C-RAN模式下5G BBU供电与散热浅析（3）——气流组织和设备散热

侯福平

（中国电信广州研究院，广东 广州 510000）

0 引 言

从前面的分析可以看到，要解决C-RAN模式下BBU设备及其机柜的散热问题，需综合考虑实际应用情况，做好顶层设计。整体散热的基本思路和原则包括机房、机柜、插框以及设备气流组织的整体协调、统筹兼顾及布局合理。形成协调一致的合理气流组织，努力减少散热气流的短路和开路，有效降低设备机柜的功率密度，建立合理的进出风方式并具备有效隔离的冷热通道空间。优先选用就近制冷和精确送风，尽量减少冷量损失，合理设计空调风量，先冷设备，再冷环境，提高冷却效率。此外，机柜按“面对面、背对背”排列，隔离冷热通道，分离送回风，避免气流短路。

1 机房气流组织

BBU机房中，特别是中型和大型C-RAN机房，应结合微模块和封闭冷通道（冷池）等优先选择“下送上回”的空调送风模式。

1.1 地板下送风

大、中型C-RAN机房宜采用架空地板送风形式。地板高度根据机房平均负荷密度确定，一般不低于450 mm。小C-RAN机房有条件的也可采用架空地板送风形式，地板高度不低于350 mm。

地板下有效密封，尽量减少无效泄漏，应能有效形成静压箱，确保出风口的出风风速满足要求。

1.2 冷通道（热通道）封闭

热密度较高的机房应实行冷通道（热通道）封闭，形成冷池（热池），提高制冷效率，也可直接采用微模块或DC舱进行封闭。冷通道（热通道）封闭时，应确保出风口的出风面积和风速满足要求，并保证回风直通顺畅，减少热风滞留。冷通道（热通道）内为安装设备的机柜，应用密封前门板封闭。减少冷量流失和气流短路。

1.3 精确送风

机柜内地板下送风或有送风管可以送风到柜内时，应将前门封闭，从机柜内底部或顶部直接送风，实现对设备的精确送风。采用微模块或冷通道封闭时，应拆除机柜前门板或采用高通透率门板，实现对设备的精确送风。此外，机柜或插框内未安装BBU设备的槽位，应采用盲板进行密封，机柜后门应采用高通透率门板或直接拆除。

2 机柜内部气流组织及散热

2.1 增加机柜散热空间，降低机柜功率密度

除基站C-RAN机房受条件限制外，对于需要安装超过2个以上特别是超过6个以上BBU机柜的机房，应当明确要求采用宽度为1 000～1 200 mm机柜，从而有效降低机柜的功率密度。从长远发展考虑，在有条件的情况下，今后各通信机房的设备机柜列宽度也应该按照采用1 000～1 200 mm的机柜列宽进行机房平面规划设计，如图1所示，以有效地降低单机柜功率密度，从而满足越来越大的单机柜功率密度需求。

图1 BBU机柜的列宽

这样的机房平面规划，即可以优先布置1 000～1 200 mm机柜，也可以布置传统的600 mm的机柜。

2.2 改善气流组织

根据热力学的基本原理，设备采用“下进上出”的通风方式是最合理的，符合热气流自然上升和冷气流自然下沉的自然规律，而且散热效率最高也最有利于自然通风冷却。目前，如要在5G BBU设备的现行进出风方式上形成“下进上出”的通风通道，只需将设备由水平放置改为垂直放置即可。改为垂直放置后，按照BBU设备的外形尺寸，每层最多可以放置5台设备，每机柜至少可以放置两层，插框改造如图2所示。

图2 插框改造

2.3 增加竖装BBU插框

改为垂直放置时，考虑到柜内和框内要满足冷热通道隔离、减少气流短路、形成合理气流组织以及多层堆叠的要求，需要采用专用的BBU设备机柜。如仍使用一般的标准网络机柜，则需要增加专用的BBU插框，每个机柜可以配置1～2个竖装插框。BBU竖装插框的结构如图3所示。其中，风扇组件和温控开关机输入端子为选配部件；框架面板可根据现场安装BBU设备后的空余槽位进行选配。

