升溫，從機架背部排出熱空氣，直接回到機房空調(diào)機組進口或返回到頂板的回風口，再進入機房空調(diào)機組進口。

現(xiàn)今為了有效冷卻高熱密度負荷設(shè)備，通信中心機房的機架采用常規(guī)熱通道/冷通道布置，其目的是為了冷送風氣流與熱回風氣流能夠充分隔離。而由于機架功率增加迅速，導(dǎo)致機架背部排出的高溫熱空氣更容易擴散到機架頂部附近和冷通道兩末端，造成冷熱空氣混合，在機架的局部產(chǎn)生高溫。

對于架空地板的通信中心機房，地板下部空間流場控制著通過穿孔地板的氣流分布。如果機架底端穿孔地板提供流量滿足每個設(shè)備機架的氣流流量需求，在一般情況下，可以確保達到冷卻要求。通過穿孔地板的氣流分布是由地板下部的壓力分布來控制的，其影響因素有：架空地板的高度，空調(diào)機組的位置，穿孔地板的布局，穿孔地板開孔面積，以及地板下的存在障礙物等。地板上部區(qū)域冷卻目標是防止熱空氣進入冷通道內(nèi)，再進入設(shè)備機架的入口。實現(xiàn)這目標主要是依靠穿孔地板供應(yīng)足夠的冷空氣。此外，還可以安裝空氣簾，機架末端隔板，機架頂部隔板（如圖1所示），以及導(dǎo)管機架被用來實現(xiàn)冷熱氣流隔離。在特殊情況下，可以使用安裝先進的散熱裝置（頂部換熱器、背部換熱器等）來提供局部冷卻，減少局部高溫，降低機架進口溫度。

為了充分利用冷送風量和減少通信中心機房局部高溫，我們必須控制機房氣流組織、通過穿孔地板的氣流均勻性、機架進口溫度等。通過研究通信中心機房的地板夾層，室內(nèi)氣流組織，甚至機架內(nèi)部等；具體如優(yōu)化通信中心機房的參數(shù)（地板夾層、穿孔地板開孔面積、空調(diào)機組和穿孔地板送風口之間的距離），比較不同的機房的布局（機架和空調(diào)機組布置），模擬和預(yù)測機房空調(diào)發(fā)生故障后產(chǎn)生的后果等。

2.空調(diào)機組間距及其送風方式對機房的影響

通信中心機房的設(shè)備運行實踐表明，設(shè)備工作的可靠性及使用壽命與其工作溫度的關(guān)系極為密切。設(shè)備過熱運行將會對設(shè)備的可靠性及使用壽命產(chǎn)生極其有害的影響。隨著微納米電子技術(shù)迅猛發(fā)展，電子器件特征尺寸的不斷減小，芯片集成與封裝密度和工作頻率的不斷提高，使得設(shè)備的熱流密度迅速攀升，最終導(dǎo)致通信中心的熱流密度不斷增加，給通信中心冷卻系統(tǒng)帶來嚴峻挑戰(zhàn)。

現(xiàn)今為了有效冷卻高熱密度負荷設(shè)備設(shè)備，通信中心機房的機架采用常規(guī)熱通道/冷通道布置，而由于機架功率增加迅速，機房局部容易產(chǎn)生高溫。

具體影響我們將其歸結(jié)如下：

（1）離空調(diào)機組越近的穿孔地板氣流越不均勻，離空調(diào)機組較遠的穿孔地板氣流均勻，相應(yīng)體積流量較大?？照{(diào)機組水平送風方式下，不同空調(diào)機組間距的機架進口溫度隨機架高度變化趨勢相似；機組間距d越大，第一排機架底部熱循環(huán)越嚴重，頂部熱循環(huán)相對減弱。

（2）空調(diào)機組垂直送風方式的機房內(nèi)整個穿孔地板氣流分布均勻，每排穿孔地板氣流分布更均勻一致，空調(diào)機組垂直送風方式適合機房內(nèi)機架功率密度分布的通信中心；而空調(diào)機組水平送風方式時，改變機架到空調(diào)機組的間距可以提高機房內(nèi)每排穿孔地板的氣流均勻性，同時空調(diào)機組間距適中（如d=1.83m）時，機房內(nèi)穿孔地板體積流量分布相對其他間距的較為均勻，可與空調(diào)機組垂直送風方式下的氣流均勻性相媲美。

（3）不同送風工況下的溫度分布變化趨勢相同，空調(diào)機組間距較遠（如d=5.49m）時，四排機架在不同送風方式的機架進口溫度相差都很大，空調(diào)垂直送風時一二兩排機架進口溫度相對空調(diào)水平送風時較低，三四兩排機架進口溫度相對空調(diào)水平送風時較高，空調(diào)水平送風方式的情況與其相反；機架距離空調(diào)機組越遠時，空調(diào)水平送風方式的進口溫度較低，而空調(diào)垂直送風方式的情況與其相反。

（4）頂板送風工況下，頂板回風的設(shè)計優(yōu)于側(cè)墻回風設(shè)計，頂板回風能及時排出熱空氣，而側(cè)墻回風設(shè)計在內(nèi)部機架背部上方位置聚集大量的熱空氣不能排出，內(nèi)部機架頂部熱循環(huán)嚴重。由于人為隔板的作用，機房內(nèi)溫度分布相對合理，每排機架進口溫度相對較好，工程設(shè)計要利用隔板等來實現(xiàn)冷負荷的配置，防止嚴重冷空氣過量，冷空氣配置不合理。

（5）不同工況下靠近頂板回風口附近位置的速度較大，冷熱空氣混合嚴重，導(dǎo)致冷空氣得不到充分利用，熱空氣不能及時排出，冷空氣得不到充分利用?？拷惋L口位置的外部機架溫度分布相對較高，冷通道內(nèi)的溫度較高，機架進口溫度較高，外部機架熱循環(huán)相對嚴重；內(nèi)部機架溫度分布相對合理，機架進口溫度相對較好；遠離送風口位置的外部機架溫度相對較低，由于其對應(yīng)位置的靜壓較大，導(dǎo)致穿孔地板速度較大，所以提供給機架的冷空氣過量，導(dǎo)致外部機架溫度過低，出現(xiàn)冷短路現(xiàn)象。

3.總結(jié)語

由于機架內(nèi)熱源結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，為了應(yīng)對機房發(fā)熱量過大的問題，如何優(yōu)化氣流組織形式才能夠達到最佳的節(jié)能效果也值得進一步研究。

參考文獻

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