通信机房的气流组织_钟志鲲

平均风温度/℃
31 29 27 25 23 21 19 17 15
0.5
冷池 热池
0.7
0.9
1.1 1.3
风速（/ m/s）
图 5 封闭冷热通道的区别
封闭冷通道是目前最好的方法，对于设备进风温 度的保障性最好，造价也不是很高，只要用透明玻璃对 机架间走廊的顶部封闭，走廊两侧做横移门即可。机 架底部无需开口，气流完全可以从前面板进入设备。 走廊的地板开孔，使架空地板下的冷气均匀上送，走廊 又成为地板静压箱的延伸，使气流均匀度达到最佳。
封闭热通道的效率比较高，由于直接约束设备排 出的热气流能提高空调回风温度，因而可充分使用空 调制冷系统的冷量，进而提高制冷量和效率（见图 6）。
显冷量/（kW）
35 30 25
行级
密闭热通道
20
15
10
5
0 22 26 29 32 35 38 41
温度/ ℃
图 6 回风温度对制冷量的影响
但无论是封闭冷通道还是封闭热通道，由于机房 中气体消防系统的存在，都必须考虑消防预警通知和 逃生通道的问题。比较简单的做法是在封闭的通道内 加装消防警铃和消防面具等。 2.2.2 单机架的气流
Hot Aisle Hot Aisle Hot Aisle
空调
空调
图 ３ 不良的空调列架配合
空调 空调
Hot Aisle Hot Aisle Hot Aisle
图 4 推荐的空调列架配合
的效果，而且回风中的热回风越多就越好。 每列机架的朝向也是一个问题，在早期，因为要保
持机房的美观整洁和操作、管理等方面的原因，把每列 机架都朝向一个方向，也就是图 3 的排列方法，这很容 易造成前排吐、后排吸的现象，后排的机架进风温度明 显高于前排，机房温度分布严重失衡。应用“面对面、 背靠背”的排列方式后，很自然地形成了冷热通道，空 调机组的回风口如能正对着热通道，回风容易且回风 温度高，将大幅提高空调的利用率，充分发挥效能。但 冷热通道之间，在机房空间中还是贯通的，再进一步的 做法是封闭冷通道或封闭热通道，经模拟计算，封闭冷 通道比封闭热通道的效果要好，在机架前面板平均风 速不同的情况下，封闭冷通道可以使设备得到更低的
机架排列的第一个问题是机架的列向与空调出风 方向的配合。对于图 3 和图 4 的布局方式，很容易分辨 如何布置更合理。对于自由射流的上送风，要考虑送 风和回风的路径。对于下送风，虽然送风路径在架空 地板下，但回风是利用机房走廊和顶部空间，图 4 的方 式更有利于回风，气流也就更通畅。在目前应用下送 风越来越多的情况下，对于下送风的气流组织方式，应 更多地考虑回风的问题，回风路径的优劣将决定系统
为了解决上送风自由射流的冷却方式不可控制的 问题，有部分机房中采用了通风中的岗位送风方法，加 装了风管，做得更细致的采用了精确送风的方式（见图 1）。但只要用风管，就会出现风管成为单点的可能，阻 碍了机组之间的气路互备。而且，风管的布置占用机 房空间多，容易与其他管路冲突，系统的分支、阀门、控 制都比较复杂，最终很难大面积推广。
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2 机房气流组织的分级
机房中气流组织需要整体考虑，但因情况复杂，需 要将气流组织进行分级，即机房级气流组织、机架级气 流组织、设备级气流组织。 2.1 机房级气流组织 2.1.1 上送风还是下送风
机房级气流组织需要解决的第一个问题就是上送 风还是下送风的问题。在这个基础问题上是有过争议 和反复的，所以目前在用机房由于历史原因，也是上送 风和下送风方式都有。上送风侧回风，绝大部分采用 射流+弥漫式的方式，往往冷却效果不好。在实际使 用中，为解决上送风冷却不良的问题，会在空调顶上加 1 个风帽，用百叶调节出风方向，或者干脆在热点区域 再增加空调。所以，上送风机房中，有很多是在原设计 专用空调的基础上，增加了多台柜式空调作为热点的 “灭火器”，而经过校核计算，原有的专用空调无论是在 冷量还是风量上，已经远大于机房的需求，但效果就是 不好。
