2023年通信机房热岛及其解决方案初探.docx

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1、2023年通信机房热岛及其解决方案初探 通信机房“热岛”及其解决方案初探 内容提要： 高功耗，高散热通信网络设备大量集中出现，而我们通信机房设备布局与环境保障方案，并没有很好的适应这种新的发展趋势，导致通信机房局部区域温度明显高于其他部分，在红外成像图上具有显著温度高点特征我们称之为“通信机房热岛”。通信机房“热岛”，会导致通信网络运行质量下降，通信网络故障事故率上升，通信网络运行成本增加，直接影响到通信运营企业的投资效益，直接对通信运营企业的市场竞争力。 本文通过对通信机房热岛形成原因分析，针对通信机房空调存在的“保障区域孤立，送冷距离不足，冷量传输损耗过大，设备列架散热空间不足，制冷循环不

2、畅”的问题，引导推出“专用空调、集中供冷、智能群控、无损送冷、按需配冷”解决总体技术方案，希望能对实现高效、安全、低成本通信运营有所裨益。 1通信机房“热岛”现状及危害 1.1通信机房“热岛”现状 “热岛”的概念，其根本是来源于一个区域性地理气候的概念，是指城市建筑群密集、柏油路和水泥路面比郊区的土壤、植被具有更大的吸热率和更小的比热容，使得城市地区升温较快，并向四周和大气中大量辐射，造成了同一时间城区气温普遍高于周围的郊区气温，高温的城区处于低温的郊区包围之中，如同汪洋大海中的岛屿，人们把这种现象称之 “热岛效应”。 图1 热岛概念图 为了应对近年来社会通信业务需求的爆炸式增长的需求，随着电

3、子科技迅猛发展，电子设备日益呈现出高集成度、高功率密度发展的趋势。反应在我们通信行业，就是出现在我们通信机房越来越多的高功耗、高散热的通信网络设备。这个趋势，反应在通信运营企业数据、交换、传输三大核心专业机房，单架设备功耗从十年前的几十瓦，到五六年前的几百瓦，到两三年前的几千瓦，发展到现在，出现了单架设备功耗在10千瓦以上的通信网络设备。 高功耗，高散热通信网络设备大量集中出现，而我们通信机房设备布局与环境保障方案，并没有很好的适应这种新的发展趋势，导致通信机房局部区域温度明显高于其他部分，一般温度差值在5摄氏度以上，在红外成像图上具有显著温度高点特征我们称之为“通信机房热岛”。 图2 通信机

4、房热分布红外图 1.2.通信机房“热岛”的危害 通信机房“热岛”的危害，主要体现在以下几个方面： 第一， 通信机房“热岛”区域，环境温度明显偏高，通信网络设备耗能散热，不能建立良性热交换循环，通信网络设备元器件得不到有效冷却，设备元器件持续升温，超过正常工作阈值，就会出现半导体晶体烧结、绝缘结构破坏等问题，老化加速，故障概率上升50%以上，有的会导致通信网络设备不能正常工作，通信网络设备退出服务等通信事故的发生；更有甚着，长期通信网络设备高热运行，在某些极端条件下，不能完全排除短路起火的可能。这就必然导致通信网络运行质量下降，降低通信客户对网络服务的的满意度，削弱通信运营企业的市场竞争优势，影

5、响通信业务市场的正常拓展；还会导致通信设备板件故障返修率上扬，网络安全责任事故概率增加，进一步增加了通信网络运营成本的增加，直接影响通信运营企业的业务收入与企业利润。 第二，为维持通信网络设备正常工作，被迫降低整体机房温度设置；将正常通信机房空调温度设置从正常值下调，使“热岛”区域温度降低到通信机房规范要求环境值。一般情况下，需要降低通信机房空调温度设置需要降低5摄氏度以上，才能满足通信网络设备正常工作的规范要求。 通信整体温度下降，必然增加高温季节通信机房室内与通信机房室外环境温差，根据热传导公式 lA(t-t)Q = 12b Q:导热量；：导热系数，KW/(m2)； b：厚度；（t1-t2

