乔 栋

（中通服咨询设计研究院有限公司，江苏 南京 210019）

0 引 言

为了有效应对大容量传输设备、不同散热方式、不同散热量对于机房及其内部设备稳定运行的影响，技术人员需要预先做好对各个传输设备的调研工作，基于调研结果及实际散热情况开展机房空间资源规划，通过科学合理的机房空间资源规划显著降低机房及传输设备出现环境温度预警及故障的概率，一方面确保机房空间资源的应用质量，另一方面有效应对未来传输设备发展完善对于机房建设及机房空间资源规划的挑战，从而为通信行业发展建设打下坚实的技术基础。

1 传输设备散热方式分析

1.1 地板送风

地板送风散热方式应用的是气流下送上回技术，该技术下的机房平面规划如图1所示。此方式先对传输设备进行散热处理，随后对机房环境进行散热处理，能够通过热通道风管回风避免远端机柜热量淤积问题，但是地板底部的既有走线会降低送风效率和送风量，增加机房规划建设成本，提高风管结构安装技术难度[1]。

1.2 风帽上送风

风帽上送风散热方式应用的是空调直送风技术，该技术下的机房平面规划如图2所示。此方式会混合机房中的冷热气流组织，从而导致机房局部过热、机柜进风温度不均匀等问题。

1.3 风管上送风

风管上送风散热方式应用的是冷送风定点输送技术，该技术下的机房平面规划如图3所示。由于冷送风能够达到的输送距离较长，此方式不会混合过多的冷热气流组织，能够避免热回风气流及冷送风气流短路问题，但是会降低送风管道的送风效率和送风量，而且对于机房空间资源规划有一定要求，会增加机房规划建设成本[2]。

1.4 云舱（微模块）

为了提高传输设备机房的热管理效率，可以选择应用云舱（微模块）散热方式。此方式能够封闭机房冷通道，减少机房冷空气泄露损失、气流压力损失，从而提高机房冷空气资源利用效率[3]。但是云舱（微模块）要求传输设备风道应用前进后出形式，如果设备风道设置与要求不符，则不适合应用此方式。

2 传输设备及机房散热问题分析

2.1 传输设备散热问题

不同传输设备散热方式产生的制冷效率和质量存在较大差异，对于单机柜功耗的要求也各不相同，而且会导致不同的传输设备散热问题。例如，风帽上送风属于制冷效率和质量最低的传输设备散热方式，并且难以实现对送风温度的预测及控制，要求单机柜功耗＜3 kW，因此适合应用在小型网络机房规划中，不适合应用在数据中心规划中。风管上送风散热方式能够将60%～80%的热回风输送回制冷设备，制冷效率和质量相对较高，要求单机柜功耗＜8 kW，因此适合应用在小型、中型数据中心规划中[4]。

云舱（微模块）散热方式现阶段被广泛应用在大型数据中心规划中，属于制冷效率和质量最高的传输设备散热方式，要求单机柜功耗＜10 kW。但是由于云舱（微模块）散热技术尚不成熟，国内大部分网络运营商依然选择应用风帽上送风散热方式或风管上送风散热方式，如果单机柜功耗超过既定额度，便会导致传输设备局部过热问题。

但是随着传输设备容量的日渐提高，单机柜功耗也在不断增加，现阶段容量最大的传输设备单机柜功耗已经达到了16 kW，大幅度超过了常规散热方式对单机柜功耗的要求，不但会增加传输设备局部过热问题的发生概率，还会导致传输设备宕机、损坏等问题，这些问题都可能会损坏传输设备的内部结构、降低传输设备的应用性能。

2.2 传输机房散热问题

传输设备容量及散热方式的变化，对于机房散热方式选择及空间资源规划提出了较多要求，具体表现有大容量传输设备和大功耗单机柜应用导致机房局部过热问题频繁发生、机房散热方式与传输设备散热方式不匹配问题日渐突出等。这些问题都会增加机房内部气流组织的混乱程度，一方面会增加机房制冷系统的运行负荷，另一方面会降低机房制冷效率[5]。

例如，某运营商传输枢纽局中的数据设备和传输设备应用同一机房，但是却需要应用不同的散热方式，导致机房气流组织混乱。在这样的机房环境中，尽管制冷系统的运行负荷已经达到了数据设备和传输设备散热量的2.2倍左右，但是大容量传输设备进风口温度达到了36.5 ℃的高温，传输设备的板卡温度更是达到了44.1 ℃的高温，与传输设备安全运行的温度极限值（45 ℃）仅仅相差0.9 ℃，已经给数据设备和传输设备的正常运行带来了温度安全隐患，有极大的概率会损坏数据设备和传输设备。

3 基于传输设备散热方式的机房空间资源规划方案

3.1 优化机房传输设备安装整体布局

在一般情况下，传输设备机房的平均功耗密度要小于制冷系统的制冷量，因此能够形成较为稳定的散热冷却模式。但是如果机房内需要安装大容量传输设备或高功耗单机柜，则会破坏机房的稳定散热冷却模式，降低机房内部气流组织的稳定程度，从而导致机房局部过热问题[6]。为了解决上述问题，需要优化机房传输设备安装的整体布局，按照各种类型传输设备的实际容量、功耗、散热量，将机房划分为无源传输设备区域、常规容量传输设备区域、高容量传输设备区域，合理划分机房空间区域，并且针对不同机房区域采取相应的散热方式，实现对于各个区域气流组织的有效调整。

除了需要进行机房空间区域划分外，还需要从传输设备实际安装角度优化机房传输设备安装整体布局，考虑气流组织方式、散热方式、传输设备容量、机房容量等多项因素，具体传输设备安装需要满足如下要求。（1）按照传输设备的散热量、需要的送风量确定机房各列机架之间的距离[7]。（2）传输设备需要应用进风面及排风面相对的安装方式，以此来实现简单的面对面、背对背单列布置。

