通信匯聚機(jī)房綠色節(jié)能設(shè)計(jì)研究

何寶磊，張 暉

（中通服咨詢(xún)?cè)O(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 南京 210019）

0 引 言

近年來(lái)，我國(guó)各行各業(yè)積極響應(yīng)政府號(hào)召開(kāi)展節(jié)能減排工作，綠色節(jié)能觀念逐漸深入人心。為了落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀，通信行業(yè)已經(jīng)將節(jié)能減排工作納入到日常重要事項(xiàng)中。隨著通信技術(shù)的逐步發(fā)展，各類(lèi)通信設(shè)備集成度、功耗等相比以往成倍提高，各運(yùn)營(yíng)商機(jī)房均存在部分機(jī)房空調(diào)制冷效率低、局部高溫的問(wèn)題，機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)備因過(guò)熱而故障，嚴(yán)重影響網(wǎng)絡(luò)安全和用戶(hù)體驗(yàn)，降低服務(wù)質(zhì)量[1]。通信機(jī)房作為節(jié)能減排的重點(diǎn)對(duì)象，在運(yùn)營(yíng)商節(jié)能減排工作中應(yīng)引起高度重視。

1 通信匯聚機(jī)房用電分析

傳送網(wǎng)按層級(jí)可以分為核心層、匯聚層、接入層，其中匯聚層起到承上啟下的作用。匯聚機(jī)房作為承載匯聚層設(shè)備的物理載體，根據(jù)重要性、覆蓋區(qū)域、收斂疏導(dǎo)業(yè)務(wù)量可分為重要匯聚機(jī)房、普通匯聚機(jī)房、業(yè)務(wù)匯聚機(jī)房[2]。匯聚機(jī)房分層結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 匯聚機(jī)房分層結(jié)構(gòu)圖

重要匯聚機(jī)房用于單個(gè)或多個(gè)匯聚區(qū)業(yè)務(wù)收斂，實(shí)現(xiàn)與核心節(jié)點(diǎn)互聯(lián)，重要性和安全等級(jí)要求較高，主要安裝傳送網(wǎng)設(shè)備、核心網(wǎng)轉(zhuǎn)發(fā)面設(shè)備、數(shù)據(jù)承載網(wǎng)寬帶接入服務(wù)器（Broadband Remote Access Server，BRAS）以及內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)（Content Delivery Network，CDN）等下沉設(shè)備。

普通匯聚機(jī)房用于收斂單個(gè)匯聚區(qū)域業(yè)務(wù)，可以結(jié)合綜合業(yè)務(wù)接入?yún)^(qū)的規(guī)劃進(jìn)行部署，主要安裝傳送網(wǎng)設(shè)備、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)集中部署設(shè)備，按需部署數(shù)據(jù)承載網(wǎng)BRAS[3]。

業(yè)務(wù)匯聚機(jī)房用于匯聚某些業(yè)務(wù)集中區(qū)域的局部業(yè)務(wù)，以節(jié)省上連的管線(xiàn)資源，主要安裝傳送網(wǎng)設(shè)備、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)集中部署設(shè)備以及集客接入設(shè)備等[4]。

匯聚機(jī)房用電可以分為通信設(shè)備用電和機(jī)房環(huán)境用電。其中通信設(shè)備用電主要分為傳輸設(shè)備用電、數(shù)據(jù)設(shè)備用電、無(wú)線(xiàn)設(shè)備用電等，機(jī)房環(huán)境用電主要分為機(jī)房空調(diào)用電、機(jī)房照明用電等[5,6]。通過(guò)對(duì)比分析近年來(lái)匯聚機(jī)房通信設(shè)備用電量和機(jī)房環(huán)境用電量數(shù)據(jù)，得出通信設(shè)備用電量、空調(diào)設(shè)備用電量、照明設(shè)備用電量在機(jī)房總用電量中的占比如表1所示。

