DC機(jī)房建設(shè)中的新技術(shù)應(yīng)用

石文文

（安徽電信規(guī)劃設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司，安徽 合肥 230039）

0 引 言

運(yùn)營(yíng)商傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)正在向SDN/NFV技術(shù)為代表的未來(lái)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)型，數(shù)據(jù)中心（DC）將成為未來(lái)電信網(wǎng)絡(luò)的核心載體。三大運(yùn)營(yíng)商相繼發(fā)布了網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略目標(biāo)，從通信機(jī)房為中心轉(zhuǎn)型到以數(shù)據(jù)中心（DC）為核心，實(shí)現(xiàn)了“云”和“網(wǎng)絡(luò)”資源的統(tǒng)一規(guī)劃部署和調(diào)度。

隨著網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)工作的不斷推進(jìn)，DC機(jī)房的建設(shè)也逐步開(kāi)始實(shí)施。由于DC機(jī)房與傳統(tǒng)機(jī)房（CO）之間存在較大差異，因此在DC機(jī)房的建設(shè)中引入了一些新技術(shù)，同時(shí)結(jié)合傳統(tǒng)機(jī)房的現(xiàn)狀采取了一些有效的改造措施。

1 傳統(tǒng)機(jī)房（CO）與DC機(jī)房之間的區(qū)別

相對(duì)傳統(tǒng)機(jī)房（CO），DC機(jī)房在以下幾個(gè)方面提出了新的要求。

（1）空調(diào)氣流組織不同。數(shù)據(jù)中心機(jī)房新增設(shè)備集成度高、功耗大，且設(shè)備散熱要求高，傳統(tǒng)機(jī)房中現(xiàn)有空調(diào)上送風(fēng)氣流組織方式難以滿(mǎn)足此類(lèi)設(shè)備散熱要求，會(huì)導(dǎo)致機(jī)房形成熱島效應(yīng)。因此，DC機(jī)房建設(shè)時(shí)，機(jī)柜應(yīng)采用合理的建設(shè)模式，最大化優(yōu)化機(jī)房氣流組織模型。

（2）空調(diào)室外機(jī)安裝空間需求不同。數(shù)據(jù)中心機(jī)房設(shè)備功耗大，因此機(jī)房?jī)?nèi)空調(diào)容量較大，同時(shí)在設(shè)置微模塊形式時(shí)，空調(diào)設(shè)備冗余較多（每個(gè)模塊均需冗余），造成空調(diào)室外機(jī)數(shù)量較多。傳統(tǒng)機(jī)房室外機(jī)平臺(tái)難以滿(mǎn)足DC機(jī)房空調(diào)安裝需求。

（3）用電類(lèi)型不同。傳統(tǒng)機(jī)房?jī)?nèi)通信設(shè)備一般采用-48 V直流供電，電源系統(tǒng)是直流電源系統(tǒng)，而數(shù)據(jù)中心機(jī)房由于設(shè)備的特點(diǎn)，一般采用交流或高壓直流供電，機(jī)房需設(shè)置UPS或高壓直流電源系統(tǒng)。

（4）機(jī)房布線(xiàn)方式不同。數(shù)據(jù)中心機(jī)房由于使用需求、設(shè)備布線(xiàn)量大，一般在主配線(xiàn)架和機(jī)柜之間設(shè)置專(zhuān)用配線(xiàn)列頭柜。機(jī)房?jī)?nèi)布線(xiàn)整潔，管理方便。傳統(tǒng)機(jī)房布線(xiàn)則普遍集中設(shè)置MODF，導(dǎo)致布線(xiàn)距離長(zhǎng)，維護(hù)難度大。

（5）機(jī)房結(jié)構(gòu)承重要求不同。數(shù)據(jù)中心機(jī)房機(jī)柜內(nèi)服務(wù)器等設(shè)備密度高、重量大，對(duì)結(jié)構(gòu)荷載要求高。按規(guī)范要求，新建數(shù)據(jù)中心機(jī)房板、次梁和主梁等效均布活荷載值分別為10 kN/m2、8 kN/m2、7 kN/m2，而傳統(tǒng)固定/移動(dòng)通信設(shè)備機(jī)房板、次梁和主梁等效均布活荷載值分別為6 kN/m2、6 kN/m2、6 kN/m2。