机房级气流组织需要解决的第三个问题是进一步 减少气流阻力的问题。如果使用风管进行气流分配， 一般考虑建设成本，风管尺寸会比较小，无论沿程阻力
邮电设计技术/2012/09 15
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还是局部阻力，都会比较大，因此送风距离也会比较 短。采用地板静压箱方式，阻力损失会小，送风距离也 会加长。即便如此，还是有压力损失的重要结点，就是 空调风机的出风方向在空调底部的 90°转弯，依据局 部阻力公式 Z=ξ×（V2×ρ）/2（Pa），一般专用空调出风口 的风速在 2 m/s 左右，因此（V2×ρ）/2 为 2.4，但ξ是由形状 决定的，做过导流弧板的ξ只有 0.1~0.35，而直接吹向 地板，ξ可以为 3～6，这将决定空调出风转弯的损失是 0.24 Pa，还是 14.4 Pa。而在机房送风距离上，5～7 Pa 的风压足以使气流继续向前推进 1 m 左右。 2.1.4 减少短路
Air distribution is the key security of environment in communication equipment room, is also the difficulties on equipment room air conditioning design and maintenance. Perfect air distribution is important for improving air conditioning efficiency and providing good operation environment for communication equipment.
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进风温度，只有达到 1.3 m/s 的风速后，两者的效果才 趋于一致。但封闭冷通道对设备操作人员会带来不 便，在冷气流的吹拂下工作的舒适感会很差，而封闭热 通道可以提高操作人员的舒适感。
图 5 示出的是封闭冷热通道的区别。
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通信机房的气流组织
Air Distribution in Communication Equipment Room
钟志鲲（中国电信上海公司电源空调中心，上海 200081）
Zhong Zhikun（Power & Air Condition Department，Shanghai Branch，China Telecom Co. Ltd.，Shanghai 200081，China）
机房级气流组织需要解决的第二个问题是假地板 静压箱需要多高，也就是通风空间的问题。静压箱首 先是可用来减少噪声，但同时可获得均匀的静压出风， 减少动压损失。而在通信机房内，对减少噪声需求不 高，而对减少动压损失、均匀出风的要求更高。一般来 说，静压箱的尺寸越大，送风气流越均匀。民用中央空 调系统中的吊顶式静压箱，截面风速在 2.5 m/s 以内即 可，但对于通信机房，建议截面风速 1.0～2.0 m/s 为好， 取低风速可以减少动压损失。
Keywords：
Air distribution; Efficiency; Form
0 前言
通信设备需要在严格的环境保障中运行，数据机 房中的设备对环境的依赖程度就更高。机房空调要 完成对机房温度、湿度、洁净度和气流速度等环境参 数的控制，确保机房环境达到通信设备的要求。在水 冷服务器没有正式商用的情况下，温度、湿度，甚至是 洁净度，都是以气流作为载体的，气流就是机房空调 对环境保障最直接的表现形式。从用户的角度看，只 要空调配备的容量大于等于负荷，就完全可以忽略空 调庞大的系统和复杂的参数，只看与通信设备相关的 气流，就可以判定空调对环境的保障效果。良好的气 流组织，不仅可以节能，更能确保设备的安全稳定运 ——————————
收稿日期：2012-06-16
