曾俊鈺，覃曉霞，陳騁，倪凡

(1 中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)廣西有限公司，南寧 530028；2 華信咨詢?cè)O(shè)計(jì)研究院有限公司，杭州 310014)

傳輸核心匯聚機(jī)房工藝布局規(guī)劃研究

曾俊鈺1，覃曉霞1，陳騁2，倪凡2

(1 中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)廣西有限公司，南寧 530028；2 華信咨詢?cè)O(shè)計(jì)研究院有限公司，杭州 310014)

本文通過(guò)理論分析與實(shí)地測(cè)試，探究了當(dāng)前傳輸核心匯聚機(jī)房普遍存在的局部溫度過(guò)高問(wèn)題，分析了造成該問(wèn)題的主要原因，并提出了降低機(jī)房局部溫度過(guò)高的工藝布局規(guī)劃方法。

機(jī)房工藝布局；局部過(guò)熱；設(shè)備散熱；送風(fēng)方式

1 引言

按照機(jī)房?jī)?nèi)安裝的設(shè)備類型不同，可將通信機(jī)房分為傳輸核心匯聚機(jī)房、無(wú)線基站機(jī)房和數(shù)據(jù)中心機(jī)房等。就傳輸機(jī)房而言，早期的SDH/MSTP/WDM傳輸設(shè)備功耗較小，因此傳輸核心匯聚機(jī)房工藝布局規(guī)劃較為簡(jiǎn)單，但隨著IP業(yè)務(wù)的快速增長(zhǎng)，推動(dòng)傳送網(wǎng)向PTN/ OTN分組化技術(shù)演進(jìn)，傳輸設(shè)備功耗大幅上升，使得部分機(jī)房出現(xiàn)了“熱島”現(xiàn)象，即機(jī)房部分區(qū)域溫度過(guò)高，造成該區(qū)域內(nèi)設(shè)備溫度過(guò)高、頻發(fā)告警。

本文旨在通過(guò)分析機(jī)房現(xiàn)狀、設(shè)備散熱方式以及空調(diào)配置，探究“熱島”現(xiàn)象的成因，并且提出更合理的機(jī)房工藝布局優(yōu)化方式，緩解機(jī)房局部溫度過(guò)熱問(wèn)題，為設(shè)備的正常運(yùn)行提供保障。

2 傳輸核心匯聚機(jī)房熱島成因分析

當(dāng)前部分傳輸核心匯聚機(jī)房出現(xiàn)局部溫度過(guò)高的現(xiàn)象，導(dǎo)致該現(xiàn)象的原因可歸納為如下幾大點(diǎn)。

2.1 未劃分冷熱通道

傳輸核心匯聚機(jī)房啟用初期，傳輸設(shè)備功率較低且散熱方式單一，基本為下進(jìn)風(fēng)上出風(fēng)散熱，因此早期傳輸核心匯聚機(jī)房規(guī)劃時(shí)統(tǒng)一將設(shè)備列間規(guī)劃為冷通道，并不規(guī)劃熱通道。隨著設(shè)備工藝的提升，出現(xiàn)了許多高功耗設(shè)備，這些設(shè)備通常采用前進(jìn)風(fēng)后出風(fēng)的散熱方式，導(dǎo)致其后方區(qū)域（即排風(fēng)口附近）的溫度非常高。若將有源設(shè)備朝向高功耗設(shè)備排風(fēng)口安裝，將導(dǎo)致這些有源設(shè)備溫度過(guò)高，發(fā)出告警。

2.2 單位區(qū)域內(nèi)設(shè)備功率過(guò)高

早期為了便于日常維護(hù)，通常將同類型設(shè)備并排并列放置。起初傳輸設(shè)備功耗較小，單機(jī)柜(600 mm×300 mm機(jī)柜)內(nèi)設(shè)備總功耗為1.5～2 kW。然而，當(dāng)前部分傳輸設(shè)備滿配時(shí)單機(jī)柜的功耗已經(jīng)超過(guò)4 kW，若仍將多個(gè)高功耗設(shè)備并排并列安裝，不但不能滿足自身正常運(yùn)行，還會(huì)因?yàn)槲崭嗟睦滹L(fēng)、排出大量的熱風(fēng)而導(dǎo)致機(jī)房溫度不均、氣流紊亂，影響周?chē)渌O(shè)備。

