核心机房热岛问题的研究

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1、中国移动研发项目结题汇报报告项目名称：核心机房热岛问题的研究第2页一一. . 开题计划完成情况目 录二、主要研究成果第3页1.1 研究背景1、研究机房气流组织，提高热交换效率，降低机房空调能耗 ，是绿色节能的需要。a、国际热点：气温变暖、冰 川消失、海平面升 高、荒漠、沙尘、 臭氧空洞、不可再 生资源日益减少， 我们的生存环境在 日益恶化。节约能 源，减少温室气体 排放，保护我们赖 以生存的地球，已 经成为国际热点问 题；b、基本国策：能源问题是制 约经济发展的主要 问题，在国家“十 一五”发展纲要中 特别强调指出能源 问题的紧迫性，提 出了要把节约能源 作为基本国策，并 将能源消耗指标作 为

2、“十一五”规划 目标中最重要的约 束性指标之一；c、中国移动的重点 工作：为了响应国家 号召，作为通信行 业的主导企业，中 国移动制定了 “2010年单位业务 量的耗电量比2005 年下降40”的宏 伟目标，集团公司 、省公司、地市公 司都十分重视这项 工作。第4页1.1 研究背景2、研究机房气流组织，解决机房局部过热，是设备安全运 行，确保网络生命线的需要。网络质量是通信企业的生命线，随着电子器件集成化 程度不断提高，单位面积设备发热量越来越大，出现了机架 内局部过热，甚至引起设备宕机，引发通信故障，严重影响 着网络安全。而且，单位面积设备发热量还会进一步增大， 研究和解决现有问题，并且为今

3、后大功率密度机房探寻气流 组织方案，是十分必要、十分迫切的。第5页1.1 研究目标目标1解决现有问题对上送风、下送风两种气流组织模式，分析局部过热 原因，提出解决方案，并结合工程实践，找到系统化解决 方案，彻底解决机房“热岛”问题；目标2 为更大功率密度机房探寻合理的气流组织模式；目标3 通过全方位多渠道优化气流组织，提高热交换效率 ，适当提高环境温度，减少能源消耗，节能率达到10%以上 。第6页1.2 主要研究内容及分工 主要内容：机房气流组织研究由黑龙江公司、河南公司组 成联合研究项目，黑龙江公司侧重于软件模型的研究，河 南公司侧重于实际方案的研究。黑龙江公司：研究气流组织模式的软件模型，

4、如何以软件 的形式仿真机房内气流组织情况。河南公司：分析各种气流组织模式存在的问题，分别进行 研究，分上送风、下送风两种气流组织模式，提出系统化 解决方案，结合工程实践，检验使用效果。第7页1.3 开题计划完成情况总结针对上送风、下送风两种气流组织模式的大功率密度大 发热量机房，都给出了很好的解决方案，而且进行了实际使 用的验证，效果很好，为解决机房“热岛”问题积累了宝贵 经验 ，应该说很好地完成了开题计划项目，达到了预期目 的。由于没有空间高度合适的机房，没能完成“可控回风” 这一子项的验证，但根据多年工作经验，可控回风肯定能改 善机房内的气流组织循环，避免机房内的气流“漩涡”，提 高热交换

5、效率，对下送风模式的大发热量（单机柜平均耗电 功率5KW以上）机房，会有很好的效果。第8页一. 开题计划完成情况目 录二、主要研究成果第9页2.1 研究内容（“热岛”定义） 关于机房“热岛”的定义:机房内大部分设备工作区域温度正常，而在局部,比如一片区域、多片区域、或者一个点、多个点出现明 显的高温，给设备运行带来危害，这种由于设备散热不 良，空调制冷无法带走设备发热，导致机房内局部过热 的现象称为机房“热岛”。机房“热岛”指的是设备区域的局部过热现象。第10页2.1 研究内容（问题分析）1.存在问题分析1.1、上送风上走线方式存在的主要问题a、冷热气流混合，冷却效率低下无论是风帽送风还是风管

6、送风，常规方案都不能形成真正意义上的冷热通道，空调冷风并不会按照人们的想象流向需要冷却的设备然后从所谓的热通道 回到空调回风口，空气流动受到设备排列、设备发热量、设备自身散热方式 、机房形状和大小、装机密度、走线桥架和线缆布放等诸多因素的影响，不 可避免地出现热空气的无效混合，热交换效率低下；b、送风阻挡、回风不畅消防管道、照明灯具、空调风管、走线架、光纤槽、2M线缆导致送风阻挡、回风不畅的现象十分常见，特别是随着设备逐步安装，走线架上连接线缆堆 积越来越高，有的横亘于机架上方，阻挡送风和回风，导致气流短路。 第11页2.1 研究内容（问题分析）1.2、下送风上走线方式存在的主要问题：a、静压

