電磁屏蔽機(jī)柜在IT工程實(shí)施中的應(yīng)用探討

張亞輝 段保平 陳森 陳建新

摘 要：電磁屏蔽機(jī)柜在IT工程的應(yīng)用不斷增多，但實(shí)際屏蔽性能和密閉機(jī)柜的散熱等問題一直困擾著該類工程和機(jī)柜的應(yīng)用。本文通過對(duì)電磁屏蔽的介紹以及對(duì)工程實(shí)施和后期運(yùn)維中的突出問題進(jìn)行分析，提出了一系列實(shí)施解決方案，希望有助于發(fā)現(xiàn)類似工程項(xiàng)目的問題并提前解決，保證涉密項(xiàng)目技能達(dá)到既定保密目標(biāo)，又能保障設(shè)備系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：電磁屏蔽;密閉機(jī)柜;散熱性能

1引言

隨著IT技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)據(jù)中心和資源池的可靠性和運(yùn)維水平大大提高，越來越多的黨政項(xiàng)目、涉密項(xiàng)目等自建系統(tǒng)逐步開始部署在公用IT基礎(chǔ)設(shè)施或運(yùn)營商資源池中，同時(shí)為了兼顧保密性能，電磁屏蔽機(jī)柜成為此類項(xiàng)目工程實(shí)施的首選。但在實(shí)際工程實(shí)施過程中，電磁屏蔽機(jī)柜由于其特殊性，常導(dǎo)致機(jī)柜在實(shí)踐應(yīng)用中的屏蔽性能無法達(dá)到設(shè)計(jì)要求，或運(yùn)行中出現(xiàn)設(shè)備故障率高發(fā)的問題。本文通過對(duì)電磁屏蔽機(jī)柜在實(shí)際工程實(shí)施過程中的難點(diǎn)進(jìn)行分析，提供有效的工程建設(shè)解決方案。

2電磁屏蔽介紹

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB 50174-2008《電子信息系統(tǒng)機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范》以及國家保密局發(fā)布的BMB19-2006《電磁泄漏發(fā)射屏蔽機(jī)柜技術(shù)要求和測試方法》的規(guī)定，涉密信息系統(tǒng)中使用的IT設(shè)備均應(yīng)采取電磁泄漏發(fā)射防護(hù)措施。一般對(duì)于涉密級(jí)別高、設(shè)備集中的情況可采用電磁屏蔽室方式，而對(duì)于設(shè)備分散、部署靈活且成本控制要求高的情況可采用電磁屏蔽機(jī)柜的方式。

電磁屏蔽機(jī)柜因具備安裝部署靈活、成本相對(duì)較低、同時(shí)也具備較高安全防護(hù)性能的特點(diǎn)，越來越多的被應(yīng)用到涉密工程項(xiàng)目中。該類機(jī)柜可有效地抑制IT設(shè)備電磁信息泄露并防止外部強(qiáng)電磁干擾柜內(nèi)設(shè)備的工作。它一般采用六面均為冷軋鋼板焊接成的全密閉箱體，通過波導(dǎo)管進(jìn)行進(jìn)出線纜的布放，通過通風(fēng)波導(dǎo)窗進(jìn)行機(jī)柜冷熱風(fēng)交換。

根據(jù)不同的電磁屏蔽能效分級(jí)為ABC三級(jí)，其中 C級(jí)電磁屏蔽效能最高，磁場：14KHz≥70dB、150KHz≥95dB，故IT設(shè)備涉密項(xiàng)目中一般采用C級(jí)電磁屏蔽機(jī)柜。

電磁屏蔽機(jī)柜主要由以下構(gòu)件組成：屏蔽殼體、屏蔽門、電源濾波器、通風(fēng)波導(dǎo)窗、網(wǎng)線/光纖波導(dǎo)管。

3電磁屏蔽機(jī)柜應(yīng)用現(xiàn)狀和問題

目前電池屏蔽機(jī)柜的應(yīng)用中主要面臨著屏蔽效能不達(dá)標(biāo)和機(jī)柜通風(fēng)散熱性能差等問題。

（1）屏蔽性能

因受到工程復(fù)雜程度、施工工藝要求、現(xiàn)場部署條件、工程采購等多重因素影響，工程實(shí)施后的電磁屏蔽機(jī)柜效果往往達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，屏蔽效能經(jīng)常僅能達(dá)到50 dB甚至更低，機(jī)柜非但沒有達(dá)到應(yīng)有的屏蔽效果，有些部件甚至成為信號(hào)泄露發(fā)射的發(fā)射源。

