姜宇光，罗海亮，程 磊

（1.中国移动通信集团设计院有限公司，北京 100080；2.中国移动通信集团有限公司，北京 100032）

1 汇聚机房现状及存在的空调问题

1.1 高功耗设备制冷能力不足

传统汇聚机房平均运行功耗普遍在0.5～2 kW/架，整体功耗水平较低。随着5G建设和边缘业务下沉，IT机柜密度可达4～8 kW。传统汇聚机房大多采用老旧的2HP/3HP/5HP基站舒适性空调，因此对于高功耗设备带来的制冷压力更加凸显。

1.2 机房气流组织混乱导致局部热点

汇聚机房由于分阶段部署不同业务机架，同时因各厂商设备不统一，机架进出风方式不一致，机柜大多无序安装，往往在机柜投入使用后才发现气流混乱情况。汇聚机房内大多是传输机架，同时存在左进右出、前进后出等多种出风形式，混合部署时，气流组织混乱也容易产生混风和局部热点情况。

1.3 室、内外空调设备空间不足

汇聚机房多为购置，空调室外安装空间往往不满足要求，机房内空调主要借用房间边角空间或走道，可使用空间狭小。

1.4 空调室外机夏季高温散热问题

由于室外机周边通风不畅引起散热不足，影响室外机散热效率，降低空调制冷能力。夏季极端高温天气下还容易引发高温告警，影响了空调正常的工作。汇聚机房由于经常选址居民住宅底层，室外机散热会影响楼上住户，导致热干扰和投诉。

1.5 空调能耗较高

汇聚机房主要为舒适性空调，普遍能耗较高，同时没有自然冷源利用措施，即使外界环境温度较低时依然需要开启压缩机制冷，节能潜力大。

1.6 空调室外机噪音问题

汇聚机房空调室外机一般均挂装或落地装在室外，由于室外机风扇没有做降噪处理同时风扇品质不高，运行2～3年后由于部件老化性能衰减往往导致空调噪音增加，若紧邻住宅区会造成大量居民投诉。

2 空调解决方案探讨

2.1 风冷机房专用空调

2.1.1 变频风冷小精密空调

机房风冷精密空调是针对现代电子设备机房设计的专用空调，其工作精度和可靠性都高于普通空调。风冷机房精密空调由压缩机、室内机、室外机、热力膨胀阀及高效过滤网等主要部件组成，制冷剂在压缩机的作用下在系统中循环流动，经历了液体—气体—液体的两相相变，完成一个制冷循环[1]。

风冷机房精密空调结构简单，布置灵活方便，由于每台空调之间相互独立，无单点故障，可靠性高，只需要采用N+X方式进行设计和布置，就可以满足相应等级机房制冷的要求。风冷精密空调压缩机如果引入变频控制技术，可以使空调根据实际房间负荷进行调速控制，进一步节约空调能耗，保障安全稳定性的同时提高节能性。

2.1.2 列间机房专用空调

列间空调穿插于机柜中间安装，靠近热源冷却服务器机柜，适用于高热密、模块化、冷（热）通道封闭数据中心场景，可解决传统汇聚机房局部热点问题，其设备高度及深度与服务器机架高度一致。

列间空调技术有如下优点：（1）贴近热源；（2）列间空调由于紧挨机柜，安装于机柜中间，近距离对局部热点进行降温，消除局部热点；（3）送风功耗低；（4）可实现冷热通道封闭的良好结合。

风冷列间空调是列间空调的一种，其系统由列间制冷末端、压缩机及室外风冷冷凝器等组成。列间制冷末端与机柜并排布置，风冷列间空调采用前部出风、后部回风的方式，无水进机房，系统设备简单，布置灵活。

2.1.3 背板机房专用空调

背板机房专用空调换热背板与机柜紧密结合，安装在机柜后门，直接冷却机柜排风，在背板空调与机柜之间自成封闭热环境，机柜外部为开放冷环境。相比行间级空调末端，其更加靠近热源制冷。背板空调主要由空调换热背板、压缩机及室外风冷冷凝器等设备组成。