2.3 機(jī)房工藝布局不合理

由于前期未對(duì)機(jī)房工藝布局提出明確要求，部分機(jī)房工藝布局存在不合理之處，例如：空調(diào)距離無(wú)源設(shè)備較近、距離有源設(shè)備較遠(yuǎn)，抑或設(shè)備列長(zhǎng)度超過(guò)空調(diào)制冷距離。

2.4 空調(diào)制冷系統(tǒng)相關(guān)問(wèn)題

由制冷系統(tǒng)至傳輸設(shè)備的氣流組織形式很大程度上決定了整個(gè)傳輸機(jī)房的冷量輸送能力，傳統(tǒng)的通信機(jī)房主要有以下3種空調(diào)制冷送風(fēng)方式：直接送風(fēng)方式、風(fēng)管上送風(fēng)方式和地板下送風(fēng)方式，如圖1所示。

當(dāng)機(jī)房?jī)?nèi)空調(diào)制冷送風(fēng)方式與傳輸設(shè)備散熱方式不匹配時(shí)會(huì)影響機(jī)房散熱，主要原因如下。

2.4.1 形成“風(fēng)阻”

通常機(jī)房?jī)?nèi)溫度最高的區(qū)域?yàn)樵O(shè)備出風(fēng)口位置，早期會(huì)在設(shè)備出風(fēng)口位置附近新增空調(diào)來(lái)加強(qiáng)制冷效果。然而，空調(diào)正對(duì)設(shè)備出風(fēng)口送風(fēng)會(huì)阻礙設(shè)備將內(nèi)部將熱風(fēng)排出，從而形成“風(fēng)阻”。僅從環(huán)境溫度分析，空調(diào)正對(duì)著設(shè)備出風(fēng)口（溫度最高區(qū)域）送風(fēng)，可以明顯降低設(shè)備周?chē)鷾囟?，但?shí)際上卻形成了“風(fēng)阻”，使設(shè)備內(nèi)部熱風(fēng)無(wú)法正常排出，不能有效地起到降溫的效果，造成“假性低溫”的假象。

2.4.2 氣流組織形式不合理

氣流組織形式不合理很容易造成機(jī)房局部溫度過(guò)高，例如部分機(jī)房空調(diào)采用風(fēng)管上送風(fēng)方式（自上而下送冷風(fēng)），而設(shè)備排出的熱風(fēng)會(huì)自然地向上運(yùn)動(dòng)，使得機(jī)房?jī)?nèi)的冷熱氣流相互影響，無(wú)法形成良好的氣流循環(huán)，造成局部溫度過(guò)高。

當(dāng)前常用的傳輸設(shè)備風(fēng)道設(shè)計(jì)（散熱方式）有3種：下進(jìn)風(fēng)上出風(fēng)，中間進(jìn)風(fēng)上下出風(fēng)，前進(jìn)風(fēng)后出風(fēng)，如圖2所示。

當(dāng)不同散熱方式的設(shè)備安裝在同一區(qū)域內(nèi)時(shí)，可能會(huì)引起該區(qū)域的氣流組織混亂，無(wú)法形成良好的冷熱氣流循環(huán)，容易導(dǎo)致區(qū)域溫度過(guò)高。

3 測(cè)試與分析

根據(jù)第1節(jié)機(jī)房局部過(guò)熱的成因分析，對(duì)傳輸核心匯聚機(jī)房進(jìn)行空間溫度場(chǎng)測(cè)試，具體測(cè)試結(jié)果如下。

3.1 機(jī)房的基本溫度測(cè)試

本次測(cè)試某傳輸核心匯聚機(jī)房中第1～7列的溫度。測(cè)試數(shù)據(jù)顯示，該機(jī)房整體環(huán)境溫度為24.4℃，每列平均溫度為24.9℃，整體低于25℃。但是第1、3、5、6、7列的最高溫度都超過(guò)了25℃，說(shuō)明這5列中都存在局部過(guò)熱的區(qū)域（其中第5列為熱通道），機(jī)房實(shí)測(cè)溫度分布圖如圖3所示。

3.2 常用設(shè)備進(jìn)出風(fēng)口的溫度測(cè)試

圖1 3種主要的空調(diào)制冷送風(fēng)方式示意圖

本次測(cè)試這3種散熱方式的傳輸設(shè)備進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口的溫度，分析不同散熱方式對(duì)設(shè)備溫度的影響，基于測(cè)試結(jié)果分析出3種散熱方式的特點(diǎn)，具體測(cè)試結(jié)果如表1所示。