（6）設(shè)備機(jī)柜布置不同。數(shù)據(jù)中心機(jī)房新增設(shè)備功耗較傳統(tǒng)機(jī)房設(shè)備高，傳統(tǒng)機(jī)房設(shè)備機(jī)架正面或背面同一方向不利于設(shè)備散熱需求，設(shè)備機(jī)架布置應(yīng)按照面對(duì)面或背對(duì)背的方式（設(shè)備為前進(jìn)風(fēng)后出風(fēng)）。

2 新技術(shù)應(yīng)用

結(jié)合上述分析，在DC機(jī)房的建設(shè)方案中應(yīng)用了一些新技術(shù)和有效的解決措施。

2.1 封閉冷通道和微模塊

封閉冷通道空調(diào)采用下送風(fēng)上回風(fēng)氣流組織，機(jī)架封閉式部署、面對(duì)面布局，對(duì)兩排機(jī)架正面（前門(mén)）之間通道進(jìn)行封閉，即封閉冷通道，距離通常為1.2 m。冷通道內(nèi)采用可調(diào)節(jié)出風(fēng)率的微孔防靜電地板，冷風(fēng)由此進(jìn)入冷通道，并從機(jī)架正面進(jìn)入機(jī)架，垂直溫度場(chǎng)均勻，熱風(fēng)從機(jī)架背面吹出。

微模塊是可以將機(jī)架、空調(diào)、末端電源、照明、安防、動(dòng)環(huán)及消防等功能模塊集中到一體的模塊化產(chǎn)品。微模塊可以在施工現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)拼裝實(shí)現(xiàn)快速部署?？紤]到運(yùn)營(yíng)商通信機(jī)樓現(xiàn)有條件和運(yùn)維界面，目前基本采用空調(diào)入列的方式進(jìn)行部署。

目前，運(yùn)營(yíng)商定義DC機(jī)房單機(jī)柜功耗在4～6 kW。采取空調(diào)上送風(fēng)和普通下送風(fēng)方式時(shí)，單機(jī)柜功耗不易超過(guò)3 kW，超過(guò)易形成熱島效應(yīng)。因此，DC機(jī)房建設(shè)時(shí)機(jī)柜均采用封閉冷通道或微模塊的建設(shè)模式。

2.2 分布式電源（DPS）

2.2.1 DPS簡(jiǎn)介及分析

分布式電源（以下均采用DPS簡(jiǎn)稱(chēng)）與傳統(tǒng)集中式電源相比，電源系統(tǒng)更加靠近負(fù)荷中心。電源系統(tǒng)DPS模塊直接集成安裝在DC機(jī)柜內(nèi)部。DPS模塊包含交流輸入、整流、輸出部分及蓄電池。為滿(mǎn)足機(jī)架內(nèi)安裝的小尺寸要求，蓄電池應(yīng)采用鋰電池。目前，DPS產(chǎn)品有高壓直流DPS、UPS及DPS[1]。

與傳統(tǒng)集中式供電方案比較，DPS具有以下優(yōu)點(diǎn)。

（1）有效提高機(jī)房空間利用率

電源系統(tǒng)已分散布置到機(jī)架中，無(wú)需設(shè)置電力室。電力室可改造為網(wǎng)絡(luò)機(jī)房，使機(jī)房空間利用率提高30%左右。以一個(gè)面積為140 m2的機(jī)房為例，機(jī)柜采用微模塊建設(shè)方式，對(duì)集中式電源和分布式電源進(jìn)行對(duì)比，可得出機(jī)柜數(shù)量分布式較集中式多16架，空間利用率提高53%，詳見(jiàn)圖1和圖2。

