羅萬(wàn)彬，席 波

（1.中國(guó)電信股份有限公司四川省公司，四川 成都 610000；2.成都華立誠(chéng)科技有限公司，四川 成都 610000）

0 引 言

由于現(xiàn)網(wǎng)運(yùn)行的機(jī)房大都運(yùn)行了20年以上，存在當(dāng)時(shí)規(guī)劃設(shè)計(jì)的動(dòng)力環(huán)境不能支撐當(dāng)前高功率和高發(fā)熱機(jī)架的制冷需求、長(zhǎng)期的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備無(wú)序增加為動(dòng)力及制冷的同步匹配造成困難等問(wèn)題，導(dǎo)致傳統(tǒng)核心通信機(jī)房局部過(guò)熱、局部過(guò)冷、結(jié)霜結(jié)露甚至高溫報(bào)警等現(xiàn)象頻繁發(fā)生，進(jìn)而造成較多安全隱患，同時(shí)產(chǎn)生無(wú)效能耗。

某電信樞紐機(jī)房啟用時(shí)間較久，普遍存在整體氣流組織較差的問(wèn)題。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)（Internet Technology，IT）設(shè)備和制冷設(shè)備逐步擴(kuò)容，機(jī)房設(shè)備分布愈發(fā)復(fù)雜，導(dǎo)致室內(nèi)環(huán)境溫度分布不均，機(jī)房局部溫度迅速升高。主要表現(xiàn)在以下方面：①機(jī)房沒(méi)有統(tǒng)一的氣流組織形式，其內(nèi)部氣流組織混亂，冷熱氣流混合現(xiàn)象嚴(yán)重，導(dǎo)致機(jī)房制冷利用效率低下；②空調(diào)使用的現(xiàn)狀是通過(guò)精密空調(diào)冷卻機(jī)房環(huán)境溫度，再通過(guò)較低的環(huán)境溫度為IT設(shè)備降溫，空調(diào)運(yùn)行效率較低；③送風(fēng)不均導(dǎo)致局部熱點(diǎn)問(wèn)題嚴(yán)重，熱點(diǎn)機(jī)柜區(qū)域溫度可達(dá)35～41 ℃；④波分機(jī)柜自帶的散熱風(fēng)機(jī)造成冷熱氣流短路，導(dǎo)致冷量不能按需分配，無(wú)法按照機(jī)柜具體情況分配冷風(fēng)，波分機(jī)柜隔壁的機(jī)柜溫度較高；④空調(diào)數(shù)量多，長(zhǎng)期運(yùn)行，缺乏合理調(diào)度，導(dǎo)致因制冷大量消耗電能，從而導(dǎo)致運(yùn)營(yíng)費(fèi)用增加；⑤機(jī)房?jī)?nèi)部局部高溫形成的熱島效應(yīng)，無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)，對(duì)現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行造成影響，甚至頻繁出現(xiàn)高溫告警。

1 總體解決思路

本次項(xiàng)目建設(shè)總體思路為全面體檢、對(duì)癥下藥，找出局部熱點(diǎn)部位并進(jìn)行外科手術(shù)式地拔除，提出系統(tǒng)化解決方案，逐個(gè)實(shí)施突破，并且在現(xiàn)有條件下進(jìn)行局部改造，提升設(shè)備制冷效率。送風(fēng)改造項(xiàng)目如圖1所示。

（1）利用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（Computational Fluid Dynamics，CFD）+熱成像技術(shù)仿真，對(duì)核心機(jī)房每一個(gè)機(jī)柜進(jìn)出風(fēng)溫度進(jìn)行CFD仿真測(cè)試，找出局部過(guò)熱的具體部位及成因，從而提出解決方案[1]。

（2）針對(duì)不同場(chǎng)景下的局部過(guò)熱點(diǎn)，匹配相應(yīng)的解決方案。例如：上送風(fēng)的局部過(guò)熱，就采用上送風(fēng)風(fēng)管加封閉冷通道；同向進(jìn)出風(fēng)采用單通道封閉冷通道；背靠背出風(fēng)采用雙通道封閉冷通道；局部高溫增加列間空調(diào)并封閉冷通道等[2]。

