姜宇光，羅海亮，程 磊

（1.中國移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100080；2.中國移動(dòng)通信集團(tuán)有限公司，北京 100032）

1 匯聚機(jī)房現(xiàn)狀及存在的空調(diào)問題

1.1 高功耗設(shè)備制冷能力不足

傳統(tǒng)匯聚機(jī)房平均運(yùn)行功耗普遍在0.5～2 kW/架，整體功耗水平較低。隨著5G建設(shè)和邊緣業(yè)務(wù)下沉，IT機(jī)柜密度可達(dá)4～8 kW。傳統(tǒng)匯聚機(jī)房大多采用老舊的2HP/3HP/5HP基站舒適性空調(diào)，因此對于高功耗設(shè)備帶來的制冷壓力更加凸顯。

1.2 機(jī)房氣流組織混亂導(dǎo)致局部熱點(diǎn)

匯聚機(jī)房由于分階段部署不同業(yè)務(wù)機(jī)架，同時(shí)因各廠商設(shè)備不統(tǒng)一，機(jī)架進(jìn)出風(fēng)方式不一致，機(jī)柜大多無序安裝，往往在機(jī)柜投入使用后才發(fā)現(xiàn)氣流混亂情況。匯聚機(jī)房內(nèi)大多是傳輸機(jī)架，同時(shí)存在左進(jìn)右出、前進(jìn)后出等多種出風(fēng)形式，混合部署時(shí)，氣流組織混亂也容易產(chǎn)生混風(fēng)和局部熱點(diǎn)情況。

1.3 室、內(nèi)外空調(diào)設(shè)備空間不足

匯聚機(jī)房多為購置，空調(diào)室外安裝空間往往不滿足要求，機(jī)房內(nèi)空調(diào)主要借用房間邊角空間或走道，可使用空間狹小。

1.4 空調(diào)室外機(jī)夏季高溫散熱問題

由于室外機(jī)周邊通風(fēng)不暢引起散熱不足，影響室外機(jī)散熱效率，降低空調(diào)制冷能力。夏季極端高溫天氣下還容易引發(fā)高溫告警，影響了空調(diào)正常的工作。匯聚機(jī)房由于經(jīng)常選址居民住宅底層，室外機(jī)散熱會(huì)影響樓上住戶，導(dǎo)致熱干擾和投訴。

1.5 空調(diào)能耗較高

匯聚機(jī)房主要為舒適性空調(diào)，普遍能耗較高，同時(shí)沒有自然冷源利用措施，即使外界環(huán)境溫度較低時(shí)依然需要開啟壓縮機(jī)制冷，節(jié)能潛力大。

1.6 空調(diào)室外機(jī)噪音問題

匯聚機(jī)房空調(diào)室外機(jī)一般均掛裝或落地裝在室外，由于室外機(jī)風(fēng)扇沒有做降噪處理同時(shí)風(fēng)扇品質(zhì)不高，運(yùn)行2～3年后由于部件老化性能衰減往往導(dǎo)致空調(diào)噪音增加，若緊鄰住宅區(qū)會(huì)造成大量居民投訴。

2 空調(diào)解決方案探討

2.1 風(fēng)冷機(jī)房專用空調(diào)

2.1.1 變頻風(fēng)冷小精密空調(diào)

機(jī)房風(fēng)冷精密空調(diào)是針對現(xiàn)代電子設(shè)備機(jī)房設(shè)計(jì)的專用空調(diào)，其工作精度和可靠性都高于普通空調(diào)。風(fēng)冷機(jī)房精密空調(diào)由壓縮機(jī)、室內(nèi)機(jī)、室外機(jī)、熱力膨脹閥及高效過濾網(wǎng)等主要部件組成，制冷劑在壓縮機(jī)的作用下在系統(tǒng)中循環(huán)流動(dòng)，經(jīng)歷了液體—?dú)怏w—液體的兩相相變，完成一個(gè)制冷循環(huán)[1]。

