翁振邦

（上海上證數(shù)據(jù)服務有限責任公司，上海 201201）

通過增壓方式解決在用通信機房局部熱點

翁振邦

（上海上證數(shù)據(jù)服務有限責任公司，上海 201201）

中國移動上海公司某數(shù)據(jù)機房存在明顯的局部熱點，通過普通手段無法消除。經過對該機房的深入研究，通過在機房回風口安裝風機提高熱點區(qū)域回風管回風靜壓的方式提高回風量，有效降低機房熱點區(qū)域溫度并達到機房要求。通過本改造方案為在用老機房局部熱點改造提供了一些思路。

在用機房改造； 局部熱點； 靜壓； 節(jié)能； EC風機

1 引言

隨著全球經濟的快速發(fā)展，世界能源需求快速增長，能源大量消耗導致的資源短缺和環(huán)境污染及氣候變化問題日益突出。在通信行業(yè)中，由于芯片技術的日新月異，通信機房單機架及單位面積的功率密度均呈現(xiàn)幾何式的增長。為了滿足越來越大的機房功耗并消除機房內的熱量，需要為設備提供更多的UPS設備、開關電源以及更高制冷能力的精密空調，機房的能耗情況不斷惡化。在一些建設時間較早的機房，高功率密度帶來的不僅是能耗增加，局部熱點也是一個非常棘手的問題。機房局部地區(qū)溫度的不可控往往是機房運維部門最為頭疼的機房管理難點之一。

由于在用機房的情況較為復雜，在局部熱點的整治過程中很多解決措施由于影響在用機房內的安全運行而無法使用。筆者根據(jù)以上情況，以上海移動某個在用機房的局部熱點改造情況為例，介紹一種在特定場景下簡便有效的局部熱點解決方案。

2 研究背景及現(xiàn)狀

中國移動上海公司現(xiàn)網100多個在用核心機房中，有30個機房未劃分冷熱通道導致冷熱氣流摻混，另外采用送風效率較差的傳統(tǒng)送風方式也會導致機房的氣流組織不盡合理，因此這些機房絕大部分都存在局部熱點問題。其中部分機房采用風管上送風、機組側直接回風或通過機房內設置回風口統(tǒng)一回風的方式，由于回風距離長、閥門多，風管的沿程及局部阻力均過大，設計人員未對風管阻力及空調風機的余壓進行校核，導致這類型機房的精密空調回風量不足，制冷效率較差。

本文介紹的機房位于中國移動上海公司某通信樞紐樓18層北機房，該機房采用8臺50 kW精密空調為機房供冷，分別安裝在機房東西兩側的兩個空調機房內。機房空調以空調機房為單位分別設置為3用1備，共可提供的制冷量約為300 kW。而該機房設備實際冷負荷約為200 kW，從空調制冷能力來說該機房的精密空調可以滿足通信設備的散熱需求。機房氣流組織為前文所述的風管上送風、機房內回風口統(tǒng)一回風的方式（圖1）。從機房熱環(huán)境來看，機房北面（靠窗側）溫度較低，環(huán)境溫度約22℃，機房南面（靠走廊側）溫度較高，約25℃，存在較為明顯的局部熱點。此外系統(tǒng)回風量不足，導致空調機房負壓嚴重，精密空調蒸發(fā)壓力降低，空調的制冷能力下降嚴重。

圖1 機房送風及回風平面圖

因為通信機房的重要性，設備在網運行時對本機房實施氣流組織改造有極大的難度。為了改善本機房的局部熱點問題，機房維護人員不得不控制本機房的裝機量，造成了機房面積及電源空調等配套設備投資的浪費，在未考慮中央冷源功耗的情況下機房原始PUE值為2.14，處于較高的水平。

