通信机柜点到点冷却的概念及意义

1、通信机柜点到点冷却的概念及意义（苏州昆拓冷机有限公司，江苏 苏州 215126）摘 要：初期的电信运营商为了解决数据中心服务器普遍存在的高温问题，采用了在机柜外增设房间，再安装空调设备对房间进行降温的方式，然而当节能降耗成为当今IT领域的一大主题，越来越庞大的数据中心与节能环保的诉求成为一对矛盾，此种高能耗、热岛效应明显、故障率较高的控温方案逐渐被淘汰，通信机柜点对点的冷却方式开始得到逐步兴起。通信机柜点对点冷却包括空调门控制箱、机柜空调、数码多联技术空调系统、热交换器、机柜空调+热交换器、液冷系统等多种制冷方式，不管具体哪种方式，往往都是严格根据机柜所处的环境、机柜本身的特点以及机柜内部电子

2、元器件的发热量等参数来综合考虑，或者可以说是“量身定制”的。同时，点对点冷却方式是将制冷设备直接安装在机柜上面进行制冷，避免了双重热岛效应。这些特点决定了通信机柜点对点冷却方式作为机柜散热的专用设备，其制冷效果针对性强、效率高。从经济角度考虑，机柜点对点冷却设备的初期投资及日后维护、使用费用，相比于在机柜外增设房间，再安装空调设备具有绝对的优势。对于一个计划性和连续性并重的企业而言，控制系统的一次突发故障，所造成的硬件损坏、停产及因停产造成的交货延期所引发的经济、信誉损失，要远大于安装机柜点对点冷却设备所付出的投资。关键词：空调门控制箱 机柜空调 数码多联技术空调系统 热交换器 机柜空调+热交

3、换器 液冷系统随着电信事业的飞速发展及近年来由通信业界主导运营商倡导的“光进铜退、DSLAM下移”，“光纤到户”技术逐渐开始商用化，越来越多的用户光纤汇聚到电信接入机房中，为了确保电信机房及通讯基站始终处于稳定的运行状态，解决因热量管理不善带来的种种故障和隐患，各大电信运营商对于电信机房及通讯基站的建设和维护日益重视，这也促使他们积极地寻求可靠的网络能源系统管理及解决方案，同时机柜的热量管理也成为炙手可热的话题。初期的电信运营商为了解决数据中心服务器普遍存在的高温问题，采用了在机柜外增设房间，再安装空调设备对房间进行降温的方式，然而当节能降耗成为当今IT领域的一大主题，越来越庞大的数据中心与节

4、能环保的诉求成为一对矛盾，此种高能耗、热岛效应明显、故障率较高的控温方案逐渐被淘汰，通信机柜点对点的冷却方式开始得到逐步兴起。通信机柜点对点冷却包括空调门控制箱、机柜空调、数码多联技术空调系统、热交换器、机柜空调+热交换器、液冷系统等多种制冷方式，不管具体哪种方式，往往都是严格根据机柜所处的环境、机柜本身的特点以及机柜内部电子元器件的发热量等参数来综合考虑，或者可以说是“量身定制”的。同时，点对点冷却方式是将制冷设备直接安装在机柜上面进行制冷，避免了双重热岛效应。这些特点决定了通信机柜点对点冷却方式作为机柜散热的专用设备，其制冷效果针对性强、效率高。从经济角度考虑，机柜点对点冷却设备的初期投资

5、及日后维护、使用费用，相比于在机柜外增设房间，再安装空调设备具有绝对的优势。对于一个计划性和连续性并重的企业而言，控制系统的一次突发故障，所造成的硬件损坏、停产及因停产造成的交货延期所引发的经济、信誉损失，要远大于安装机柜点对点冷却设备所付出的投资。1 传统的控制柜散热方法及其缺点分析现在很多通信客户为了解决机柜温高兼灰尘污染的问题，常用的方法是在机柜外增设房间，再安装空调设备对房间进行降温。大部分通信设备的机柜距离生产线比较近，这种方法会造成有限的现场空间被进一步压缩，现场将变得更加拥挤；此外过高的能耗、两层热岛效应及消防安全等问题也将变得更为突出。例如将4只高、宽、厚的机柜，围在一个由夹芯