風(fēng)冷機(jī)房精密空調(diào)結(jié)構(gòu)簡單，布置靈活方便，由于每臺(tái)空調(diào)之間相互獨(dú)立，無單點(diǎn)故障，可靠性高，只需要采用N+X方式進(jìn)行設(shè)計(jì)和布置，就可以滿足相應(yīng)等級(jí)機(jī)房制冷的要求。風(fēng)冷精密空調(diào)壓縮機(jī)如果引入變頻控制技術(shù)，可以使空調(diào)根據(jù)實(shí)際房間負(fù)荷進(jìn)行調(diào)速控制，進(jìn)一步節(jié)約空調(diào)能耗，保障安全穩(wěn)定性的同時(shí)提高節(jié)能性。

2.1.2 列間機(jī)房專用空調(diào)

列間空調(diào)穿插于機(jī)柜中間安裝，靠近熱源冷卻服務(wù)器機(jī)柜，適用于高熱密、模塊化、冷（熱）通道封閉數(shù)據(jù)中心場景，可解決傳統(tǒng)匯聚機(jī)房局部熱點(diǎn)問題，其設(shè)備高度及深度與服務(wù)器機(jī)架高度一致。

列間空調(diào)技術(shù)有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）貼近熱源；（2）列間空調(diào)由于緊挨機(jī)柜，安裝于機(jī)柜中間，近距離對局部熱點(diǎn)進(jìn)行降溫，消除局部熱點(diǎn)；（3）送風(fēng)功耗低；（4）可實(shí)現(xiàn)冷熱通道封閉的良好結(jié)合。

風(fēng)冷列間空調(diào)是列間空調(diào)的一種，其系統(tǒng)由列間制冷末端、壓縮機(jī)及室外風(fēng)冷冷凝器等組成。列間制冷末端與機(jī)柜并排布置，風(fēng)冷列間空調(diào)采用前部出風(fēng)、后部回風(fēng)的方式，無水進(jìn)機(jī)房，系統(tǒng)設(shè)備簡單，布置靈活。

2.1.3 背板機(jī)房專用空調(diào)

背板機(jī)房專用空調(diào)換熱背板與機(jī)柜緊密結(jié)合，安裝在機(jī)柜后門，直接冷卻機(jī)柜排風(fēng)，在背板空調(diào)與機(jī)柜之間自成封閉熱環(huán)境，機(jī)柜外部為開放冷環(huán)境。相比行間級(jí)空調(diào)末端，其更加靠近熱源制冷。背板空調(diào)主要由空調(diào)換熱背板、壓縮機(jī)及室外風(fēng)冷冷凝器等設(shè)備組成。

2.1.4 機(jī)架級(jí)插槽機(jī)房專用空調(diào)

機(jī)架級(jí)插槽機(jī)房專用空調(diào)，主要用于機(jī)架服務(wù)器就近冷卻，將空調(diào)嵌入到機(jī)架內(nèi)，高效節(jié)能、安全可靠、智能管理、結(jié)構(gòu)緊湊，全面滿足機(jī)架的冷卻需求?？照{(diào)送風(fēng)方式主要有上送風(fēng)、后回前送風(fēng)或加風(fēng)帽導(dǎo)風(fēng)。

插槽機(jī)房專用空調(diào)主要特點(diǎn)如下：（1）高效節(jié)能；（2）5U（4 kW）和8U（8 kW）空間安裝，節(jié)省機(jī)架內(nèi)空間；（3）配置靈活。

圖1為機(jī)架內(nèi)氣流組織示意圖。

圖1 插槽空調(diào)氣流組織示意圖

2.1.5 氟泵空調(diào)技術(shù)