3 問題分析及可行對策

3.1 現(xiàn)場情況分析

經過筆者對現(xiàn)場的查勘，發(fā)現(xiàn)該機房內的局部熱點及回風量不足主要由于以下幾個問題：

（1）從機房的氣流組織來說，機房采用上送風側回風的送風方式，除了靠近兩側空調機房的隔墻底部各有3個長約2 m高0.3 m的條形回風口之外，機房主要的回風均依靠機房兩個長邊側設置的8個800×600 mm的百葉回風口，通過兩根主回風管回到空調機房內。從回風效果來看，條形回風口由于接近回風靜壓箱因此回風阻力遠遠小于百葉回風口，導致機房中部回風量不足，熱量容易堆積產生熱點。

（2）由于通信機房內風管安裝空間有限，機房南側的主回風管布置在走廊吊頂內。根據(jù)消防規(guī)范，該主回風管連接的4個回風口在進入通信機房的圍墻隔斷處應設置防火閥；受防火閥安裝要求影響風管在安裝時制作了數(shù)個連續(xù)彎頭，防火閥及風管彎頭都形成了南側主回風管的巨大回風局部阻力。相比之下北側的回風管安裝在機房內部，無論從防火閥的數(shù)量還是彎頭的個數(shù)都遠遠少于南側回風管，兩側的回風阻力差導致的回風量差異形成了機房南北的溫度梯度。

3.2 對策分析及可行性判斷

根據(jù)上述機房存在的情況，按照普通機房運維人員的維護管理策略，最直接的解決方案不外乎兩點：

（1）限制機房中部以及靠近走廊側機房區(qū)域的裝機能力，人為減少該區(qū)域的熱量堆積，不過這樣不僅會降低機房的裝機率使得PUE上升，而且機房的空置也會導致機房利用率的下降。

（2）在局部熱點區(qū)域新增空調設備，譬如小型的單元式空調或者列間空調等新型末端設備。這種解決方案雖然能夠保持熱點區(qū)域的裝機能力，但是在機房原有冷源足夠滿足設備發(fā)熱量的情況下再增加空調設備，大大增加了配套設備的用電量，將會導致PUE的上升。此外新增的空調設備附帶的水管件增加了機房水浸的隱患，增加了機房維護量。

由于方案2隱患較大，運維部門首先采用了方案1的解決方案，雖然熱點區(qū)域溫度沒有繼續(xù)升高，但機房能耗問題依然嚴重，PUE達到了2.14。受該部門委托，筆者對機房情況進行了調研并對更優(yōu)解決方案進行了可行性研究。從傳統(tǒng)解決方案的效果來說，雖然問題得到了解決，但是都會帶來能源和機房資源的浪費，是治標不治本的方法。通過上文對機房問題的分析，不難發(fā)現(xiàn)該機房所產生熱點問題的主要根源在于原始設計對空調風系統(tǒng)的阻力計算不當且未采取相應的水力平衡措施所造成的。

在盡可能減少對在用機房影響，保持機房現(xiàn)有基建樣貌不變的前提下，筆者認為只要對原始設計的錯誤進行修正，通過在回風阻力過高的風管上新增增壓設備，人為提高回風不暢區(qū)

域回風管的回風靜壓以克服局部阻力，即不增加機房的能耗，也可解決該機房的局部熱點問題，可謂一舉兩得。

3.3 改造方案設計及效果驗證

受機房精密空調下沉式EC離心風機氣流組織的啟發(fā)，筆者與相應廠商研討設計了一種基于離心風機的回風管增壓設備（圖2），其風機吸氣段對應原風管百葉回風口，排氣端對應原風管回風方向，根據(jù)改造后機房剖面圖（圖3）可知，改造工程對機房的影響可以忽略不計。

圖2 回風增壓設備假想外形圖

由于筆者沒有機房原始設計的水力計算結果，現(xiàn)網機房各個風口風量及系統(tǒng)壓損也無法通過計算知曉，回風增壓設備的額定機外余壓較難確定。此外機房的設備分布隨著機房的建設而不斷變化，因此機房局部熱點附近的溫度也會隨著熱量堆積而變化。