6、）：温差 高温季节通信机房室内与通信机房室外环境温差的增加，必然会造成通信机房空调制冷负荷的增加。以室外温度35为例，每降低1的通信机房温度设置，因通信机房室内与通信机房室外环境温差增加而导致的造成通信机房空调制冷负荷增长为10%。因此，降低通信机房空调温度设置需要降低5摄氏度以上，因通信机房室内与通信机房室外环境温差增加而导致的造成通信机房空调制冷负荷增长，可达到50%。 通信机房空调制冷负荷增长，首先会直接造成通信机房空调运行电费支出增加，增加通信运营企业的业务成本支出；其次会增加通信机房空调的制冷运行时长，降低通信机房空调的使用寿命，进一步加大通信运营企业的业务成本支出。 第三，为了为保

7、证通信网络设备散热，被迫增加通信机房设备列架间距，降 低通信机房单位面积通信设备容积率，导致通信机房使用效率大大降低。传统通信设备，设备的列净间距一般为60cm80cm，而按照移动通信枢纽楼电源系统总体技术要求（QB-W-017-2023）要求，单位面积功耗500W以上的C类机房，设备的列净间距大于2m；对于发热量大于10KW的单个热源设备，还要求设备左右之间的间距应大于1.8m。相同面积的通信机房，只能容纳不到原来30%的通信设备，这就导致通信机房基建投资成数倍增加， 通信运营企业的运营成本大幅度上扬。 综上所诉，通信机房“热岛”现象的存在，严重影响了通信网络设备运行环境，导致通信运营企业运

8、营成本的增加，消弱了通信企业的市场竞争优势。 2.通信机房“热岛”形成原因分析 交换、数据、传输等通信核心设备设备单架设备功耗从十年前的几十瓦，到五六年前的几百瓦，到两三年前的几千瓦，发展到现在，出现了单架设备功耗在10千瓦以上的通信网络设备。 通信运营企业没有能，也不可能针对每一种功耗机房专门设计通信机房，只能把每一批设备都往一个通信机房里面“硬塞”，直到“塞满”为止，这就出现了很多问题。 首先，把每一批设备都往一个通信机房里面“硬塞”，直到“塞满”为止，这就造成每种不同单架功率通信设备“扎堆”现象，有的区域功率密度小，每平方米只有几十瓦；有的区域功率密度大一些，每平方米要有几百瓦；有的有的

9、区域功率密度很高，每平方米要有几千瓦，甚至几十千瓦。不同区域单架通信设备功耗存在明显的差异，而通信机房条件和环境保障方案基本差不多，这就给通信机房“热岛”的形成奠定了最基本的条件，也是通信机房“热岛”形成的根源。 其次，现在很多早起投入使用的地市级生产楼数据、传输数据机房，由于当时投入使用的时候，单架功耗小，装机数量少，一般只配置使用非通信机房专用空调；但是现在数据、传输设备迅猛增长，单架功耗也从几十瓦上升到几千卡，但由于投资问题、设计理念等原因，导致环境保障设备配套建设严重滞后，这种非通信机房专用空调没有被替换更新，至今仍在大规模存在。这种非机房本来就是为家庭、商务场所使用的。这种普通空调应

10、用在通信机房，存在的最大问题就是室内机风机功率小，导致冷风传送距离非常短，一般只有5米到8米，而标准通信机房的宽度至少都在10米以上，这就造成通信机房靠近空调放置位置周围的区域，得到的冷量多一些，而远离空调放置位置的区域，根本得不到直接冷量，只有通过与靠近空调放置位置周围区域进行冷量的二次热交换，甚至是多次热交换，才能得到冷却设备散热的冷量，制冷循环不畅，这就造成不同区域环境保障在基础条件上，就存在着明显的差异，这就给通信机房“热岛”的形成打下了基础，也是通信机房“热岛”形成的最重要的原因之一。 图3 通信机房“热岛”形成机制示意图 其三，由于传输、数据、交换、无线等专业的通信工程，都是采用分