表1 各類(lèi)設(shè)備用電量占比

根據(jù)在網(wǎng)匯聚機(jī)房使用情況的調(diào)研，通過(guò)優(yōu)化空調(diào)制冷方案、提高制冷效率、降低空調(diào)數(shù)量的方式可以有效降低空調(diào)用電，從而實(shí)現(xiàn)通信匯聚機(jī)房的節(jié)能減排。

2 通信匯聚機(jī)房存在的問(wèn)題

匯聚機(jī)房?jī)?nèi)有源設(shè)備區(qū)域和無(wú)源設(shè)備區(qū)域未加以區(qū)分，混合布置，共用機(jī)房空間?？照{(diào)需要為整個(gè)機(jī)房服務(wù)，制冷要求較低的無(wú)源設(shè)備區(qū)域也在消耗空調(diào)資源，制冷空間過(guò)大，導(dǎo)致空調(diào)制冷效率低[7]。

新建匯聚機(jī)房的設(shè)備數(shù)量隨著業(yè)務(wù)發(fā)展不斷增加，除了基礎(chǔ)配套設(shè)備外，業(yè)務(wù)設(shè)備在前中期數(shù)量偏少，僅集中安裝于機(jī)房部分區(qū)域，實(shí)際占用的機(jī)房空間有限，而空調(diào)需要對(duì)整體空間進(jìn)行制冷，造成了不必要的冷量損失。

現(xiàn)階段，匯聚機(jī)房新增的各類(lèi)設(shè)備集成度高、功耗大、產(chǎn)生的熱量大，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中雖然空調(diào)的制冷量能滿(mǎn)足要求，但由于機(jī)房設(shè)備安裝位置不合理，中高功率設(shè)備遠(yuǎn)離最佳制冷區(qū)間，導(dǎo)致機(jī)房局部高溫問(wèn)題，后期維護(hù)部門(mén)只能通過(guò)限制機(jī)房使用或新增空調(diào)解決局部過(guò)熱問(wèn)題，大大增加了機(jī)房用電量，無(wú)法滿(mǎn)足機(jī)房電源使用效率（Power Usage Effectiveness，PUE）的要求，違背了節(jié)能減排的原則[8]。

設(shè)備機(jī)柜的進(jìn)出風(fēng)方式、散熱模塊的配置等與機(jī)房總體氣流組織的設(shè)計(jì)方式相悖，設(shè)備自身散熱不暢導(dǎo)致產(chǎn)生的熱風(fēng)無(wú)法高效排出，在機(jī)柜內(nèi)部形成渦流，導(dǎo)致機(jī)柜內(nèi)局部高熱，極易引起設(shè)備過(guò)熱宕機(jī)造成通信故障或設(shè)備損壞，產(chǎn)生不可計(jì)量的經(jīng)濟(jì)損失。

3 匯聚機(jī)房綠色節(jié)能設(shè)計(jì)

結(jié)合通信匯聚機(jī)房自身的實(shí)際情況，選用合適的設(shè)計(jì)方案，減少匯聚機(jī)房在工作中的無(wú)效電能消耗，實(shí)現(xiàn)機(jī)房PUE值降低和節(jié)能減排的目的。

（1）采用有源設(shè)備和無(wú)源設(shè)備分離的分區(qū)方式，合理分配需要空調(diào)制冷的空間，減少冷量損失。具體設(shè)計(jì)時(shí)，綜合考慮機(jī)房形狀、尺寸、光纜進(jìn)局以及空調(diào)安裝等條件，將機(jī)房劃分為有源設(shè)備區(qū)域、無(wú)線(xiàn)設(shè)備區(qū)域。有源設(shè)備區(qū)域盡量方正，便于安裝設(shè)備、空調(diào)等。無(wú)源設(shè)備區(qū)域盡量選擇機(jī)房邊角區(qū)域，靠近光纜進(jìn)局等[9]。