圖3 改造前后機房剖面圖變化

為了達到改造效果并滿足運維單位的使用要求，回風增壓設備的風機轉速應可以根據(jù)機房溫度及回風管風速自動調整。利用EC風機的變頻調節(jié)性，在回風風量不變的情況下調節(jié)其機外余壓，回風增壓設備可以動態(tài)針對不同機房及不同回風管形式的回風阻力，因此該解決方案普適性較強。為了匹配上述控制邏輯，還需在每組風管支管中配置溫度及風速探頭，回風增壓設備應根據(jù)現(xiàn)場實際的溫度變化而0～100%調整轉速，通過變頻調速以達到機房回風風量及靜壓動態(tài)適應機房內設備發(fā)熱量變化的目的。

經過測試和效果后評估，機房現(xiàn)存問題基本得到解決，表現(xiàn)為：

（1）技術改造實施后機房空調的回風量明顯增加，空調機房負壓情況消失。此外空調蒸發(fā)壓力過低的安全隱患也被消除，空調制冷能力恢復，機房的裝機潛力被開發(fā)出來。由圖8可見，機房與空調機房隔墻上的條形回風口風速以及北側回風阻力較小的回風口風速大部分出現(xiàn)了下降，而原來阻力較大的南側回風口風速均出現(xiàn)明顯上升。

（2）機房南北明顯的溫度梯度被消除，機房南側的回風溫度降到了23℃以下。改造后驗收過程中在機房種安裝的33個測試點中共29個溫度出現(xiàn)下降，個別區(qū)域由于機房負荷發(fā)生變化，出現(xiàn)了溫度上升，但上升幅度很有限，機房環(huán)境溫度變得可控。

（3）機房PUE有顯著上升，機房空調功耗下降30%，機房PUE從2.14下降至1.79，達到了降低機房能耗的效果。

4 總結及建議

綜上所述，本文所闡述的增加回風靜壓改善在用機房局部熱點問題主要針對風管上送風、機房側下部集中回風的機房，且由于回風靜壓不足導致回風量不夠而導致的局部熱點問題。需要注意的是，對于不同的在用機房，造成局部熱點問題的原因也有所不同，解決方案具有獨立性和定制化的特點。在實際操作中其他類型的在用機房不應生搬硬套本文所介紹的方法，應當根據(jù)機房情況因地制宜地制定有效且具有針對性的方案。

由于在用機房的復雜性和運行安全的重要性，在用機房的局部熱點改造一直是各大營運商及政企行業(yè)用戶的難題。隨著本改造的實施，為上海移動遠期改造更多具有局部熱點問題的在用機房提供了經驗，也為公司節(jié)能減排工作做出了一定的貢獻。

[1] 陸耀慶. 實用供熱空調設計手冊第二版[M]. 北京： 中國建筑工業(yè)出版社， 2008.

[2] 上海現(xiàn)代建筑設計集團有限公司. 建筑節(jié)能設統(tǒng)一技術措施[M].北京： 中國建筑工業(yè)出版社， 2009.

[3] ASHREA TC 9. 9. 數(shù)據(jù)處理環(huán)境熱指南[M]. 北京：中國建筑工業(yè)出版社， 2010.

[4] ASHREA TC 9. 9. 高密度數(shù)據(jù)中心案例研究與最佳實踐[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社， 2010.

Improve the regional hotspot problem in using communication room by increasing return air static pressure

WENG Zhen-bang
(Shanghai Stock Data Service Co., Ltd., Shanghai 201201, China)

One Shanghai Mobile data room has obvious regional hotspots which can’t be eliminated by ordinary means.Through the in-depth study of the communication room, by Installing return EC-fans inside return ducts to increase return air static pressure around the regional hot spot, this way can increase the return air flow and effectively reduce the regional hotspots‘ temperature and reach design requirements.This reform program provide one good idea for eliminating regional hotspot problems in using communication rooms.

usingcommunication rooms reform; regional hotspot; static pressure; energy saving; EC-fan

TN915

A

1008-5599（2017）09-0064-04

2017-03-03