（3）在上述方案實(shí)施后，可能會(huì)導(dǎo)致原來(lái)的制冷能力冗余，可通過(guò)關(guān)閉空調(diào)、移除空調(diào)、減少空調(diào)運(yùn)行時(shí)間以及提高空調(diào)的回風(fēng)溫度等措施，最大限度地節(jié)約資源與能源。

（4）由于冷通道封閉之后，為了規(guī)避冷通道配送的唯一性造成的風(fēng)險(xiǎn)，保證冷通道封閉后設(shè)備的可靠運(yùn)行，增加溫度檢測(cè)裝置，將溫度參數(shù)接入動(dòng)環(huán)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)控冷通道內(nèi)空氣狀態(tài)，如有異常及時(shí)告警。

具體到每個(gè)機(jī)房，根據(jù)機(jī)房現(xiàn)場(chǎng)情況的不同，采取具體措施。具體如下：對(duì)A地點(diǎn)5樓、7樓、14樓機(jī)房采用精確下送風(fēng)系統(tǒng)及單通道封閉模式進(jìn)行改造；對(duì)B地點(diǎn)2樓、18樓機(jī)房采用精確上送風(fēng)系統(tǒng)及單通道封閉模式進(jìn)行改造；B地點(diǎn)4樓改造區(qū)域?yàn)槿A為波分設(shè)備，局部發(fā)熱尤為嚴(yán)重，在方案中采用上送風(fēng)方式的冷熱雙通道隔離并增加列間空調(diào)。改造涉及6個(gè)機(jī)房共計(jì)129個(gè)各型機(jī)柜。

2 采用的主要技術(shù)及方法

2.1 CFD仿真及熱成像技術(shù)的應(yīng)用

為了驗(yàn)證改造后的實(shí)際效果，在進(jìn)行局部熱點(diǎn)改造前后對(duì)機(jī)柜出風(fēng)口上、中、下3個(gè)區(qū)域分別進(jìn)行熱成像記錄。此外，為響應(yīng)國(guó)家“雙碳”目標(biāo)，節(jié)約空調(diào)能耗，上調(diào)運(yùn)行空調(diào)的回風(fēng)溫度為2 ℃，同時(shí)對(duì)部分機(jī)柜送風(fēng)閥進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)處理。上述改造前后以及優(yōu)化調(diào)整后的3組熱成像記錄分別記為改造前、改造后，并分析對(duì)比CFD仿真結(jié)果。改造前后CFD仿真結(jié)果如圖2所示。

圖2 改造前后CFD仿真結(jié)果

2.2 改造前后能耗對(duì)比

通過(guò)關(guān)停多余的空調(diào)，提高空調(diào)回風(fēng)溫度，可有效提高空調(diào)運(yùn)行能效。回風(fēng)溫度每升高1 ℃，空調(diào)能效可提高2%～3%。對(duì)比改造前后的機(jī)房溫度場(chǎng)，并結(jié)合仿真結(jié)果可以得出：①局部過(guò)熱改造后比改造前機(jī)柜溫度有明顯下降，局部過(guò)熱現(xiàn)象得到很好的改善，降低了機(jī)柜出風(fēng)口的出風(fēng)溫度，可有效保障網(wǎng)絡(luò)設(shè)備運(yùn)行溫度環(huán)境；②原風(fēng)管送風(fēng)方式由于缺少封閉冷通道，冷熱氣流混合嚴(yán)重，機(jī)柜高度方向的進(jìn)風(fēng)溫度差異較大，增加封閉通道后可顯著降低機(jī)柜進(jìn)風(fēng)溫度，并提高進(jìn)風(fēng)溫度均勻性；③優(yōu)化調(diào)整后的機(jī)柜環(huán)境溫度有所上升，但依舊比改造前的機(jī)柜環(huán)境溫度有較大改善，解決了局部熱點(diǎn)問(wèn)題，同時(shí)減少了空調(diào)開(kāi)啟臺(tái)數(shù)，調(diào)高了空調(diào)回風(fēng)溫度，達(dá)到了節(jié)能降耗的目的。