行。而在目前运行的通信机房中，气流不足或不均的 情况非常普遍，气流能满足需求的，又往往是以过量的 配置来实现的。因此，科学合理的气流组织是我们追 求的目标。
1 气流组织的定义
气流组织是指对气流的流向、流量、压力和均匀度 按一定要求进行组织和分配。所谓气流组织的实现， 就是在空调房间内按照气流的基本特性，合理地布置 空调机组、风路、送风口、回风口以及设备机架的气流 通道，使得经过净化和热湿处理的空气，由送风口送入 相应部位，在扩散或与热源的接触过程中，均匀地消除 室内余热、余湿和灰尘，从而使工作区形成比较均匀稳 定的温度、湿度、洁净度，以满足通信机房生产工艺的 要求。
机架级气流实际上是气流组织的核心，而又经常 被忽略，这就是大部分机房冷却不良的根源。曾经遇 到在一个级别非常高的机房里，有 1 个机架冷却效果 很差，经现场检查发现，在下送风的机房里，这个机架 的前进风后排风底板居然是封闭的，机房通道中又无 地板穿孔透风。类似这样的情况还有很多，在这样的 使用方法下，机房空调配置得再多，机房气流组织再 好，也无法得到良好的利用。因此，机架的排列和机架 的结构，成为机架级气流组织的重点。 2.2.1 机架的排列
机房级气流组织需要解决的第四个问题是短路。 空调送出的气流，如果未流经通信设备，在空间里就近 被空调吸回，将形成空流，由于没吸收热量，其焓未增 加，会使回风温度降低，这将影响其在蒸发器中再次被 冷却的效率，而且也会浪费风机的循环驱动功率。这 种浪费，在上送风系统里尤其明显，在下送风系统中要 好很多。避免气流短路最好的方法就是约束，对送风 路径或回风路径进行封闭，就可以进行有效隔离，当然 送回风均采用隔离措施，效果更好，例如在地板送风的 同时利用天花板空间回风，就能完全避免气流短路。 在机房中，容易被忽略的气流短路是备用空调，如果未 设置止回风阀，在停机时会形成倒流漏风。 2.2 机架级气流组织
相比之下，根据大量机房的长期使用经验和气流
静压箱
送风管 热风
控制 控制 控制 装置 装置 装置
上送风空调
冷风
图 1 精确送风
热压等基本原理，下送风方式是最合理的，而且与架空 地板静压箱配合也可以形成最简单的气路，不需要再 增加额外的管路，这种大静压箱，对多机并联运行、主 备机转换、在网改造、扩容等都很方便。因此，下送风 是机房级气流组织的最佳方案已经非常明确。 2.1.2 架空地板高度
以图 2 为例：8.4 m 的 3 跨×2 跨机房，配 LD37 空调 6 台，4 主 2 备，单台风量 9 600 m3/h，常用风量为 9 600× 4 m3/h，送风截面宽 25.2 m，风速 1.0 m/s，因此，通风高 度为 9 600×4÷3 600÷1.0÷25.2=0.42 m。此高度为基本 计算高度，如遇桥架、线缆阻挡等因素，还应放大。
摘 要：
气流组织是通信机房环境保障的关键，也是机房空调设计和维护的难点。能够系统 地解决气流组织问题，对于提高空调效率，为通信设备提供良好的运行环境起到重 要作用。
关键词：
气流组织；效率；形式；原则 中图分类号：TU83 文献标识码：A 文章编号：1007-3043（2012）09-0014-05
Abstract：
8.4 ×3
送风截面
8.4 ×2
图 2 送风截面的位置
在我国机房设计新标准中规定，如果防静电活动 地板下仅作为电缆布线使用时，活动地板的高度要大 于 200 mm，而如果作为空调静压箱使用时，地板高度 不宜小于 350 mm。在美国电信工业协会 TIA-942 标 准中规定，TierⅣ级要求的防静电地板架空的最低高 度为 750 mm。而在实际应用中，高密度机房地板架空 高度可以达到 900 mm，甚至是 1 200 mm，均衡气流的 效果非常明显。静压箱高度大于 750 mm 后，位于空调 近端和远端的送风量偏差可以小于 10%，而 300 mm 的 地板，近端和远端的偏差会达到 40%～50%。 2.1.3 减少局部阻力
单机架的气流组织包括单架容量、进风结构、封闭
空位。 气流是冷量的载体，单机架必须确定容量，一般 1