羅煜相，韓建芳

（1.中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第七研究所，廣東 廣州 510310；2.廣州杰賽科技股份有限公司通信規(guī)劃設(shè)計(jì)院，廣東 廣州 510310）

0 引 言

隨著通信技術(shù)的飛速發(fā)展，通信設(shè)備的功率密度成倍增長(zhǎng)。它對(duì)機(jī)房的供電和制冷提出了更高要求，傳統(tǒng)的建設(shè)模式已經(jīng)不能滿足建設(shè)要求。單機(jī)架的功率動(dòng)輒數(shù)10 kW甚至更高，機(jī)房供電和制冷系統(tǒng)面臨著嚴(yán)峻挑戰(zhàn)：?jiǎn)螜C(jī)架功率10 kW，采用48 V供電方式約200 A電流，可能導(dǎo)致原開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)容量不足，且大部分存量機(jī)房無(wú)空間用來(lái)新增開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)；原電力室和設(shè)備機(jī)房距離較遠(yuǎn)，傳輸線路壓降和損耗大；不同設(shè)備廠家的產(chǎn)品存在差異，進(jìn)出風(fēng)方式不同，與機(jī)房的氣流組織不匹配；傳統(tǒng)機(jī)房設(shè)備布局一般按面朝一側(cè)順序擺放，未區(qū)分冷熱通道，或者即使區(qū)分了冷熱通道也未進(jìn)行封閉隔離，會(huì)造成氣流組織紊亂，出現(xiàn)高溫告警或局部熱點(diǎn)問(wèn)題。

1 供電解決方案

目前傳輸設(shè)備要求的電壓類型、電壓變動(dòng)范圍因廠家、設(shè)備型號(hào)不同而有所差異，部分廠家設(shè)備也支持240 V高壓直流輸入。下面以傳輸設(shè)備為例進(jìn)行分析，表1為相關(guān)廠家的設(shè)備參數(shù)。

表1 不同傳輸設(shè)備電氣參數(shù)

1.1 方案1：48 V直流供電方式

圖1 48 V直流供電方式

1.2 方案2：240 V直流+DC/DC變換供電方式

由于設(shè)備負(fù)荷急劇增加，原電源系統(tǒng)容量不足，電力室機(jī)房空間不充裕，或者電力室與機(jī)房距離較遠(yuǎn)，可采用方案2的240 V高壓直流[3]+DC/DC變換方式，見(jiàn)圖2。

圖2 240 V高壓直流+DC/DC變換供電方式

案例：某通信樓購(gòu)買的為非專用通信建筑，受機(jī)房承重限制無(wú)法安裝大容量蓄電池組，導(dǎo)致蓄電池組只能安裝在附屬樓。附屬樓面積有限，只能安裝2套-48 V直流電源系統(tǒng)，目前無(wú)剩余空間安裝新電源系統(tǒng)。另外，從附屬樓3層電源機(jī)房至主樓7層傳輸機(jī)房距離過(guò)長(zhǎng)（最遠(yuǎn)處約有90 m），導(dǎo)致壓降過(guò)大，電纜數(shù)量較多，電纜通道亦顯不足。

為了解決直流電源系統(tǒng)容量不足和壓降過(guò)大等問(wèn)題，決定采用240 V高壓直流供電系統(tǒng)替換現(xiàn)網(wǎng)-48V直流供電系統(tǒng)，在7層傳輸機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)置一套DC 240 V-DC48 V系統(tǒng)供通信設(shè)備使用。

通過(guò)40 V高壓直流供電系統(tǒng)替換現(xiàn)網(wǎng)-48 V直流供電系統(tǒng)，電源系統(tǒng)可用容量與原系統(tǒng)容量相比高達(dá)3倍以上，可有效解決電源機(jī)房空間不足問(wèn)題。240 V電源系統(tǒng)預(yù)計(jì)可滿足未來(lái)2～3年的需求。當(dāng)240 V高壓直流供電系統(tǒng)有效負(fù)荷率達(dá)到70%～80%時(shí)，可采用類似方式改造其他-48 V系統(tǒng)。

1.3 方案3：UPS+48 V開(kāi)關(guān)電源供電方式

若機(jī)房與電力室距離較遠(yuǎn)，為減少傳輸線路損耗，可采用方案3UPS[4]+48 V開(kāi)關(guān)電源供電方式，見(jiàn)圖3。

圖3 UPS+48 V開(kāi)關(guān)電源供電方式

電力機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)置一套UPS，供交流用電設(shè)備使用。由于通信設(shè)備使用-48 V直流電源，因此在機(jī)房?jī)?nèi)單獨(dú)新建-48 V電源系統(tǒng)，交流引入從UPS輸出配電屏引接，從而保證設(shè)備不間斷供電。新增-48 V開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)建議靠近設(shè)備安裝，以縮短電纜路由。