2.3 精確送風(fēng)系統(tǒng)封閉冷通道

2.3.1 精確上送風(fēng)系統(tǒng)及單通道封閉

上送風(fēng)機(jī)房機(jī)柜精確送風(fēng)技術(shù)主要針對(duì)通信機(jī)房供熱效率低的問(wèn)題，采用全封閉冷風(fēng)管道送風(fēng)方式，通過(guò)改造送風(fēng)管，將空調(diào)冷風(fēng)直接輸送給每個(gè)機(jī)柜，并通過(guò)精密空調(diào)調(diào)整送風(fēng)的溫度和風(fēng)壓，在每個(gè)機(jī)柜建立風(fēng)道有針對(duì)性地送風(fēng)，對(duì)機(jī)柜內(nèi)部設(shè)備進(jìn)行冷卻散熱。

上送風(fēng)機(jī)房機(jī)柜精確送風(fēng)系統(tǒng)主要由制冷源、靜壓箱、風(fēng)管以及門式送風(fēng)倉(cāng)等部分組成?？照{(diào)系統(tǒng)主風(fēng)管把來(lái)自制冷源的冷風(fēng)經(jīng)靜壓箱輸送到各分支風(fēng)管，然后由門式送風(fēng)倉(cāng)直接送到機(jī)柜內(nèi)設(shè)備的進(jìn)風(fēng)口，對(duì)設(shè)備進(jìn)行冷卻[3]。上送風(fēng)示意如圖3所示。

圖3 上送風(fēng)示意

2.3.2 精確上送風(fēng)系統(tǒng)及雙通道封閉

將整個(gè)波分機(jī)柜區(qū)域進(jìn)行全封閉的冷熱通道隔離，且區(qū)域的空調(diào)系統(tǒng)單獨(dú)設(shè)計(jì)。為每個(gè)封閉單元設(shè)計(jì)列間空調(diào)，精確引入冷風(fēng)，及時(shí)處理波分設(shè)備吹出的熱風(fēng)，減少與冷空氣的混合，減小波分設(shè)備的熱量對(duì)臨近設(shè)備造成的影響。設(shè)計(jì)列間空調(diào)一方面可以解決當(dāng)前的高熱密度設(shè)備發(fā)熱問(wèn)題，另一方面也可以方便后期部署新增的IT設(shè)備以及擴(kuò)容。對(duì)現(xiàn)有的上送風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，將風(fēng)口安裝在冷通道上部進(jìn)行連接。在冷通道產(chǎn)生正壓，將服務(wù)器的熱量通過(guò)機(jī)柜孔板吹到熱通道。在原有風(fēng)道主風(fēng)管上再并聯(lián)一臺(tái)精密空調(diào)，使用風(fēng)閥將2臺(tái)設(shè)備隔離。2臺(tái)精密空調(diào)互為備用，以便設(shè)備故障或檢修時(shí)空調(diào)系統(tǒng)正常運(yùn)行。在物理空間上隔離冷熱通道，再通過(guò)列間空調(diào)和上送風(fēng)空調(diào)雙系統(tǒng)對(duì)服務(wù)器進(jìn)行降溫，解決局部過(guò)熱，降低能量消耗。雙通道冷封閉示意如圖4所示。

圖4 雙通道冷封閉示意

2.4 送風(fēng)系統(tǒng)精確調(diào)節(jié)，保證冷量按需配送

（1）對(duì)現(xiàn)場(chǎng)每一個(gè)機(jī)柜進(jìn)行電壓和電流的測(cè)量，功率為

阿拉伯文因字形差別太大，不屬于楔形字形進(jìn)化的序列。即使閃族語(yǔ)系原來(lái)是統(tǒng)一的語(yǔ)言，但在閃族語(yǔ)使用的同時(shí)，至少在中東地區(qū)還有埃及語(yǔ)、阿拉伯語(yǔ)和波斯語(yǔ)，怎么能說(shuō)天下的語(yǔ)言是統(tǒng)一的呢？