3.2 科学选择及应用传输设备机房气流组织

需要按照传输设备机房单机柜散热特征及散热量大小选择机房气流组织，通过科学有效的气流组织能够显著提高传输设备机房空调的运行效率和效果。

如果传输设备机房对于气流组织选择和应用存在明确要求，则需要严格按照要求完成气流组织配置。如果传输设备机房对于气流组织选择和应用不存在明确要求，则需要按照如下原则完成气流组织配置。（1）在传输设备机房单机柜较小的情况下，适合应用地板送风散热方式，其气流组织为地板上侧送风、下侧回风。（2）在传输设备机房单机柜功耗小于2.5 kW的情况下，适合应用地板送风散热方式，其气流组织为地板上侧送风、下侧回风；并且需要根据具体送风量计算架空地板高度，一般情况下需要超过350 mm，地板内部不应当布置任何的电力线缆和通信线缆，应同时对地板进行防结露处理。（3）在传输设备机房单机柜功耗小于3 kW、大于2.5 kW的情况下，适合应用地板送风散热方式，其气流组织为地板上侧送风、下侧回风；并且需要在机架列之间、冷通道两端安装盲板，从而实现简易封闭。（4）在传输设备机房单机柜功耗小于6 kW、大于2.5 kW的情况下，适合应用地板送风散热方式，其气流组织为地板上侧送风、下侧回风；并且需要对热通道、冷通道进行封闭处理，根据具体机房平面布局、机房负荷、送风距离等计算架空地板高度，一般情况下需要超过500 mm，地板内部不应当布置任何的电力线缆和通信线缆，同时对地板进行防结露处理，确保冷通道漏风率不超过2.21 m3/m2。（5）在传输设备机房单机柜功耗大于6 kW的情况下，适合应用云舱（微模块）、背板冷媒、列间送风等新型散热方式，其气流组织视具体散热方式而定[8]。

在选择和应用传输设备机房气流组织的过程中，需要尤其注意以下几点。（1）在进行地板上侧送风时，如果发现机房送风距离未超过10 m，可以改为应用风帽上送风散热方式或静压箱总风管直接开风口送风散热方式；机房送风距离未超过15 m，可以改为应用风管上送风送风散热方式，具体的风帽、风管规格需要按照传输设备散热量进行设计；机房送风距离超过15 m，可以改为应用在两侧布置空调室内机的散热方式。（2）需要在热通道、冷通道顶部位置设置消防气体灭火系统及可开启窗，平时保持关闭状态，火灾事故时可以由灭火系统远程遥控自动开启。（3）热通道、冷通道需要应用耐火性能达到传输设备机房防火等级的材料，从而确保机房的安全，降低火灾事故发生概率。（4）如果传输设备机房的热通道、冷通道处于封闭状态，则需要安装相匹配的盲板，以此来提高热通道、冷通道的散热效果。

从技术角度来讲，还应当改进现有传输设备机房的气流组织，其中最紧要的便是统一传输设备风道形式。前进风-后/上出风形式是目前散热效果最好的风道形式，已经被普遍应用在数据设备散热中，而在传输设备散热中的应用频率还需要进一步提高。通过此风道形式，传输设备的散热过程能够得到有效优化。

3.3 结合传输设备散热方式开展隔列划分及安装

按照应用功能，能够将传输设备划分为同步数字体系（Synchronous Digital Hierarchy，SDH）传输设备、波分复用设备、分组传送网（Paeket Transport Network，PTN）设备等光电设备，数字配线设备、光纤配线设备等配套设备，不同类型传输设备应用的散热方式可能不同。为了避免同一机房内出现不同散热方式，同时减少后续传输设备及机房设备运行维护工作量，技术人员需要结合传输设备散热方式开展对于传输设备的隔列划分及安装，全面避免不同散热传输设备之间相互影响。

例如，可以在波分复用设备、PTN设备等相邻的大容量传输设备中间安装智能光纤配线架（intelligent Optical Distribution Frame，iODF）设备等无源设备，实现对于不同传输设备、不同散热方式的有效隔离，确保传输设备散热产生的热风和冷风不会相互干扰，将传输设备和机房环境的温度控制在警告值之下。

3.4 大容量传输设备避免应用“背对背”安装方式

传输设备运行功耗和容量处于不断提高的状态，如果继续应用传统传输设备的“背对背”同列安装方式，则会导致高功耗和大容量传输设备运行热量无法得到有效发散的问题，处于“背对背”模式的传输设备也会出现温度警告。

可见针对6.44T大容量PTN设备、波分系统处理设备柜等高功耗和大容量传输设备，需要避免应用“背对背”安装方式。并且需要在高功耗和大容量传输设备安装之前，分析其中散热量最高的组件设备，根据其散热方式展开传输设备安装规划和机房空间资源规划，同时确保两种规划方案的匹配性和科学性，全面避免传输设备和机房局部温度过高情况，维持传输设备和机房的安全稳定运行。

4 结 论

综上，传输设备散热方式主要包括地板送风、风帽上送风、风管上送风、云舱（微模块），传输设备及机房散热问题主要包括传输设备散热问题、传输机房散热问题。为了解决上述传输设备及机房散热问题，技术人员在设计基于传输设备散热方式的机房空间资源规划方案时，可以采取优化机房传输设备安装整体布局、科学选择及应用传输设备机房气流组织、结合传输设备散热方式开展隔列划分及安装、大容量传输设备避免应用“背对背”安装方式等策略，以此来全面优化机房布局。