以某匯聚機(jī)房為例，機(jī)房整體面積約107 m2，機(jī)房?jī)?nèi)有剪力墻等結(jié)構(gòu)，無(wú)法拆除。選取機(jī)房最內(nèi)部的方正區(qū)域（約40 m2）作為有源區(qū)域；機(jī)房右側(cè)狹長(zhǎng)區(qū)域不便于安裝有源設(shè)備，且機(jī)房入局管孔在右側(cè)，故劃定右側(cè)區(qū)域?yàn)闊o(wú)源光纖配線(xiàn)架（Optical Distribution Frame，ODF）區(qū)域（約24 m2）；剩余區(qū)域（43 m2）作為后期機(jī)房擴(kuò)容預(yù)留區(qū)域。匯聚機(jī)房區(qū)域劃分如圖2所示。

圖2 匯聚機(jī)房區(qū)域劃分

（2）采用靈活可調(diào)控的軟隔斷方式，將冷風(fēng)空間縮小，解決初期空調(diào)粗獷式送風(fēng)、制冷區(qū)域大的弊端，緩解機(jī)房維護(hù)壓力。設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)有源區(qū)域進(jìn)一步規(guī)劃，劃定未來(lái)3～5年內(nèi)設(shè)備安裝區(qū)域和各類(lèi)設(shè)備數(shù)量，將該區(qū)域與其他空閑有源區(qū)域采用防火軟隔斷材料進(jìn)一步分離，縮小制冷區(qū)域，提高空調(diào)制冷效率。

以某匯聚機(jī)房為例，未來(lái)3～5年內(nèi)普通建設(shè)方式下的機(jī)房制冷量需求測(cè)算結(jié)果為26.8 kW。而通過(guò)軟隔斷進(jìn)一步縮小制冷區(qū)域后，制冷量需求測(cè)算結(jié)果為24.976 kW。根據(jù)測(cè)算結(jié)果，軟隔斷方式能夠進(jìn)一步減少維護(hù)空間，降低冷量損失。此外，經(jīng)實(shí)際測(cè)量，軟隔斷內(nèi)部空間溫度比外部溫度低3 ℃以上，有利于在用設(shè)備散熱。匯聚機(jī)房軟隔斷方案如圖3所示。

圖3 匯聚機(jī)房軟隔斷方案

（3）根據(jù)有源區(qū)域設(shè)備平面布局，擬定不同設(shè)備的安裝位置，分離高熱量設(shè)備。波分電子架、BRAS設(shè)備等高功耗、高熱量設(shè)備盡量靠近空調(diào)安裝，保證設(shè)備的散熱條件，避免部分設(shè)備出現(xiàn)局部高溫，提高機(jī)房使用率，降低機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)備故障率。

（4）采用各種新型空調(diào)，如小型精密空調(diào)、氟泵空調(diào)、節(jié)能雙循環(huán)空調(diào)，降低空調(diào)全年電功率，達(dá)到節(jié)能減排的目的。在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意氣流組織布局，采用防靜電地板下送風(fēng)、風(fēng)管精確送風(fēng)、封閉冷通道等建設(shè)方式，避免氣流組織混亂、氣流短路等問(wèn)題，提高制冷效率[10]。

（5）對(duì)于局部過(guò)熱的設(shè)備，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行具體設(shè)計(jì)。對(duì)機(jī)柜中未安裝設(shè)備的空余槽位進(jìn)行封堵，防止氣流紊亂。此外，對(duì)同一列相鄰機(jī)柜之間的空隙、機(jī)柜底部與防靜電地板之間的空間進(jìn)行封堵，阻止熱氣流的回流。當(dāng)機(jī)柜內(nèi)設(shè)備較多或原有散熱方式不暢時(shí)，可通過(guò)加裝額外的散熱單元來(lái)改善。

4 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)有源設(shè)備和無(wú)源設(shè)備分區(qū)、新增靈活可調(diào)控的軟隔斷區(qū)域以及擬定設(shè)備位置等方式，分離使用區(qū)域，縮小制冷區(qū)間，合理配置設(shè)備位置，從而提高空調(diào)制冷效率，解決機(jī)房局部過(guò)熱、能效低的問(wèn)題。通過(guò)通信匯聚機(jī)房綠色節(jié)能設(shè)計(jì)，提升機(jī)房使用效率，保障后期各類(lèi)業(yè)務(wù)的順利持續(xù)接入。