11、专业进行的，都是传输、数据、交换、无线专业工程设计人员独立完成的，由于传输、数据、交换、无线专业工程设计人员环境保障观念严重滞后，有的专业工程设计人员根本不理解机房环境保障对通信网络设备正常运行的重要性，或者说根本没有经过这方面知识的培训与学习，通信机房网络设备单架功耗上升了几倍、几十倍、上百倍，还是照搬几年前，甚至十几年前的专业设计方案，设备列架净间距还是只有60cm到80cm，更可悲的还有曲解设备列净间距的概念，认为列净间距就是设备列中心线之间的距离，而不是设备列设备最外延之间的距离，这样的话，设备列净间距一下子又被“吃”掉50cm以上，造成通信网络设备散热空间严重不足，只有标准规范设备列

12、净间距的三分之一，有时还要少于四分之一；而传输、数据、交换、无线等专业维护人员更是不理解机房环境保障对通信网络设备正常运行的重要性，只要设备能装进去，能加上电，通信设备能运行起来就万事大吉了，认为过去十几年这样设计没有出现严重问题，现在也不会有什么问题，机房环境温度高不高，是动环专业的事情，跟他们半毛钱的关系都没有；还有规划审核部门，对高温影响没有直接的认识，只想提高通信机房的空间利用率，通信设备故障，通信事故，跟他们更是一点关系都没有。 其四，现在采用通信机房专用空调的下送风送冷方式，只是把空调产生的冷量往通信机房地板下一送了事，根本没有装设设备列送冷风道。这就像过去农村灌溉浇地，采用“漫灌

13、”的方式，进的地方得到的冷量多，浪费！远的地方得不到冷量，不能满足通信机房网络设备的功耗散热交换需求，热死！还有每台空调供冷一个区域，一单某台空调出现问题，就会造成该空调制冷区域缺冷，区域环境温度迅速上升，出现通信机房网络设备大面积高温退服的通信事故。 以上种种原因，就造成了通信机房空调保障区域孤立，送冷距离不足，冷量传输损耗过大，设备列架散热空间不足，制冷循环不畅的问题；而通信机房设备列架散热空间不足，就会形成设备功耗发热交换不走，制冷循环不畅一个最直接的后果就是出现通信机房高温区域性集中。嘿嘿，不用多说了吧，现在，通信机房的“热岛”，就非常华丽的出炉了。 3.通信机房“热岛”的解决 3.1

14、通信机房“热岛”的解决总体考虑 通信机房“热岛”形成，有一定的历史原因，还有一部分是管理因素，更重要的还是理念方案的问题。在通信运营企业数据、交换、传输三大核心专业机房，单架设备功耗从十年前的几十瓦，到五六年前的几百瓦，到两三年前的几千瓦，发展到现在，出现了单架设备功耗在10千瓦以上的通信网络设备。单架设备功耗发热特点的根本改变，也必然促使我们维护保障管理观念的关键适应变革。 要根本消除通信机房热岛，关键要从以下几个方面入手。 第一，要加强对通信机房“热岛”对通信网络运行危害严重性的认识。通信机房“热岛”，会导致通信网络运行质量下降，通信网络故障事故率上升，通信网络运行成本增加，直接影响到通信

15、运营企业的投资效益，直接对通信运营企业的市场竞争力。 事实上，通信机房“热岛”在现实中的危害已经非常严重，根据不完全统计，在通信核心机房中的网络网络通信故障事故中，有超过90%以上，都是网络通信设备高温运行环境直接或间接导致的。单从这方面来说，通信机房“热岛”，就足以让我们聚焦关注、严阵以待了。 第二，要建立综合管理的理念与机制。根本改变以前不同通信专业孤立，维 护、工程、设计、规划投资职责、考核对立的僵化机制，消除“各管一片，各走一段”“得过且过，求稳求闲”的观念，建立全网、全局的统一网络管理机制，树立网络建设维护、网络质量共同负责的管理考核体制。通信专业机房设备空间布置设计实施，必须确保动