图3 BBU插框结构图

在这种BBU竖装插框中，实现了BBU设备的垂直放置，并且通过风道设计，将原有“左进右出”或“右进左出”的风向，改变为“下进上出”和“前进后出”，保持与机房和机柜气流组织的协调一致。同时，每台BBU都设计有独立风道，互不干涉，有效的增加了进出风量，提高散热能力。

竖装插框设计在进风口处设置了可调导流板引导和调节进风，在出风口处根据需要添加PWM温度调速风扇，根据温度调整出风量加强了散热能力，实现了节能降耗的效果。竖装插框按五合一机框设计，每个插框最多可以安装5台BBU设备，有效提高了机架利用率。同时，没有放置板卡的槽位可以用盲板进行密封，减少气流短路，也方便了灵活配置。竖装插框可以同时适应厂家原来“左进右出”或“右进左出”的BBU设备使用，也可以实现不同BBU设备的混放。甚至也可以用于5G BBU与4G BBU的混放。对于像爱立信的“前进后出”BBU设备，可以依然采用不加插框的横装方式，也可以加装插框后通过调节进风导流板，在改变原来气流组织的基础上实现插框堆叠（多层插框）时层与层之间的合理气流组织。

2.4 BBU设备后置安装

采用深度≥1 000 mm机柜时，宜将BBU设备或插框延伸摆放至机柜后端。此外，设备与前门之间的距离应不少于250 mm，具体如图4所示。

图4 插框往机柜后端延伸摆放

2.5 机框内BBU设备错位布放

插框没有满配使用时，框内的BBU设备宜错开布放，如表1所示。未插入BBU设备的插槽应采用“L”型盲板将进风口，且同时封闭前面板。

表1 BBU插框设备布置建议

BBU设备内部槽位没有满配使用时，板卡也应尽量错位插放在合适的槽位。未使用的槽位应采用面板进行封闭。

2.6 BBU机柜内线缆布放

设备电源线和信号线应沿机柜立柱，在立柱前和设备正面两侧部署，不要部署在立柱后和设备侧面。整齐绑扎，避免凌乱线缆遮挡设备进排风通道。需要注意，线缆的布设应不影响机柜侧边的密封和盲板的安装。

2.7 尽量采用精确送风制冷模式

有条件时，应尽量优先采用精确送风制冷模式。有下送风（提高地板）或有送风管（可以送风到柜内）的机房可以采用前门封闭，从机柜内底部或顶部直接送风的方式，实现对设备的精确送风。要特别注意做好密封工作，如紧闭前门、增加盲板以及减少无效漏风等。采用冷通道封闭或微模块机房，未使用的机柜应采用密闭前门封闭。安装有BBU设备的机柜应拆除机柜前门减少风阻，未安装设备的槽位应采用盲板进行密封。机柜后背门应尽量开放或拆除，以增大通风面积和减少风阻。

3 空调设备

3.1 机房空调

应选用“大风量、小焓差”的机房专用空调系统，如中央机房水冷空调和机房精密空调等。不宜选用普通商用空调。

3.2 列间空调

有条件的BBU机房特别是中、大型C-RAN机房，应结合微模块和封闭冷通道（冷池）选择列间空调制冷。这种方式可以实现列间和柜内制冷以及就近送风，是提高制冷设备工作效率的有利手段。同时，应根据列间空调的送回风方式适当调整机柜的气流组织。

3.3 其他制冷设备和技术

其他制冷设备和技术包括背板式空调和设备液冷等技术的散热方法，尚待进一步研究实验和验证，暂不宜大规模推广应用。

4 结 论

将BBU设备调整为竖装能够合理组织气流，改善散热条件的效果。有条件的情况下，还可以采用精确送风制冷模式甚至采用列间空调就近制冷。此外，BBU设备竖装需要专用的机柜或增加专用BBU插框，通过插框来实现设备的合理布放。在C-RAN模式下，5G BBU的专用设备机柜如图5所示。

图5 C-RAN 5G BBU设备机柜