傳統(tǒng)的風(fēng)冷直膨空調(diào)系統(tǒng)不具備利用自然冷卻功能，將其與熱管系統(tǒng)結(jié)合，形成熱管-機(jī)械制冷復(fù)合氟系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)自然冷卻功能。氟泵通常與風(fēng)冷機(jī)房空調(diào)（精密、列間、背板）結(jié)合使用，運(yùn)行模式分為冬季氟泵節(jié)能運(yùn)行模式、過渡季氟泵壓縮機(jī)聯(lián)合運(yùn)行模式、夏季壓縮機(jī)運(yùn)行模式三種模式，因此在冬季和過渡季可以充分利用自然冷源。據(jù)某通信運(yùn)營公司反饋，氟泵機(jī)房空調(diào)節(jié)能效果明顯，在冬季可節(jié)約60%耗電量。氟泵改造既可以獨(dú)立增加氟泵柜也可以直接采購帶氟泵的風(fēng)冷空調(diào)。

2.1.6 模塊化集中冷凝器

模塊化集中式冷凝器是專門針對傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心機(jī)房用精密空調(diào)的室外機(jī)占地面積大問題開發(fā)的一款新型冷凝器。模塊化集中冷凝器采用模塊化設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場拼接，達(dá)到集中化減小占地面積，縮小50%以上。

模塊化集中式冷凝器同時(shí)兼容氟泵內(nèi)置設(shè)計(jì)和類蒸發(fā)冷凝的噴淋或濕膜設(shè)計(jì)，在減少室外機(jī)占地面積的基礎(chǔ)上增加節(jié)能功能，可以有效地利用室外自然冷源，進(jìn)一步提高風(fēng)冷系統(tǒng)能效比，節(jié)約電費(fèi)。

模塊化集中冷凝器具有如下特點(diǎn)：（1）占地面積??；（2）模塊化設(shè)計(jì)；（3）蒸發(fā)面積大：模塊單元采用“V”型冷凝器；（4）能效比較高。

2.2 液冷空調(diào)技術(shù)研究

隨著5G發(fā)展和邊緣業(yè)務(wù)部署，基于C-RAN技術(shù)下BBU機(jī)柜功耗將大幅提高，為應(yīng)對匯聚機(jī)房內(nèi)部署高功耗設(shè)備，可以采用液冷BBU池方案。室內(nèi)采用浸沒式液冷池柜，室外可以采用風(fēng)冷室外機(jī)和板換進(jìn)行換熱，無需壓縮機(jī)，節(jié)能的同時(shí)也解決了高功耗機(jī)架散熱不暢問題。該形式液冷池柜內(nèi)可以適配市場多數(shù)服務(wù)器，去掉風(fēng)扇簡易改造即可，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程運(yùn)維和無人值守。

2.3 氣流阻隔優(yōu)化技術(shù)研究

2.3.1 封閉冷/熱通道

采用精密空調(diào)或列間空調(diào)送風(fēng)結(jié)合封閉冷/熱通道的形式，可以有效對機(jī)房內(nèi)的冷熱氣流進(jìn)行隔離，避免混風(fēng)。

當(dāng)冷熱通道未封閉或未完全封閉時(shí)，應(yīng)封閉冷通道，并在機(jī)架無設(shè)備位置加裝擋風(fēng)盲板或隔離門，消除回風(fēng)混流現(xiàn)象?？梢詫渫ǖ赖捻敳亢蛢蓚?cè)進(jìn)行封閉處理，也可以只對冷通道兩側(cè)進(jìn)行封閉處理，可采用簡易卷簾格擋。

2.3.2 傳輸機(jī)柜氣流優(yōu)化

傳輸機(jī)架不同進(jìn)出風(fēng)的方式會(huì)導(dǎo)致機(jī)房內(nèi)氣流混亂，增加導(dǎo)風(fēng)門可以統(tǒng)一進(jìn)出風(fēng)，或直接采用自帶導(dǎo)風(fēng)柜的傳輸設(shè)備，改善氣流組織，使機(jī)柜氣流調(diào)整為前后進(jìn)出風(fēng)的形式，從而為應(yīng)用列間空調(diào)創(chuàng)造條件。還可增設(shè)模塊化機(jī)架定點(diǎn)散熱模組，具體為在局部過熱區(qū)域安裝列間空調(diào)或其他形式空調(diào)末端及風(fēng)機(jī)等。

