通信汇聚机房绿色节能设计研究

何宝磊，张 晖

（中通服咨询设计研究院有限公司，江苏 南京 210019）

0 引 言

近年来，我国各行各业积极响应政府号召开展节能减排工作，绿色节能观念逐渐深入人心。为了落实科学发展观，通信行业已经将节能减排工作纳入到日常重要事项中。随着通信技术的逐步发展，各类通信设备集成度、功耗等相比以往成倍提高，各运营商机房均存在部分机房空调制冷效率低、局部高温的问题，机房内设备因过热而故障，严重影响网络安全和用户体验，降低服务质量[1]。通信机房作为节能减排的重点对象，在运营商节能减排工作中应引起高度重视。

1 通信汇聚机房用电分析

传送网按层级可以分为核心层、汇聚层、接入层，其中汇聚层起到承上启下的作用。汇聚机房作为承载汇聚层设备的物理载体，根据重要性、覆盖区域、收敛疏导业务量可分为重要汇聚机房、普通汇聚机房、业务汇聚机房[2]。汇聚机房分层结构如图1所示。

图1 汇聚机房分层结构图

重要汇聚机房用于单个或多个汇聚区业务收敛，实现与核心节点互联，重要性和安全等级要求较高，主要安装传送网设备、核心网转发面设备、数据承载网宽带接入服务器（Broadband Remote Access Server，BRAS）以及内容分发网络（Content Delivery Network，CDN）等下沉设备。

普通汇聚机房用于收敛单个汇聚区域业务，可以结合综合业务接入区的规划进行部署，主要安装传送网设备、无线网集中部署设备，按需部署数据承载网BRAS[3]。

业务汇聚机房用于汇聚某些业务集中区域的局部业务，以节省上连的管线资源，主要安装传送网设备、无线网集中部署设备以及集客接入设备等[4]。

汇聚机房用电可以分为通信设备用电和机房环境用电。其中通信设备用电主要分为传输设备用电、数据设备用电、无线设备用电等，机房环境用电主要分为机房空调用电、机房照明用电等[5,6]。通过对比分析近年来汇聚机房通信设备用电量和机房环境用电量数据，得出通信设备用电量、空调设备用电量、照明设备用电量在机房总用电量中的占比如表1所示。

表1 各类设备用电量占比

根据在网汇聚机房使用情况的调研，通过优化空调制冷方案、提高制冷效率、降低空调数量的方式可以有效降低空调用电，从而实现通信汇聚机房的节能减排。

2 通信汇聚机房存在的问题

汇聚机房内有源设备区域和无源设备区域未加以区分，混合布置，共用机房空间。空调需要为整个机房服务，制冷要求较低的无源设备区域也在消耗空调资源，制冷空间过大，导致空调制冷效率低[7]。

新建汇聚机房的设备数量随着业务发展不断增加，除了基础配套设备外，业务设备在前中期数量偏少，仅集中安装于机房部分区域，实际占用的机房空间有限，而空调需要对整体空间进行制冷，造成了不必要的冷量损失。

现阶段，汇聚机房新增的各类设备集成度高、功耗大、产生的热量大，传统设计中虽然空调的制冷量能满足要求，但由于机房设备安装位置不合理，中高功率设备远离最佳制冷区间，导致机房局部高温问题，后期维护部门只能通过限制机房使用或新增空调解决局部过热问题，大大增加了机房用电量，无法满足机房电源使用效率（Power Usage Effectiveness，PUE）的要求，违背了节能减排的原则[8]。

设备机柜的进出风方式、散热模块的配置等与机房总体气流组织的设计方式相悖，设备自身散热不畅导致产生的热风无法高效排出，在机柜内部形成涡流，导致机柜内局部高热，极易引起设备过热宕机造成通信故障或设备损坏，产生不可计量的经济损失。

3 汇聚机房绿色节能设计

结合通信汇聚机房自身的实际情况，选用合适的设计方案，减少汇聚机房在工作中的无效电能消耗，实现机房PUE值降低和节能减排的目的。

（1）采用有源设备和无源设备分离的分区方式，合理分配需要空调制冷的空间，减少冷量损失。具体设计时，综合考虑机房形状、尺寸、光缆进局以及空调安装等条件，将机房划分为有源设备区域、无线设备区域。有源设备区域尽量方正，便于安装设备、空调等。无源设备区域尽量选择机房边角区域，靠近光缆进局等[9]。

以某汇聚机房为例，机房整体面积约107 m2，机房内有剪力墙等结构，无法拆除。选取机房最内部的方正区域（约40 m2）作为有源区域；机房右侧狭长区域不便于安装有源设备，且机房入局管孔在右侧，故划定右侧区域为无源光纤配线架（Optical Distribution Frame，ODF）区域（约24 m2）；剩余区域（43 m2）作为后期机房扩容预留区域。汇聚机房区域划分如图2所示。

图2 汇聚机房区域划分

（2）采用灵活可调控的软隔断方式，将冷风空间缩小，解决初期空调粗犷式送风、制冷区域大的弊端，缓解机房维护压力。设计时对有源区域进一步规划，划定未来3～5年内设备安装区域和各类设备数量，将该区域与其他空闲有源区域采用防火软隔断材料进一步分离，缩小制冷区域，提高空调制冷效率。

以某汇聚机房为例，未来3～5年内普通建设方式下的机房制冷量需求测算结果为26.8 kW。而通过软隔断进一步缩小制冷区域后，制冷量需求测算结果为24.976 kW。根据测算结果，软隔断方式能够进一步减少维护空间，降低冷量损失。此外，经实际测量，软隔断内部空间温度比外部温度低3 ℃以上，有利于在用设备散热。汇聚机房软隔断方案如图3所示。

图3 汇聚机房软隔断方案

（3）根据有源区域设备平面布局，拟定不同设备的安装位置，分离高热量设备。波分电子架、BRAS设备等高功耗、高热量设备尽量靠近空调安装，保证设备的散热条件，避免部分设备出现局部高温，提高机房使用率，降低机房内设备故障率。

（4）采用各种新型空调，如小型精密空调、氟泵空调、节能双循环空调，降低空调全年电功率，达到节能减排的目的。在设计时应注意气流组织布局，采用防静电地板下送风、风管精确送风、封闭冷通道等建设方式，避免气流组织混乱、气流短路等问题，提高制冷效率[10]。

（5）对于局部过热的设备，应结合实际情况进行具体设计。对机柜中未安装设备的空余槽位进行封堵，防止气流紊乱。此外，对同一列相邻机柜之间的空隙、机柜底部与防静电地板之间的空间进行封堵，阻止热气流的回流。当机柜内设备较多或原有散热方式不畅时，可通过加装额外的散热单元来改善。

4 结 论

通过对有源设备和无源设备分区、新增灵活可调控的软隔断区域以及拟定设备位置等方式，分离使用区域，缩小制冷区间，合理配置设备位置，从而提高空调制冷效率，解决机房局部过热、能效低的问题。通过通信汇聚机房绿色节能设计，提升机房使用效率，保障后期各类业务的顺利持续接入。