16、环保障，进行动环保障的审核把关，保证通信机房环境保障设备系统必要的投入，把一些隐患消灭在设计、实施阶段，根本避免后期整改导致的多次投资浪费，真正实现“大工程、小维护、精优化”网络运营模式的。 其三，要加强基础维护投入，使通信机房空调始终出于最佳工作状态，确保通信机房空调的高效运行，为通信机房提供可靠充足的冷量供给，同时减少通信机房工况劣化导致的耗能浪费。 通信机房环境保障设备系统的建设，必须先于通信网络设备系统，通信机房环境保障设备系统的建设严重滞后问题，必须得到根本性的解决；还要严格准守通信网络设备列架间距的标准规范，保证通信网络设备的热交换空间，防止出现制冷循环不畅的问题。 3.2.通信机

17、房“热岛”的技术解决方案 3.2.1 集中供冷方案 通信机房环境保障方案的根本改变。现代传输带宽直线提升，数据业务高速上扬，高功耗散热设备密集入网，针对通信机房网络设备环境需求根本改变情况，必须在通信机房环境保障方案的根本改变，根本改变通信机房空调存在的“保障区域孤立，送冷距离不足，冷量传输损耗过大，设备列架散热空间不足，制冷循环不畅”的问题，相对应的，解决的总体技术方案是“专用空调、集中供冷、智能群控、无损送冷、按需配冷”。如下图所示: 图4 通信机房环境保障方案示意图 下面将分别阐述: 首先，数据、传输通信机房，必须采用机房专用空调。“舒适性”空调主要针对的对象是人，工作温度在2627度左

18、右，而且其目的是为了使人有一个舒适的环境，且人对环境温度变化范围要求低，5之内都不会对人体产生不舒服的感觉，但采用刀片服务器的数据、传输就很难承受，就会出现热交换不良的问题。通信机房网络设备散热，具有高显热比、负荷密度大、运行环境温度要求高等特点，它们对环境温度的要求通常在2224度，其变化精度在1，通信机房空调也必须能够满足制冷功率高、送冷距离远、温控精度高的要求，必须满足全天候、24小时运行的要求，必须满足能效比高的要求，必须满足工作可靠性及集中监控的要求。而这一切，或者说绝大部分要求都是普通“舒适型”空调不 能达到的。 其次，采用智能群控技术。将机房专用空调冷量进行集中控制，实现通信机房

19、“集中供冷、按需供冷”，将多台机房专用空调产生的冷量进行集中使用。一方面，可以在冷量满足机房环境保障的情况下关闭多余空调，实现节能的目的，同时延长通信机房空调使用寿命；另一方面，可以在某一台空调出现故障，不能正常供冷的前提下，由其他正常空调冷量补充，实现真正的“N+1”备份。 其三，必须确保无损送冷。现在采用通信机房专用空调的下送风送冷方式，只是把空调产生的冷量往通信机房地板下一送了事，根本没有装设设备列送冷风道，这就形成了“先冷环境，后冷设备”。要改变“先冷环境，后冷设备”，只有变原来的“漫灌”为“管灌”，减少冷量到达设备前的无谓损耗。我们可采取的技术方案是绝热槽道。绝热槽道很容易制造，只要

20、两层防火板，中间填充石棉或者珍珠岩，就行了。采用磨具可以大规模、低成本制造，既隔热，又能满足防火要求。如下图 图5 隔热槽道结构示意图 其四，要做到按需配冷。说实话，我们通信机房环境保障，就跟农村浇地差不多，既要确保“庄稼”，哦，也就是我们的通信网络设备得到足够的冷量，又不能浪费。通信机房功耗散热各不相同，既要保证我们的通信网络设备得到足够的冷量，满足通信网络设备热量交换，保持正常工作温度的需要，又不能浪费。我们建议采用配冷地板来解决，如下图： 图5 配冷地板格结构示意图 （1）温控地板格，内置EC风机，可根据通信机柜出风温度自动调整转速，从而改变送风量，达到自动精确送冷的目的，满足高功耗机柜