7、箱遭到破坏，失去合理分配气流的功能静压箱由防静电地板和楼板地面之间的空间构成，所有设备采取切割地板的安装方式，每个机架底部都成为没有任何遮拦的送风口，在 机房内布满设备之前，静压箱早已破坏殆尽，静压箱功能丧失，在发 热设备送风口测量风速微弱，不能带走设备发热量。不加控制地随意 切割地板导致静压箱功能丧失，不能实现风量的合理分配，是上走线 下送风气流组织模式机房内局部过热的主要原因；b、走线架、消防管道等阻挡回风在机房的上层空间，线缆布放不合理，大量线缆堆积，并且垂直于 回风方向，阻挡热空气回流，也导致从空调送来的冷风走不合理的“ 路径”回到空调回风口，无法冷却设备，导致局部过热。第12页2.1

8、 研究内容（问题分析）1.3、现有机房存在的共性问题a、设备排列不合理，前后散热的设备“面”、“背”依次排列，第 一排设备的排风，部分被第二排设备吸入，导致机房内温度阶梯 分布，形成机房内的“热岛”现象；b、各种不同散热方式的机架（前进风后排风、前进风上排风、底部 和前面板均可进风向上排风）混合放置在一个房间，相互影响， 形成气流混乱，导致机房内出现“热岛”。 第13页2.1 研究内容（问题分析）解决机房“热岛”问题，是一个系统工程，通过各种措施，确保气流组织合理、有序流动，对于单个机架发热量达到数千瓦的大 发热量机房，关键在于如何规划和实现冷热通道的有效隔离， 使得气流按照我们所希望的路径来

9、流动，避免冷热气流混合、 气流短路、气流漩涡，并确保一定的冷空气流量以一定的速度 流过机架，带走设备的发热量。针对上送风和下送风两种气流 组织模式，我们经过仔细分析和研究，制定出系统化的解决方 案，并结合工程实践进行检验。第14页2.1 研究内容（“冷池”方案）2、大发热量机房解决方案2.1 针对上送风气流组织模式数据机房的“冷池”方案鉴于机柜的结构和网络设备在柜内分层叠放的安装方式，机柜属于前面进风，后面排风，为了防止前一排机架排出的热风被后一排的 机架吸入，改变了原来“面”“背”顺序排列的方式，采用“面”对“面”，“背” 靠“背”排列，空调冷风送到“面”对“面”的通道，即：“冷通道”，“背

10、”对“ 背”的通道内是 “热通道”。想要实现热风沿着“热通道”回到空调机的回 风口，实现“热”“冷”通道分开的理想空调气流组织。然而，由于只是人为设想的两个通道，之间没有任何材料和设施 来分隔，无法避免冷热风的直接交汇和冷风沿“冷通道”回到空调机的回风口的现象。 第15页2.1 研究内容（解决方案）为了防止冷热风的直接交汇和冷风沿“冷通道”回到空调机的回风口，我们采取了人为隔离的措施，使得空 调送来的冷风和设备处于一个人为构建的空间，就好 比一个“池子”，空调送来的冷风流过设备，和设备形 成换热后，排到“池子”以外，“池子”以外汇聚的是热风，是名副其实的热通道。因为空调冷风送到密闭式 的空间，

11、仿佛放置于不断送风的“冷气池子”之中，因 而，形象地称之为“冷池”方案。 第16页2.1 研究内容（现场图片）冗余管道送风 ，风量可调温度采集器单列设备的冷池结构第17页2.1 研究内容（现场图片）冗余管道送风 ，风量可调温度采集器双列设备冷池内部情况， 设备面朝面、背对背排列第18页2.1 研究内容（现场图片）第19页2.1 研究内容（现场图片）设备排风口设备排风口设备背对背排列，出 风口以外即为热通道第20页2.1 研究内容（现场图片）“冷池”机房整体布局图第21页2.1 研究内容（“冷池”组成及特点）2.1.1、“冷池”机房的组成和特点a、冷池：在面对面排列的两排设备两端和顶部用用防火玻