電磁屏蔽機(jī)柜施工中經(jīng)常出現(xiàn)如下問題：

因列頭柜熔斷規(guī)格制約、機(jī)柜雙路冗余供電影響、濾波器配置數(shù)量等原因，進(jìn)入機(jī)柜的電力電纜容易造成信號(hào)泄漏;

因使用非屏蔽網(wǎng)線、含金屬材質(zhì)加強(qiáng)芯的光纜或因施工工藝不達(dá)標(biāo)等原因，進(jìn)入機(jī)柜的通信線纜容易造成信號(hào)泄漏;

因施工過程中對(duì)波導(dǎo)窗、機(jī)柜門、供電系統(tǒng)、散熱系統(tǒng)等進(jìn)行改造等原因，對(duì)原有機(jī)柜架構(gòu)的破壞容易造成信號(hào)泄漏。

（2）機(jī)柜通風(fēng)散熱

受到甲方工程項(xiàng)目預(yù)算、乙方應(yīng)標(biāo)產(chǎn)品成本以及機(jī)房空調(diào)送風(fēng)方式和氣流組織等環(huán)境因素影響，電磁屏蔽機(jī)柜散熱系統(tǒng)的配置及實(shí)際散熱效果往往差別較大，實(shí)際部署后容易造成設(shè)備宕機(jī)甚至損壞的情況，更是經(jīng)常出現(xiàn)因擔(dān)心設(shè)備性能下降或故障，業(yè)務(wù)使用部門迫不得己打開屏蔽機(jī)柜柜門散熱的情況，這就完全失去了電磁屏蔽的預(yù)期目的。

電磁屏蔽機(jī)柜應(yīng)用后的散熱問題主要有：

機(jī)柜進(jìn)風(fēng)波導(dǎo)窗和出風(fēng)波導(dǎo)窗設(shè)置面積過小，或設(shè)置位置與柜內(nèi)設(shè)備位置不協(xié)調(diào)，造成通風(fēng)不暢;

機(jī)柜配置的排風(fēng)扇排風(fēng)量無法達(dá)到密閉機(jī)柜的排風(fēng)量要求，造成機(jī)柜內(nèi)外換風(fēng)過慢;

機(jī)柜內(nèi)部氣流組織不合理或未按要求進(jìn)行擋風(fēng)板設(shè)置，造成機(jī)柜內(nèi)冷熱風(fēng)循環(huán)效率低。

4工程實(shí)施解決方案

前文分析的電磁屏蔽機(jī)柜應(yīng)用現(xiàn)狀和問題，在工程實(shí)施時(shí)需從以下幾個(gè)方面進(jìn)行針對(duì)性解決。

（1）機(jī)柜選擇及設(shè)備供電

應(yīng)根據(jù)機(jī)房實(shí)際需求選擇合適的機(jī)柜配置，進(jìn)出線位置需符合機(jī)房走線規(guī)范，避免臨時(shí)改造走線線路或破壞原機(jī)柜結(jié)構(gòu)。建議選配機(jī)柜外部自帶配電模塊且電源濾波器在機(jī)柜外部的機(jī)柜。濾波器供電由機(jī)柜外的電源模塊提供，電力電纜在機(jī)柜外部連接濾波器后再入線，防止未經(jīng)濾波的電源線直接穿過機(jī)柜。

機(jī)柜內(nèi)設(shè)備需雙路供電，如果供電條件允許，除設(shè)備引電之外也可從列頭柜為電源濾波器提供單獨(dú)供電。列頭柜一側(cè)連接電源濾波器的接線端子需使用熔斷器和不帶漏電保護(hù)的空氣開關(guān)，以防止由漏電流引起的漏電開關(guān)脫扣，如必須需漏電保護(hù)開關(guān)可在屏蔽機(jī)柜內(nèi)的設(shè)置配電模塊來實(shí)現(xiàn)。

（2）線纜選擇和布放

①通信線纜

進(jìn)出機(jī)柜的網(wǎng)線必須選擇屏蔽雙絞線，施工時(shí)應(yīng)嚴(yán)格遵守施工工藝要求，每條網(wǎng)線進(jìn)出機(jī)柜的部分使用金屬屏蔽網(wǎng)做屏蔽處理。光纜建議選擇無金屬光纜，其加強(qiáng)芯也必須用非金屬材料制成。

②電力電纜

包括電源線、地線在內(nèi)的所有進(jìn)出機(jī)柜的電力電纜必須經(jīng)過電源濾波器。機(jī)柜金屬腔體外部的有源器件需由機(jī)柜外的電源模塊供電，機(jī)柜內(nèi)部設(shè)備由內(nèi)部電源模塊供電。因供電條件限制而不得不穿過機(jī)柜的屏蔽柜體供電時(shí)，每條電源線均需配置電源濾波器。