21、不同配置时的冷量需求；(2)普通配冷地板格，用于低功耗机柜配冷需求，降低全部采用温控地板格的投资；(3)隔热地板格，用于封闭无通信机柜送冷槽道段，防止送冷过程中的冷量损失。 “专用空调、集中供冷、智能群控、无损送冷、按需配冷”可以在基本降低或消除通信机房“热岛”，确保通信网络设备元器件良好工作温度同时，使通信机房空调制冷量最大限度用于通信网络设备功耗散热交换，避免因通信机房热岛效应被迫降低通信机房整体环境温度设置而无谓消耗的通信机房制冷功耗，从而实现最大限度的通信机房节能。 3.2.2分布式空调方案 （一）根据机房设备启用顺序、散热分布，进行区域划分，形成配冷子区域； （二）通信机房采用“N+

22、1”中央空调主机，确保空调工作备份安全，集中供冷； （三）在通信机房配冷子区域适宜位置，按冷量需求，分别设置不同规格的蒸发器；实现通信设备按需、就近配冷。 图6 分布式供冷示意图 以上两种方案，都可以实现降低通信机房空调冷量传送耗能损失，实现按需供配冷量，提高通信机房空调制冷功耗利用率，基本消除通信机房“热岛”。 在消除通信机房“热岛”基础上，可以恢复通信机房正常温度设置，降低高温季节通信机房外界热量侵入，从而降低通信机房空调制冷运行负荷，缩短通信机房空调运行时长，减少通信机房空调故障概率，延长通信机房空调运行寿命，减少通信机房空调环境保障支出；同时也可以适当的降低机房列架间距，增加通信机房网

23、络设备密度，提高通信机房面积使用效率，降低核心通信机房基建投入，综合实现高效率、低成本通信网络运营。 4.总结 通信机房“热岛”，会导致通信网络运行质量下降，通信网络故障事故率上升，通信网络运行成本增加，直接影响到通信运营企业的投资效益，直接对通信运营企业的市场竞争力。 针对通信机房网络设备环境需求根本改变情况，必须在通信机房环境保障方案的根本改变，根本改变通信机房空调存在的“保障区域孤立，送冷距离不足， 冷量传输损耗过大，设备列架散热空间不足，制冷循环不畅”的问题，相对应的，解决的总体技术方案是“专用空调、集中供冷、智能群控、无损送冷、按需配冷”。 “专用空调、集中供冷、智能群控、无损送冷、

24、按需配冷”可以在根本消除通信机房“热岛”，确保通信网络设备良好工作温度同时，使通信机房空调制冷量最大限度用于通信网络设备功耗散热交换，从而实现最大限度的通信机房节能。 因本人技术、理论水平所限，本文难免有不足之处，欢迎各位专家、领导斧正。 作者简介： 桑永礼，安徽移动阜阳分公司网络部动力室经理，省公司电源技术支援专家，集团公司初级电源技术支援专家，集团运维知识管理平台论坛动环板块版主，1999年开始从事动环维护管理工作，积极探索动环维护、节能，先后发表基站交流引入方案探讨 、 通信机房空调节能探讨等多篇专业论文，其中 通信机房空调节能探讨 获2023年通信技术与标准化协会 三等奖；形成温控双层节能窗、通信机房外循环节能、蓄电池自紧固装置、配电设备快速跨接装置等多项专利，通过国家专利局授权。 地址通信：安徽省阜阳市南京路999号阜阳移动公司网络部 邮编：236000 联系电话：13505584916 电子邮箱：13505584916 通信机房热岛及其解决方案初探 通信机房雷电防护隐患解决方案 通信机房设计 通信机房防火 机房高温报警原因及其解决方案 通信机房节能设计 通信机房建设标准 通信机房建设标准 通信机房验收要求 通信机房安全手册