1.4 分 析

以上3種方式均可用來(lái)解決通信設(shè)備的用電問(wèn)題，只是使用的場(chǎng)景有所差異，具體方式需根據(jù)機(jī)房空間、供電距離、工程習(xí)慣、建設(shè)投資以及運(yùn)維管理各方面進(jìn)行具體分析。表2為對(duì)3種供電方案的對(duì)比分析結(jié)果。

軸承型號(hào)(FAG軸承)為：軸伸端6040.M.C3+NU1040.M1.C3，非軸伸端NU234.E.M1.C3。根據(jù)軸承廠家建議，潤(rùn)滑油采用FAG滾動(dòng)軸承潤(rùn)滑脂Arcanol Multitop或者基礎(chǔ)油公稱粘度等級(jí)為68 mm2/s的油脂。

表2 三種供電方案對(duì)比

長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，對(duì)高功率通信設(shè)備，各廠家應(yīng)盡快推出支持直流-48 V、直流240 V/336 V以及交流380 V/220 V等多種電壓等級(jí)的設(shè)備以供選擇。若短期內(nèi)無(wú)法提供，可提供配套的電源轉(zhuǎn)換模塊，并支持在設(shè)備機(jī)架內(nèi)安裝。

2 制冷解決方案

2.1 設(shè)備氣流組織優(yōu)化

通過(guò)查閱部分傳輸設(shè)備廠商的資料可知，不同廠家、型號(hào)的傳輸設(shè)備送回風(fēng)方式各異，應(yīng)該在工程設(shè)計(jì)階段結(jié)合機(jī)房的氣流組織向設(shè)備廠家提出相應(yīng)要求。若不滿足要求，需進(jìn)行相應(yīng)改造。不同傳輸設(shè)備參數(shù)見(jiàn)表3。

表3 不同傳輸設(shè)備參數(shù)對(duì)比

2.2 機(jī)房氣流組織優(yōu)化

機(jī)房制冷應(yīng)以“先冷設(shè)備、后冷環(huán)境”為指導(dǎo)原則，貫徹“冷熱通道獨(dú)立設(shè)置”的理念。通信設(shè)備采用“面對(duì)面、背對(duì)背”的排列方式，相鄰兩列設(shè)備的吸風(fēng)面（正面）安裝在冷通道上，排風(fēng)面（背面）安裝在熱通道上，實(shí)現(xiàn)分隔冷熱氣流和形成良好的氣流組織，提高空調(diào)的制冷效率?？梢钥紤]在冷熱通道端頭設(shè)置不到頂?shù)拇怪睋醢甯綦x冷熱通道，但不得阻擋氣體滅火噴頭。

對(duì)于新增設(shè)備數(shù)量較多、功率密度較高以及機(jī)房空間充裕的場(chǎng)景，可采用定制化云艙機(jī)房整體規(guī)劃設(shè)備布局，封閉冷、熱通道。機(jī)柜的數(shù)量可按實(shí)際的需求安裝，即插即用，兼容通用數(shù)據(jù)機(jī)柜和設(shè)備廠家的集成柜，具有冷量損失少的特點(diǎn)。由于沒(méi)裝設(shè)備機(jī)柜位擋板密封，因此通道內(nèi)不存在冷風(fēng)泄漏問(wèn)題。

空調(diào)可根據(jù)冷量需求，選用房間級(jí)空調(diào)地板下送風(fēng)方式、列間空調(diào)行級(jí)送風(fēng)以及背板空調(diào)定點(diǎn)送風(fēng)等方式。

房間級(jí)空調(diào)地板下送風(fēng)方式中，架空地板內(nèi)不布放通信線纜，空調(diào)管道和線纜不應(yīng)阻擋空調(diào)送風(fēng)。房間級(jí)空調(diào)送風(fēng)距離大于15 m時(shí)，應(yīng)在機(jī)房?jī)蓚?cè)布置空調(diào)室內(nèi)機(jī)，從機(jī)房?jī)啥怂惋L(fēng)。

列間空調(diào)行級(jí)送風(fēng)方式近端制冷，避免局部熱點(diǎn)；制冷設(shè)備與設(shè)備功耗相匹配，可分期部署；機(jī)柜功耗彈性規(guī)劃，可提高機(jī)柜利用率；列間空調(diào)安裝在機(jī)架之間，從空調(diào)前部水平送風(fēng)，對(duì)機(jī)架制冷后從后部回風(fēng)。