2.1.4 机架级插槽机房专用空调

机架级插槽机房专用空调，主要用于机架服务器就近冷却，将空调嵌入到机架内，高效节能、安全可靠、智能管理、结构紧凑，全面满足机架的冷却需求。空调送风方式主要有上送风、后回前送风或加风帽导风。

插槽机房专用空调主要特点如下：（1）高效节能；（2）5U（4 kW）和8U（8 kW）空间安装，节省机架内空间；（3）配置灵活。

图1为机架内气流组织示意图。

图1 插槽空调气流组织示意图

2.1.5 氟泵空调技术

传统的风冷直膨空调系统不具备利用自然冷却功能，将其与热管系统结合，形成热管-机械制冷复合氟系统，可实现自然冷却功能。氟泵通常与风冷机房空调（精密、列间、背板）结合使用，运行模式分为冬季氟泵节能运行模式、过渡季氟泵压缩机联合运行模式、夏季压缩机运行模式三种模式，因此在冬季和过渡季可以充分利用自然冷源。据某通信运营公司反馈，氟泵机房空调节能效果明显，在冬季可节约60%耗电量。氟泵改造既可以独立增加氟泵柜也可以直接采购带氟泵的风冷空调。

2.1.6 模块化集中冷凝器

模块化集中式冷凝器是专门针对传统数据中心机房用精密空调的室外机占地面积大问题开发的一款新型冷凝器。模块化集中冷凝器采用模块化设计，可实现现场拼接，达到集中化减小占地面积，缩小50%以上。

模块化集中式冷凝器同时兼容氟泵内置设计和类蒸发冷凝的喷淋或湿膜设计，在减少室外机占地面积的基础上增加节能功能，可以有效地利用室外自然冷源，进一步提高风冷系统能效比，节约电费。

模块化集中冷凝器具有如下特点：（1）占地面积小；（2）模块化设计；（3）蒸发面积大：模块单元采用“V”型冷凝器；（4）能效比较高。

2.2 液冷空调技术研究

随着5G发展和边缘业务部署，基于C-RAN技术下BBU机柜功耗将大幅提高，为应对汇聚机房内部署高功耗设备，可以采用液冷BBU池方案。室内采用浸没式液冷池柜，室外可以采用风冷室外机和板换进行换热，无需压缩机，节能的同时也解决了高功耗机架散热不畅问题。该形式液冷池柜内可以适配市场多数服务器，去掉风扇简易改造即可，可以实现远程运维和无人值守。

2.3 气流阻隔优化技术研究

2.3.1 封闭冷/热通道

采用精密空调或列间空调送风结合封闭冷/热通道的形式，可以有效对机房内的冷热气流进行隔离，避免混风。

当冷热通道未封闭或未完全封闭时，应封闭冷通道，并在机架无设备位置加装挡风盲板或隔离门，消除回风混流现象。可以对冷通道的顶部和两侧进行封闭处理，也可以只对冷通道两侧进行封闭处理，可采用简易卷帘格挡。

2.3.2 传输机柜气流优化

传输机架不同进出风的方式会导致机房内气流混乱，增加导风门可以统一进出风，或直接采用自带导风柜的传输设备，改善气流组织，使机柜气流调整为前后进出风的形式，从而为应用列间空调创造条件。还可增设模块化机架定点散热模组，具体为在局部过热区域安装列间空调或其他形式空调末端及风机等。

2.3.3 智能化配风群控精确送风技术

采用风管+智能化配风群控精确送风技术，通过风管对空调送风气流进行有组织引导，既可以实现精确送风，又可以实现不同机柜负载下灵活匹配调整。技术原理如下：通过合理的风管设计实现各管路内风阻平衡、风速均匀；通过精确送风风口+EC风机并配备控制模块控制每个风口的出风风量；各送风主风管间通过电动调节阀实现整个机房的风量调配机柜不同位置设置温度传感器，群控系统根据温度监测点实时数据控制风机出风风量，并控制调节阀调整整个系统的风量，实现根据不同机柜冷量需求进行智能调节，避免出现局部热点。