2.3.3 智能化配風(fēng)群控精確送風(fēng)技術(shù)

采用風(fēng)管+智能化配風(fēng)群控精確送風(fēng)技術(shù)，通過風(fēng)管對空調(diào)送風(fēng)氣流進(jìn)行有組織引導(dǎo)，既可以實(shí)現(xiàn)精確送風(fēng)，又可以實(shí)現(xiàn)不同機(jī)柜負(fù)載下靈活匹配調(diào)整。技術(shù)原理如下：通過合理的風(fēng)管設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)各管路內(nèi)風(fēng)阻平衡、風(fēng)速均勻；通過精確送風(fēng)風(fēng)口+EC風(fēng)機(jī)并配備控制模塊控制每個(gè)風(fēng)口的出風(fēng)風(fēng)量；各送風(fēng)主風(fēng)管間通過電動(dòng)調(diào)節(jié)閥實(shí)現(xiàn)整個(gè)機(jī)房的風(fēng)量調(diào)配機(jī)柜不同位置設(shè)置溫度傳感器，群控系統(tǒng)根據(jù)溫度監(jiān)測點(diǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)控制風(fēng)機(jī)出風(fēng)風(fēng)量，并控制調(diào)節(jié)閥調(diào)整整個(gè)系統(tǒng)的風(fēng)量，實(shí)現(xiàn)根據(jù)不同機(jī)柜冷量需求進(jìn)行智能調(diào)節(jié)，避免出現(xiàn)局部熱點(diǎn)。

2.3.4 地板下送風(fēng)

在機(jī)房內(nèi)設(shè)置架空地板，地板高度隨機(jī)房內(nèi)單機(jī)柜功耗的不同而變化，并選用下送風(fēng)方式的機(jī)房專用空調(diào)。機(jī)柜按照冷熱通道間隔的方式布置。空調(diào)冷風(fēng)在架空地板下通過冷通道上設(shè)置的開孔地板（送風(fēng)口）和機(jī)柜前門進(jìn)入機(jī)柜內(nèi)，空調(diào)回風(fēng)口設(shè)置在熱通道上，依靠空調(diào)回風(fēng)壓力將機(jī)柜排出的熱風(fēng)吸回[2]。

采用地板下送風(fēng)的機(jī)房專用空調(diào)還可以采用拆除空調(diào)支架上封堵板的優(yōu)化氣流組織方案。以靜壓箱作為送風(fēng)通道的機(jī)房，專用空調(diào)一般安裝在空調(diào)支架上，在安裝支架兩側(cè)及后側(cè)用鋼板封堵，僅留前側(cè)作為空調(diào)送風(fēng)口。該優(yōu)化方案提高靜壓的均勻性和送風(fēng)的均勻性，改善機(jī)房的氣流組織，使送風(fēng)更均勻。

2.4 空調(diào)擺放空間優(yōu)化

2.4.1 室內(nèi)外機(jī)優(yōu)化、騰挪

由于室內(nèi)外機(jī)空間緊張，為充分利用空間，空調(diào)室內(nèi)外機(jī)可以采用緊湊機(jī)型同時(shí)室外機(jī)采用優(yōu)化緊湊布置方式。

市面上傳統(tǒng)風(fēng)冷機(jī)房空調(diào)一般都是3模塊，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，將3模塊升級(jí)成2模塊，降低了室內(nèi)機(jī)的占地面積。緊湊式外機(jī)1臺(tái)外機(jī)可替代傳統(tǒng)的2臺(tái)平板式外機(jī)，占地面積最少節(jié)省50%。