3.2.1 散熱方式1：下進(jìn)風(fēng)上出風(fēng)

華為PTN3900是常用的下進(jìn)風(fēng)上出風(fēng)設(shè)備，將其作為本次測(cè)試的對(duì)象，單個(gè)機(jī)柜內(nèi)可以僅安裝1端PTN3900設(shè)備，也可以在上下子架安裝2端PTN3900設(shè)備。通過(guò)表1可知，若單機(jī)柜內(nèi)僅安裝一端設(shè)備，該設(shè)備的進(jìn)出風(fēng)口位置溫度差異在1℃之內(nèi)且出風(fēng)口溫度在25℃左右，說(shuō)明散熱情況較好。若單機(jī)柜內(nèi)安裝上下兩端設(shè)備，下子架設(shè)備的進(jìn)出風(fēng)口溫度差異在1℃之內(nèi)，且出風(fēng)口溫度平均值為25℃，說(shuō)明散熱情況良好；上子架設(shè)備的進(jìn)風(fēng)口平均溫度超過(guò)25℃，說(shuō)明上子架設(shè)備將下子架設(shè)備排出的部分熱風(fēng)吸入其中，無(wú)法獲取足夠冷風(fēng)，導(dǎo)致設(shè)備溫度較高。

3.2.2 散熱方式2：中進(jìn)風(fēng)上下出風(fēng)設(shè)備

本次測(cè)試對(duì)象為華為OSN9800設(shè)備，測(cè)試結(jié)果顯示OSN9800設(shè)備的進(jìn)出風(fēng)口溫度均高于25℃，說(shuō)明中進(jìn)風(fēng)口可能將下出風(fēng)口排出的部分熱風(fēng)又吸回設(shè)備內(nèi)部，使得設(shè)備無(wú)法獲取足量冷風(fēng)，導(dǎo)致溫度過(guò)高。

3.2.3 散熱方式3：前進(jìn)風(fēng)后出風(fēng)設(shè)備

本次測(cè)試對(duì)象是華為PTN6900設(shè)備?；诒?可知PTN6900設(shè)備的出風(fēng)口溫度非常高，其后方位置必須設(shè)置為熱通道，任何有源設(shè)備不得面向熱通道安裝，否則該有源設(shè)備必然溫度過(guò)高。

圖2 3種散熱方式示意圖

圖3 某傳輸核心匯聚機(jī)房溫度分布圖（局部）

表1 3種散熱方式設(shè)備的溫度測(cè)試結(jié)果匯總表

3.3 空調(diào)實(shí)際制冷效果測(cè)試

受機(jī)房物理?xiàng)l件限制，該機(jī)房無(wú)法采用地板下散熱方式，只采用了直接送風(fēng)方式與風(fēng)管上送風(fēng)方式，機(jī)房第1、2列安裝有柜式空調(diào)（送風(fēng)口位于空調(diào)下方），第3、4列上方安裝有空調(diào)導(dǎo)風(fēng)管（風(fēng)管從上向下送冷風(fēng)），第6、7列安裝柜式空調(diào)（送風(fēng)口位于空調(diào)上方）。

對(duì)該機(jī)房的不同空調(diào)配置方式進(jìn)行溫度測(cè)試，測(cè)試其對(duì)最常見(jiàn)的下進(jìn)風(fēng)上出風(fēng)設(shè)備的制冷效果，測(cè)試結(jié)果如下：

（1）柜式空調(diào)（出風(fēng)口在下方）的送風(fēng)口與設(shè)備進(jìn)風(fēng)口高度相近，設(shè)備進(jìn)風(fēng)口溫度與空調(diào)送風(fēng)溫度相近，基本保持在25℃以下，說(shuō)明設(shè)備可以順暢地吸入空調(diào)的冷風(fēng)。另外，空調(diào)送風(fēng)氣流與設(shè)備內(nèi)部氣流循環(huán)方向相同，都是冷空氣從低處進(jìn)入設(shè)備，熱空氣向上排出設(shè)備。因此該方式制冷效果最理想。