式中：P為功率；U為輸入電壓；I為輸入電流。

（2）通過(guò)CFD仿真，能夠根據(jù)機(jī)柜現(xiàn)有負(fù)載大小計(jì)算出機(jī)柜需要的冷量。

（3）在送風(fēng)系統(tǒng)中通過(guò)閥門對(duì)該機(jī)柜的送風(fēng)量進(jìn)行風(fēng)量調(diào)節(jié)，以保證冷量按需配送。

2.5 接入動(dòng)環(huán)監(jiān)控，確保機(jī)柜設(shè)備工作環(huán)境在線監(jiān)控

在精確送風(fēng)系統(tǒng)每個(gè)送風(fēng)裝置內(nèi)安裝溫度采集器對(duì)送風(fēng)裝置內(nèi)溫度進(jìn)行采集，通過(guò)RS485/RS232通信接口，將采集的溫度數(shù)據(jù)通過(guò)動(dòng)環(huán)監(jiān)控接入設(shè)備實(shí)時(shí)上傳至動(dòng)環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)服務(wù)器。動(dòng)環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)上傳的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，實(shí)現(xiàn)送風(fēng)裝置內(nèi)溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、告警閥值設(shè)定、異常狀態(tài)預(yù)測(cè)以及故障短信通知等功能，確保機(jī)柜溫度處于穩(wěn)定狀態(tài)，為網(wǎng)絡(luò)設(shè)備運(yùn)行提供可靠保障。

3 項(xiàng)目攻堅(jiān)實(shí)施

3.1 項(xiàng)目規(guī)模

本次A地點(diǎn)、B地點(diǎn)省級(jí)機(jī)房機(jī)架局部熱點(diǎn)攻堅(jiān)項(xiàng)目主要涉及A地點(diǎn)、B地點(diǎn)所屬共6個(gè)機(jī)房129個(gè)機(jī)柜的精確送風(fēng)、冷熱通道隔離等內(nèi)容。項(xiàng)目改造機(jī)柜清單如表1所示。

表1 項(xiàng)目改造機(jī)柜清單

3.2 項(xiàng)目周期

項(xiàng)目2021年12月21日開(kāi)工，2022年6月30日完工，項(xiàng)目周期約6個(gè)月。項(xiàng)目改造計(jì)劃如表2所示。

表2 項(xiàng)目改造計(jì)劃

3.3 施工內(nèi)容

施工過(guò)程主要包括機(jī)房CFD+熱成像技術(shù)仿真、管道系統(tǒng)安裝、送風(fēng)裝置安裝、精確送風(fēng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)以及動(dòng)環(huán)監(jiān)控接入5個(gè)過(guò)程。

4 項(xiàng)目攻堅(jiān)成果及注意事項(xiàng)

4.1 項(xiàng)目攻堅(jiān)成果

該項(xiàng)目的實(shí)施，證實(shí)了通過(guò)CFD對(duì)機(jī)房機(jī)柜熱點(diǎn)定位非常準(zhǔn)確，也符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際熱點(diǎn)位置。改造完成后，6個(gè)機(jī)房129個(gè)機(jī)柜不再出現(xiàn)局部熱點(diǎn)，改造區(qū)域溫度得到控制[4]。表3為改造前后機(jī)柜溫度及局部熱點(diǎn)數(shù)量對(duì)比。