背板空調(diào)可實(shí)現(xiàn)機(jī)柜級(jí)制冷，節(jié)省機(jī)房空間與能耗。熱管背板空調(diào)末端安裝在機(jī)架后門，依靠末端盤管內(nèi)部冷媒的相變對(duì)機(jī)架制冷；水冷冷門安裝在機(jī)架后門，通過(guò)冷凍水盤管的顯熱換熱對(duì)機(jī)架制冷。

2.3 風(fēng)量計(jì)算

為保證設(shè)備良好的進(jìn)、排風(fēng)效果，設(shè)備的前、后門開(kāi)孔率均高于50%。在滿足強(qiáng)度要求的前提下，應(yīng)盡可能提高開(kāi)孔率，可取消柜門，加大進(jìn)、排風(fēng)口面積。

設(shè)備所需最小送風(fēng)量計(jì)算式為：

其中：P為機(jī)柜功耗，單位W；Cp為空氣的比熱容，單位kJ/（kg·℃）；ρ為空氣的密度，單位kg/m3；Δt為機(jī)柜出風(fēng)口與進(jìn)風(fēng)口的溫度差。

經(jīng)計(jì)算每千瓦功率需要最小送風(fēng)量為250 m3/h（進(jìn)、出風(fēng)口的溫差按照12 ℃計(jì)算)，進(jìn)而可計(jì)算出不同功率的設(shè)備所需最小風(fēng)量（見(jiàn)表4）。

表4 不同功率通信設(shè)備對(duì)應(yīng)通風(fēng)地板數(shù)量

當(dāng)空調(diào)采用下送風(fēng)方式時(shí)，冷通道布置地板送風(fēng)口在滿足設(shè)備維護(hù)空間的前提下，還需要滿足兩列機(jī)柜的風(fēng)量需求。普通送風(fēng)地板（建議采用可調(diào)風(fēng)量地板，根據(jù)需要調(diào)整出風(fēng)口開(kāi)孔率）的尺寸為600 mm×600 mm，面積為0.36 m2，地板送風(fēng)口的有效通風(fēng)面積取0.18 m2，風(fēng)口風(fēng)速一般為2.5 m/s，地板送風(fēng)口風(fēng)量為1 620 m3/h。按送風(fēng)量90%的制冷效率估算，單塊地板的有效送風(fēng)量為1 458 m3/h。當(dāng)送風(fēng)量不能滿足制冷需求時(shí)，可采用強(qiáng)制送風(fēng)地板（需考慮噪音帶來(lái)的影響），送風(fēng)量可達(dá)2 000～3 000 m3/h。

封閉通道間距一般為1 200 mm，當(dāng)通道內(nèi)設(shè)備平均功率小于6 kW/臺(tái)時(shí)，可采用地板下送風(fēng)方式（需計(jì)算地板架設(shè)高度）；當(dāng)單臺(tái)通信設(shè)備功率大于6 kW時(shí)，可將機(jī)柜正前方通風(fēng)地板更換為強(qiáng)制通風(fēng)地板；當(dāng)通道內(nèi)設(shè)備平均功率大于6 kW/臺(tái)時(shí)，不建議使用地板下送風(fēng)方式。

3 結(jié) 論

（1）原有機(jī)房新增設(shè)備供電方式根據(jù)應(yīng)根據(jù)場(chǎng)景合理選擇，盡量與原設(shè)備兼容并考慮維護(hù)問(wèn)題。新建機(jī)房盡量采用大容量電源系統(tǒng)，電壓轉(zhuǎn)換時(shí)盡量選擇高電壓等級(jí)。

（2）對(duì)于大功率通信設(shè)備，必須要求設(shè)備廠家按機(jī)房的氣流組織方式供貨。

（3）當(dāng)機(jī)房?jī)?nèi)新增大功率通信設(shè)備數(shù)量不多時(shí)，可結(jié)合機(jī)房原制冷方式制定對(duì)應(yīng)的解決方案，如封閉冷熱通道兩端端門和采用強(qiáng)制送風(fēng)地板等。

（4）當(dāng)新增通信設(shè)備數(shù)量較多但單機(jī)架容量不大于6 kW時(shí)，宜采用封閉冷熱通道，送風(fēng)方式選擇房間級(jí)空調(diào)下送風(fēng)或列間空調(diào)送風(fēng)。

（5）當(dāng)新增通信設(shè)備數(shù)量較多且單機(jī)架容量大于6 kW時(shí)，應(yīng)采用封閉冷熱通道方式，采用列間空調(diào)送風(fēng)或背板制冷方案。