（2）柜式空調(diào)（出風(fēng)口在上方）的送風(fēng)口與設(shè)備進(jìn)風(fēng)口高度有一定偏差，使得設(shè)備只能吸入部分空調(diào)的冷風(fēng)，設(shè)備進(jìn)風(fēng)口溫度高于空調(diào)送風(fēng)溫度。

（3）風(fēng)管上送風(fēng)（從上向下送冷風(fēng)）與設(shè)備下進(jìn)風(fēng)上出風(fēng)的氣流組織相悖，形成“風(fēng)阻”，使得設(shè)備難以吸入足量冷風(fēng)并難以排出設(shè)備內(nèi)部的熱風(fēng)。盡管在空調(diào)風(fēng)管下方的環(huán)境溫度較低（保持在23℃左右），但是設(shè)備的進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口的溫度都較高（進(jìn)風(fēng)口溫度普遍高于25℃，出風(fēng)口溫度超過(guò)26.5℃），出現(xiàn)了“假性低溫”現(xiàn)象。由此說(shuō)明對(duì)于最常見(jiàn)的下進(jìn)風(fēng)上出風(fēng)的傳輸設(shè)備而言，這種空調(diào)制冷方式并不能起到良好的制冷作用。

4 優(yōu)化方案

根據(jù)第1、2節(jié)的測(cè)試與分析，解決機(jī)房溫度過(guò)高的方法主要有以下幾點(diǎn)。

4.1 合理規(guī)劃設(shè)備位置

原則上，需要根據(jù)設(shè)備的特征來(lái)規(guī)劃?rùn)C(jī)房工藝布局，具體如下：

（1）盡量將相同散熱方式的設(shè)備安裝在同一機(jī)列，例如：同一機(jī)列的設(shè)備散熱方式全部為前進(jìn)風(fēng)后出風(fēng)，或者全為下進(jìn)風(fēng)上出風(fēng)，避免各設(shè)備之間的氣流相互干擾。

（2）有源設(shè)備只能朝向冷通道安裝、不得朝向熱通道安裝，無(wú)源設(shè)備可以朝向熱通道安裝。

（3）單機(jī)列安裝的有源設(shè)備數(shù)量與無(wú)源設(shè)備數(shù)量的比例接近1：1，即單機(jī)列中有源設(shè)備與無(wú)源設(shè)備安裝的數(shù)量基本相等，防止局部區(qū)域設(shè)備總功耗過(guò)大。

（4）設(shè)備布局時(shí)，功耗越高的設(shè)備距離空調(diào)越近，無(wú)源設(shè)備距離空調(diào)最遠(yuǎn)。

（5）各機(jī)列間距大于等于1 m，防止相鄰機(jī)列的設(shè)備相互干擾。

基于以上要求，理想的機(jī)房工藝布局規(guī)劃如圖4所示。

4.2 合理劃分冷熱通道

傳輸核心匯聚機(jī)房需規(guī)劃相應(yīng)的冷通道和熱通道，原則上不規(guī)劃混合通道。其中熱通道主要針對(duì)前進(jìn)風(fēng)后出風(fēng)的高功耗設(shè)備（例如核心層PTN6900設(shè)備），通常將高功耗設(shè)備后側(cè)出風(fēng)口位置所在的通道規(guī)劃為熱通道，主要有兩種規(guī)劃方式：冷熱通道交替排列，即有源設(shè)備正對(duì)正、背對(duì)背放置； 有源設(shè)備與無(wú)源設(shè)備交替排列，即有源設(shè)備出風(fēng)口正對(duì)無(wú)源設(shè)備。若機(jī)房中前進(jìn)風(fēng)后出風(fēng)的設(shè)備較多，則建議采用前者方式；若機(jī)房中前進(jìn)風(fēng)后出風(fēng)的設(shè)備較少，則建議采用后者方式。

4.3 優(yōu)化空調(diào)配置

基于當(dāng)前機(jī)房局部溫度過(guò)高的問(wèn)題，可以對(duì)空調(diào)配置進(jìn)行如下優(yōu)化：

圖4 理想的機(jī)房工藝布局示意圖

（1）當(dāng)前安裝在設(shè)備列上方的空調(diào)風(fēng)管（從上向下送冷風(fēng)）需要將風(fēng)管調(diào)整至設(shè)備列下方（從下向上送冷風(fēng)），避免形成“風(fēng)阻”，改善氣流組織循環(huán)形式。