2.3.4 地板下送风

在机房内设置架空地板，地板高度随机房内单机柜功耗的不同而变化，并选用下送风方式的机房专用空调。机柜按照冷热通道间隔的方式布置。空调冷风在架空地板下通过冷通道上设置的开孔地板（送风口）和机柜前门进入机柜内，空调回风口设置在热通道上，依靠空调回风压力将机柜排出的热风吸回[2]。

采用地板下送风的机房专用空调还可以采用拆除空调支架上封堵板的优化气流组织方案。以静压箱作为送风通道的机房，专用空调一般安装在空调支架上，在安装支架两侧及后侧用钢板封堵，仅留前侧作为空调送风口。该优化方案提高静压的均匀性和送风的均匀性，改善机房的气流组织，使送风更均匀。

2.4 空调摆放空间优化

2.4.1 室内外机优化、腾挪

由于室内外机空间紧张，为充分利用空间，空调室内外机可以采用紧凑机型同时室外机采用优化紧凑布置方式。

市面上传统风冷机房空调一般都是3模块，通过优化设计，将3模块升级成2模块，降低了室内机的占地面积。紧凑式外机1台外机可替代传统的2台平板式外机，占地面积最少节省50%。

2.5 空调室外机散热及降噪优化

2.5.1 室外机蒸发冷却喷雾/湿膜改造

利用水雾蒸发吸热特性，在室外机回风侧安装雾化喷淋装置，降低回风温度，进而降低压缩制冷冷凝压力。也可采用湿膜降温原理，采用湿膜/湿帘式加湿器与室外机组送风系统进行配套使用，降低冷凝温度及冷凝压力。该方案可减少对机组的腐蚀破坏、易于模块化设计，其材料优选高分子复合型湿膜材料。

需注意，方案存在叶片腐蚀不良影响，因此喷雾或湿膜补水宜配置软水及水处理设备，尽量降低对机组叶片的腐蚀结构作用。

2.5.2 空调室外机智能导风排热技术

空调室外机放置在机房内独立隔间内，为解决室外机散热问题，在室外机安装的空间内设置导风罩及独立排风管，利用机械排风的方式将室外机散热排到室外，有效进行降温处理。墙体外墙下端开进风口，用于房间的补风。

排风系统智能化控制，当温度达到设定温度时控制系统自动打开排风设备，将热量排出。温度降低至设定温度时，停止排风。

2.5.3 空调室外机降噪技术

通过调研范发现，大部分地区的汇聚机房都临近居民区，都面临噪声问题，居民投诉情况较为常见。

室外机噪声原因主要来自如下3个方面。第一，风机的气动噪音，为室外机的主要噪音源，由风扇和气流流动撞击时压力波造成。可采用风冷冷凝器改冷却水+管壳冷却器或更换为静音型风机等方式降低气动噪音。第二，异常噪声，属于机器振动，通过减震垫、支架减震器、拧紧螺丝等技术方式减轻振动噪声，根据某通信运营商省公司反馈，采用空调室外机加装减震底座的方式后，园区周界点测试噪音值可降至50 dB以下（改造前约为60 dB）。第三，压缩机噪声，为降低压缩机噪声，可参考冷却塔降噪筒设计思路，将风机消声器类降噪筒设计安装在室外风机出风口上，集成风机消声器/静音箱设计。

3 结 论

本文主要针对边缘业务的各类需求对现有汇聚机房空调存在问题及未来扩容改造方案提出了相应应对措施，在边缘业务下沉汇聚机房改造中需结合不同场景采用最优的空调解决方案，对实现边缘数据中心的高可靠、低成本、高能效有重要意义。