（3）通風(fēng)散熱

電磁屏蔽機(jī)柜的散熱問題是困擾柜內(nèi)業(yè)務(wù)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性的最大障礙，目前業(yè)界普遍使用的仍是通過通風(fēng)波導(dǎo)窗+排風(fēng)機(jī)的模式進(jìn)行機(jī)柜散熱。機(jī)柜散熱效果受到柜內(nèi)設(shè)備功耗、冷熱風(fēng)循環(huán)結(jié)構(gòu)、排風(fēng)量等因素影響。其中排風(fēng)量又和柜內(nèi)空氣壓力、空氣濕度等參數(shù)有關(guān)。

①通風(fēng)量推算

根據(jù)數(shù)據(jù)中心機(jī)房規(guī)范，冷通道或機(jī)柜進(jìn)風(fēng)區(qū)域的溫度范圍為18℃～27℃，相對(duì)濕度不大于60%。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)屏蔽機(jī)柜內(nèi)設(shè)備總功耗建議不超過2000W左右，柜內(nèi)環(huán)境溫度建議不超過30攝氏度。本文參考業(yè)內(nèi)常用的排風(fēng)量計(jì)算公式：

其中為理論排風(fēng)量;為機(jī)柜設(shè)備總功率，取2000w;P為實(shí)際空氣壓力，取標(biāo)準(zhǔn)大氣壓101.3kPa;T為實(shí)際空氣熱力學(xué)溫度，取22℃，即295k;P0為T溫度下飽和水蒸氣壓力，查詢22℃下時(shí)壓力為2.6398 kPa;為空氣相對(duì)濕度，取50%;為溫度上升值，取22～30℃上升值為8。

根據(jù)以上公式計(jì)算，該條件下理論排風(fēng)量為12.3立方米/分鐘，即434.4立方英尺/分鐘?？紤]機(jī)柜內(nèi)空氣阻力和散熱性能損耗，根據(jù)空氣熱力學(xué)及流體力學(xué)公式推算出屏蔽機(jī)柜的理論排風(fēng)量應(yīng)再乘以1.5的損耗系數(shù)。機(jī)柜實(shí)際排風(fēng)量建議至少18.45立方米/分鐘，即650立方英尺/分鐘。即便將柜內(nèi)溫度提升的極限設(shè)置為33℃，排風(fēng)量要求為至少11.35立方米/分鐘，即400立方英尺/分鐘?？蓞⒖荚撍惋L(fēng)量推算結(jié)果進(jìn)行機(jī)柜風(fēng)扇配置。

②機(jī)柜內(nèi)部

如為空調(diào)下送風(fēng)上出風(fēng)模式，機(jī)柜內(nèi)部需在前側(cè)2個(gè)立柱的兩側(cè)設(shè)置隔風(fēng)擋板，并在未安裝設(shè)備的空間全部配置盲板，在機(jī)柜前部的設(shè)備至機(jī)柜門之間形成封閉的冷風(fēng)區(qū)域。下部進(jìn)風(fēng)口應(yīng)盡量靠近機(jī)柜前部，并在進(jìn)風(fēng)口上設(shè)置弧形導(dǎo)流板，將進(jìn)入機(jī)柜的冷風(fēng)全部引入機(jī)柜前部冷風(fēng)區(qū)域，頂部出風(fēng)口應(yīng)稍微靠近機(jī)柜中后部，相對(duì)遠(yuǎn)離冷風(fēng)區(qū)域并便于熱風(fēng)回流。由于排風(fēng)量需求較大，進(jìn)風(fēng)口也可加裝風(fēng)扇用于加大冷風(fēng)送風(fēng)量。

③機(jī)柜外部

機(jī)柜外部可考慮采用如下方式增加送排風(fēng)和散熱效果：如采用下送風(fēng)架空地板，可采用冷風(fēng)導(dǎo)流的方式，加大空調(diào)對(duì)電磁屏蔽機(jī)柜的送風(fēng)量;在機(jī)柜外的頂部或底部可加裝大功率風(fēng)機(jī)，相對(duì)于機(jī)柜內(nèi)的風(fēng)扇配置功率受限，機(jī)柜外的風(fēng)機(jī)可大大增加送風(fēng)效果。

5結(jié)束語

通過電磁屏蔽機(jī)柜在IT工程實(shí)施中的應(yīng)用解決方案可將在系統(tǒng)運(yùn)維階段發(fā)現(xiàn)的問題提前至采購、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維等環(huán)節(jié)進(jìn)行解決，可以充分保障工程項(xiàng)目的保密目標(biāo)和穩(wěn)定運(yùn)行。