（2）在熱通道上不配置空調(diào)，若現(xiàn)網(wǎng)已在熱通道中配置空調(diào)，建議關(guān)閉該空調(diào)，避免破壞冷熱氣流良性循環(huán)并且降低機(jī)房能耗。

（3）若多端高功耗設(shè)備集中安裝在同一機(jī)列，在現(xiàn)有空調(diào)已無(wú)法滿足該列設(shè)備制冷需求的情況下，可在機(jī)列間臨時(shí)安裝小功率柜式空調(diào)，提高局部制冷量。

（4）部分機(jī)房?jī)?nèi)的空調(diào)送風(fēng)路徑中存在障礙物（例如DDF架、承重柱等），原則上需要拆除障礙物或者調(diào)整空調(diào)位置。

（5）對(duì)于新機(jī)房的規(guī)劃，盡量將每列設(shè)備的長(zhǎng)度控制在空調(diào)有效制冷距離內(nèi)，以保證設(shè)備可吸入足量的冷風(fēng)。

（6）對(duì)于物理上滿足空調(diào)地板下送風(fēng)條件的機(jī)房，盡量采用空調(diào)下送風(fēng)，從而優(yōu)化機(jī)房?jī)?nèi)的氣流組織形式，提供空調(diào)制冷效率。

4.4 機(jī)柜工藝改造

從第2節(jié)的測(cè)試數(shù)據(jù)中獲悉，許多常用設(shè)備都存在將排出的熱風(fēng)又被吸回設(shè)備內(nèi)部的情況。后期建議在機(jī)柜的左右兩側(cè)各增加一段導(dǎo)風(fēng)槽，并將設(shè)備出風(fēng)口與導(dǎo)風(fēng)槽底部連接。改造完成后的機(jī)柜可以優(yōu)化設(shè)備的進(jìn)出風(fēng)方式，使得設(shè)備內(nèi)部的熱風(fēng)能夠通過(guò)左右兩側(cè)的導(dǎo)風(fēng)槽從上方排出，既隔離了冷風(fēng)與熱風(fēng)，也避免熱風(fēng)被吸回設(shè)備內(nèi)部，還使得設(shè)備內(nèi)部氣流循環(huán)與空調(diào)冷熱循環(huán)保持一致。如此一來(lái)，不但解決了設(shè)備散熱方式缺陷的問(wèn)題，也提高了空調(diào)的制冷效率。

5 結(jié)束語(yǔ)

早期傳輸核心匯聚機(jī)房工藝布局規(guī)劃過(guò)于簡(jiǎn)單，已經(jīng)不適用于當(dāng)前高功耗的傳輸設(shè)備，部分傳輸核心匯聚機(jī)房已經(jīng)出現(xiàn)局部溫度過(guò)高的現(xiàn)象。本文通過(guò)理論分析與實(shí)地測(cè)試，探究出當(dāng)前造成機(jī)房局部溫度過(guò)高的主要因素，并基于機(jī)房與設(shè)備現(xiàn)狀提出了更合理的傳輸核心匯聚機(jī)房工藝布局方案，試圖通過(guò)優(yōu)化調(diào)整機(jī)房工藝布局來(lái)緩解機(jī)房局部過(guò)熱的問(wèn)題。

隨著設(shè)備性能與集成度的不斷提高，未來(lái)傳輸設(shè)備的功耗仍然會(huì)持續(xù)上升，將對(duì)機(jī)房帶來(lái)更大的影響。因此，只有通過(guò)不斷地對(duì)傳輸核心匯聚機(jī)房工藝布局進(jìn)行優(yōu)化與改良，才能有效降低傳輸設(shè)備高功耗對(duì)機(jī)房產(chǎn)生的不利影響。

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Research on layout of backbone transmission communication room

ZENG Jun-yu1, QIN Xiao-xia1, CHEN Cheng2, NI Fan2
(1 China Mobile Group Guangxi Co., Ltd., Nanning 530028, China; 2 China Comservice Huaxin Consulting Co., Ltd., Hangzhou 310014, China)

This paper discusses the high temperature issue among the backbone transmission communication room by theoretical analysis and field testing. After analyzing some major causes, it presents the solutions.

layout of communication equipment room; local overheating; heat radiation; air supply method

TN913.2

A

1008-5599（2017）07-0054-05

2016-11-04