12、璃和铝合金型 材进行分隔，形成冷通道和热通道，冷池的玻璃顶板上安装着6个送 风口。冷池顶板套件可以引入气体灭火，还预留了全智能精确送风控 制器安装位置。b、空调区域：机房划分为几个空调区域，每个空调区域必须有1台作为备份机组，满足n+1的运行要求，实现精密空调的冷量就可以按照各 个冷池为散热单元的散热量进行精确分配。c、全智能精确送风控制器：具备风量、温度、功耗监测，可以自动调节送风量，实现机柜精确送风或者区域精确送风。 第22页2.1 研究内容（“冷池”运行情况）2.1.2“冷池”机房的运行情况机房的面积800平方米，机房内分两个空调区，每个空调区安装上送风精密空调8台，单台制冷量74KW/

13、h，共构建 12个冷池，每个“冷池”有6个送风口，任意抽测一个冷 池，其中三个风口有风送出，风速分别是0.8m/s、10m/s 、1.8m/s, 测得送风口温度为11摄氏度，单个机架的平均 耗电功率大约4.5KW,机房热通道温度26-27摄氏度。经检 测，温度分布十分均匀，无局部过热现象。 第23页2.1 研究内容（“冷幕”方案）2.2针对下送风气流组织模式机房的“冷幕”方案下送方式需要借助于活动地板，活动地板与楼面之间形成了一 个“空腔”，向“空腔内”注入一定压力的空气，在各个方向上承受 的压力是相等的，因此，把这个空腔称为“静压箱”。下送风空调对“静压箱”送入一定压力的冷风，冷风穿过活动地

14、板上开挖的风口为发热设备降温，由于活动地板的隔离作用， 活动地板下部空间是名符其实的“冷通道”，地板上部广阔空间 就是泛指的“热通道”。 第24页2.1 研究内容（“冷幕”方案）2.2.1“冷幕”机房独具特色的特点a、可调节抗震加固架：是下送风变革的重要部件，它替代型钢焊接的底座对安装在活动地板上 的设备实行安装固定，并保护活动地板“静压箱”免遭破坏。b、可调风量导流风口：导流风口有“机内”、“机外”之分，机外导流风口又有 “单向” 、“双向”两种，根据通信设备的机柜结构，选用合适的导流风口，根据设备的发热量调 整风量和气流方向，兼顾整个机房风口调整后的风口总面积与机房内各处 的风速，以达到最

15、佳的送风效果。可调风量导流风口分为手动调整和自动调整两种类型，因为设备耗电、设备发热基本恒定，没有什么波动，因此，使用手动调整更安全更可靠，只 要在工程安装完毕统一调整一次，运行中半年或一年检查一次就行。第25页2.1 研究内容（“冷幕”方案）2.2.2“冷幕”机房的气流组织机房空调对活动地板下的“静压箱”送风,根据机柜结构，在其下部、前部的地板上安装配套的导流风口, 机内导流风口送出的冷空气穿过设 备内电路板间的夹缝从机柜顶部排出；机外导流风口送出的冷空气在 机柜门板的不同高度，穿过门板上的孔洞被机柜内网络设备吸入，由 导流风口排除的冷风就象“幕布”一样，笼罩和冷却设备，因此，形象 的称之为

16、“冷幕”方案。低温气流吸收设备的热量后温度升高，热空气从机柜的顶部和背部排出，热空气上升，汇集于上部空间，经过机房上部空间、设备间的通 道重新回到空调机的回风口，如此周而复始的循环。第26页2.1 研究内容（“冷幕”方案）独特的机架底座和可调风量的出风口： 机架底座风口可拆卸、可调节 控制风量的百叶可调试抗震加固架第27页2.1 研究内容（“冷幕”方案）机架底座可调风 量、风向的风口机架前面可调风 量、风向的风口第28页2.1 研究内容（“冷幕”方案）大发热量设备，机架面 对面排列、底部送风和 机架前面的冷通道第29页2.1 研究内容（“冷幕”方案）2.2.3“冷幕”机房的测试数据a、河南移动郑州商贸路五楼数据机房的测试试验机房长25米宽19米，可用面积450平方米，防静电地板面高330毫米。在机房西侧安装了六台制冷量87KW的下送风空调， 机房 终期安装机柜196部，现已装机柜179部，机柜按“面”“背”，“面”“背” 排列。经过测试，机房各个角落的出风风速与各机柜内出风口送出的气流风速2.5m/s-2.8m/s大致相等，出风口温度18摄氏度，机房回风 平均为23