圖1 集中式電源部署模式

圖2 分散式電源部署模式

（2）有效降低對(duì)樓板的承重要求

集中式電源建設(shè)對(duì)電力室承重要求達(dá)到16 kN/m2。目前，通信機(jī)樓電力室面積均不足，需新開(kāi)辟空間作為電力室，這些新開(kāi)辟空間承重為600 kN/m2，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足電力室承重要求。因此，需要采取土建改造、蓄電池層數(shù)降低的措施，耗時(shí)費(fèi)力。DPS電源模塊重量大約80 kg，普通機(jī)房即可滿(mǎn)足承重要求。

（3）有效降低對(duì)業(yè)務(wù)預(yù)測(cè)的依賴(lài)

雖然網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)方面已進(jìn)入實(shí)質(zhì)性工作，但需求仍不明確。比如，2018年使用多少設(shè)備，電源需求多少，均不得而知。DC機(jī)房采用集中式電源建設(shè)，會(huì)使供電設(shè)備處于輕載狀態(tài)，導(dǎo)致利用效率低，降低設(shè)備投資效益。DC機(jī)房采用DPS模式，可按需靈活布置，有效提高設(shè)備利用率。

（4）有效延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命

DPS采用鋰電池替代傳統(tǒng)鉛酸電池。普通鉛酸電池壽命為5年，鋰電池壽命長(zhǎng)達(dá)10年且易于維護(hù)。

2.2.2 DPS在DC機(jī)房的部署方案

目前，DPS在DC機(jī)房建設(shè)中采用以下兩種方案。（1）DPS部署方案一

列頭柜采取兩路市電引入，兩路交流電輸出到負(fù)載，一路DPS電，一路市電直供，如圖3所示。

圖3 DPS部署方案一

（2）DPS部署方案二

列頭柜采取兩路市電引入，兩路交流電輸出到負(fù)載，一臺(tái)DPS同時(shí)向兩個(gè)DC機(jī)柜供電。DPS連接采用菊花鏈的連接方式，負(fù)載兩路輸入均為DPS供電，如圖4所示。

圖4 DPS部署方案二

2.3 空調(diào)室外機(jī)平臺(tái)

運(yùn)營(yíng)商的通信機(jī)樓建設(shè)時(shí)間早，網(wǎng)絡(luò)發(fā)展速度早已超出人們的想象。因此，隨著通信機(jī)房的不斷擴(kuò)張，一些附屬的基礎(chǔ)設(shè)施出現(xiàn)瓶頸，其中空調(diào)室外機(jī)平臺(tái)尤為明顯。

DC機(jī)房建設(shè)中，通常需要在機(jī)房外部采取鋼梁挑出增加少量室外機(jī)位置。這種方案需要做好結(jié)構(gòu)荷載測(cè)算，適合少量室外機(jī)部署。也可考慮將室外機(jī)放置在樓頂，這種方案適合機(jī)房在頂層往下四層以?xún)?nèi)的位置，同時(shí)樓頂需做好防水處理。在某通信機(jī)樓DC機(jī)房建設(shè)中，結(jié)合機(jī)樓現(xiàn)狀和周邊環(huán)境，在通信機(jī)樓綠化帶及停車(chē)場(chǎng)入口處設(shè)置鋼支架平臺(tái)，有效解決了室外機(jī)平臺(tái)不足的問(wèn)題。室外機(jī)平臺(tái)效果圖如圖5所示。

圖5 空調(diào)室外機(jī)鋼支架平臺(tái)

3 結(jié) 論

隨著運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)工作的不斷推進(jìn)，DC機(jī)房建設(shè)工作也在分布實(shí)施。DC機(jī)房建設(shè)工作涉及到結(jié)構(gòu)、電源和暖通等方面，在子系統(tǒng)建設(shè)中，要充分結(jié)合通信機(jī)樓現(xiàn)有的條件，加入一些新技術(shù)、新元素，滿(mǎn)足DC機(jī)房的“獨(dú)特”之處。隨著DC機(jī)房建設(shè)，后期網(wǎng)絡(luò)設(shè)備對(duì)基礎(chǔ)要求越來(lái)越高，因此將會(huì)有更多更好的技術(shù)應(yīng)用在DC機(jī)房建設(shè)中。