2.5 空調(diào)室外機(jī)散熱及降噪優(yōu)化

2.5.1 室外機(jī)蒸發(fā)冷卻噴霧/濕膜改造

利用水霧蒸發(fā)吸熱特性，在室外機(jī)回風(fēng)側(cè)安裝霧化噴淋裝置，降低回風(fēng)溫度，進(jìn)而降低壓縮制冷冷凝壓力。也可采用濕膜降溫原理，采用濕膜/濕簾式加濕器與室外機(jī)組送風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行配套使用，降低冷凝溫度及冷凝壓力。該方案可減少對機(jī)組的腐蝕破壞、易于模塊化設(shè)計(jì)，其材料優(yōu)選高分子復(fù)合型濕膜材料。

需注意，方案存在葉片腐蝕不良影響，因此噴霧或濕膜補(bǔ)水宜配置軟水及水處理設(shè)備，盡量降低對機(jī)組葉片的腐蝕結(jié)構(gòu)作用。

2.5.2 空調(diào)室外機(jī)智能導(dǎo)風(fēng)排熱技術(shù)

空調(diào)室外機(jī)放置在機(jī)房內(nèi)獨(dú)立隔間內(nèi)，為解決室外機(jī)散熱問題，在室外機(jī)安裝的空間內(nèi)設(shè)置導(dǎo)風(fēng)罩及獨(dú)立排風(fēng)管，利用機(jī)械排風(fēng)的方式將室外機(jī)散熱排到室外，有效進(jìn)行降溫處理。墻體外墻下端開進(jìn)風(fēng)口，用于房間的補(bǔ)風(fēng)。

排風(fēng)系統(tǒng)智能化控制，當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)控制系統(tǒng)自動(dòng)打開排風(fēng)設(shè)備，將熱量排出。溫度降低至設(shè)定溫度時(shí)，停止排風(fēng)。

2.5.3 空調(diào)室外機(jī)降噪技術(shù)

通過調(diào)研范發(fā)現(xiàn)，大部分地區(qū)的匯聚機(jī)房都臨近居民區(qū)，都面臨噪聲問題，居民投訴情況較為常見。

室外機(jī)噪聲原因主要來自如下3個(gè)方面。第一，風(fēng)機(jī)的氣動(dòng)噪音，為室外機(jī)的主要噪音源，由風(fēng)扇和氣流流動(dòng)撞擊時(shí)壓力波造成?？刹捎蔑L(fēng)冷冷凝器改冷卻水+管殼冷卻器或更換為靜音型風(fēng)機(jī)等方式降低氣動(dòng)噪音。第二，異常噪聲，屬于機(jī)器振動(dòng)，通過減震墊、支架減震器、擰緊螺絲等技術(shù)方式減輕振動(dòng)噪聲，根據(jù)某通信運(yùn)營商省公司反饋，采用空調(diào)室外機(jī)加裝減震底座的方式后，園區(qū)周界點(diǎn)測試噪音值可降至50 dB以下（改造前約為60 dB）。第三，壓縮機(jī)噪聲，為降低壓縮機(jī)噪聲，可參考冷卻塔降噪筒設(shè)計(jì)思路，將風(fēng)機(jī)消聲器類降噪筒設(shè)計(jì)安裝在室外風(fēng)機(jī)出風(fēng)口上，集成風(fēng)機(jī)消聲器/靜音箱設(shè)計(jì)。

3 結(jié) 論

本文主要針對邊緣業(yè)務(wù)的各類需求對現(xiàn)有匯聚機(jī)房空調(diào)存在問題及未來擴(kuò)容改造方案提出了相應(yīng)應(yīng)對措施，在邊緣業(yè)務(wù)下沉匯聚機(jī)房改造中需結(jié)合不同場景采用最優(yōu)的空調(diào)解決方案，對實(shí)現(xiàn)邊緣數(shù)據(jù)中心的高可靠、低成本、高能效有重要意義。