表3 改造前后機(jī)柜溫度及局部熱點(diǎn)數(shù)量對(duì)比

通過(guò)此次改造，空調(diào)實(shí)際負(fù)荷顯著降低，為IT設(shè)備擴(kuò)容提供了富余制冷余量；富余冷量可以通過(guò)采集改造區(qū)域空調(diào)改造前后能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。其中，B地點(diǎn)4樓機(jī)房通道內(nèi)設(shè)計(jì)列間空調(diào)，將波分機(jī)柜吹出的熱風(fēng)就近冷卻處理，解決了波分機(jī)柜長(zhǎng)期面臨的高溫告警問(wèn)題，降低了房間精密空調(diào)的負(fù)荷；B地點(diǎn)4樓機(jī)房空閑出2臺(tái)空調(diào)作為備用。表4為改造前后機(jī)房冷量富裕度對(duì)比。

表4 改造前后機(jī)房冷量富裕度對(duì)比

增加送風(fēng)裝置內(nèi)溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并接入動(dòng)環(huán)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)測(cè)預(yù)警。表5為項(xiàng)目改造的包框數(shù)量及溫濕度探頭數(shù)量統(tǒng)計(jì)。

表5 項(xiàng)目改造的包框數(shù)量及溫濕度探頭數(shù)量統(tǒng)計(jì)

實(shí)施冷熱通道封閉，重新規(guī)劃氣流組織形式，解決了機(jī)房?jī)?nèi)氣流組織混亂、冷熱氣流混合現(xiàn)象嚴(yán)重等問(wèn)題，顯著提高了制冷利用效率，減少了高溫報(bào)警，降低了安全隱患，節(jié)省了機(jī)房總體電力消耗，延長(zhǎng)了在用空調(diào)使用壽命，增強(qiáng)了機(jī)房設(shè)備運(yùn)行的可靠性[5]。

4.2 注意事項(xiàng)

（1）該改造是在已經(jīng)投運(yùn)的機(jī)柜上進(jìn)行改造，對(duì)應(yīng)的每一套送風(fēng)倉(cāng)、風(fēng)管和冷通道都需要現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況定制。

（2）要根據(jù)機(jī)柜之間的通道寬度和通道內(nèi)尾纖槽的阻擋情況來(lái)設(shè)計(jì)送風(fēng)倉(cāng)的深度。

（3）風(fēng)管在設(shè)計(jì)過(guò)程中需要詳細(xì)勘測(cè)，需要根據(jù)機(jī)房?jī)?nèi)走線架、吊桿等的實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)計(jì)風(fēng)管的送風(fēng)路由[6]。

（4）因施工過(guò)程中機(jī)柜是在網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，本次項(xiàng)目在風(fēng)管施工時(shí)用防火布對(duì)下方機(jī)柜進(jìn)行保護(hù)。在送風(fēng)倉(cāng)的施工時(shí)采用亞克力板對(duì)設(shè)備進(jìn)行隔離，并用吸塵器隨時(shí)處理現(xiàn)場(chǎng)清潔[7]。

5 結(jié) 論

此次局部熱點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目的成功實(shí)施，充分應(yīng)用業(yè)界最先進(jìn)的CFD+熱成像技術(shù)仿真進(jìn)行準(zhǔn)確的機(jī)房熱點(diǎn)“定位把脈”，并根據(jù)不同的過(guò)熱機(jī)柜場(chǎng)景靈活應(yīng)用冷通道封閉技術(shù)、機(jī)柜側(cè)的精確送風(fēng)技術(shù)，同時(shí)加裝溫濕度檢測(cè)裝置，從而在現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備安全運(yùn)行的前提下，以最小的改造成本和規(guī)模，全面清除了局部熱點(diǎn)，解決了機(jī)房?jī)?nèi)氣流組織混亂、冷熱氣流混合現(xiàn)象，顯著提高了制冷效率，減少了高溫報(bào)警，降低了安全隱患。

通過(guò)此次改造，空調(diào)實(shí)際負(fù)荷將顯著降低，為IT設(shè)備擴(kuò)容提供了富余制冷余量。經(jīng)初步測(cè)算，改造后年綜合節(jié)能達(dá)到40萬(wàn)kW·h以上，減少二氧化碳排放量244 t，為國(guó)家“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)做出了積極貢獻(xiàn)。