6、板、铝合金和玻璃等轻型建材构成的保温房间内，在预留了必要的维修、进出线及可能的后续机位空间后，房间的面积一般不小于30m2。在此情况下只有通过降低房间内空气的温度，再由低温的空气来冷却机柜的方法来实现控制柜内微环境的冷却。而由此产生的房间内空气和机柜、机柜内空气和元器件外表之间的两层热岛效应只有通过选用大功率的空调设备降低房间空气的温度，以提高空气和控制柜内的温差才能得以减轻。如第一层热岛温差5，第二层热岛温差16，若要求元器件内部温度低于40，那么外围空气的温度必须低于19。现实是很多企业通过敞开机柜门的方式来减轻热岛现象，这样做既增加了控制系统发生意外故障的机率，也对操作人员的人身安全构成

7、了威胁。实际使用过程中所遇到的问题远不止上述这些，常见的还有：（1）空调设备在运行中比较容易出现故障停机，这将造成机柜内的热量积聚在房间内无法排除，进一步引发柜内温度的上升，影响电子元器件的正常使用；（2）空调在制冷运行时会产生的大量冷凝水（在相对湿度85%的情况下，一台5匹空调工作1h能够产生48L冷凝水），现场需要铺设管道进行排放；（3）空调工作时所产生的电磁干扰，将影响部分精密设备之间的通信（对使用总线技术的设备影响尤为严重）；（4）根据冷气流下沉，热气流上升的原理，空调吹出的冷空气会聚集在房间下部，上层则是温度较高的空气，产生比较严重的温度差，使控制柜上部的元器件得不到有效冷却；（5）

8、在冶金、钢铁、硅酸盐等行业，生产线往往处于高温、高粉尘、高腐蚀的恶劣空气环境中。而空调要求的工作温度必须低于43，且不能含有腐蚀性气体及粉尘，如果遇到上述情况空调将难以正常工作；（6）当机柜发生线路短路或其它情况引发的火灾时，由于房间的阻隔将使灭火工作变得更加困难。2 点对点冷却方式在通信机柜散热方面的概念及意义分析据通信业界有关人士分析，运行和冷却数据中心所需要的能源已经占到了全球信息和通讯产业的四分之一，而且数据中心能耗需求的增长速度高于其它领域。而另外一项针对全球数据中心能源模式转变的调查报告指出，亚太地区(不含日本在内)的服务器耗电量每年增长23%，是增长率唯一大幅高于全球平均值（16

9、%）的区域。 因此，对于国内的CIO来说，数据中心的节能是一个相对紧迫和严峻的问题。仔细算来，关于数据中心的能源消耗由多个因素组成，其中，服务器的能耗仅仅占了数据中心能耗的一半，其他能耗包括机房空调、冷却塔、配电室、机房照明等等。也就是说，对于数据中心来说，物理基础设施的节能与服务器的节能同等重要。 鉴于当今对于节能减排方面的大力倡导及需求，通信机柜点对点冷却方式开始逐步登上历史的舞台。通信机柜点对点冷却包括空调门控制箱、机柜空调、数码多联技术空调系统、热交换器、机柜空调+热交换器、液冷系统等多种制冷方式，不管具体哪种方式，往往都是严格根据机柜所处的环境、机柜本身的特点以及机柜内部电子元器件的

10、发热量等参数来综合考虑，或者可以说是“量身定制”的，但是每种冷却方式的概念及使用环境及意义又有所差别，下面将对各种点对点冷却方案做逐一详细讲解。1.1 空调门控制箱空调门控制箱是由控制箱及空调装置结合起来组成的完美的控温设备，该控温方案一般有两种形式，一种是将控制箱的整个门体做成一个空调装置，另一种方案是将门体的一部分做成空调装置，两种形式均使控制箱支架、空调装置及空调门组装、构成一个完整的解决方案，其中空调装置隐蔽地嵌装在门里，成为最理想的“冷却站”，配有空调装置的深度型材空调门，又是控制箱不可分割的一部分。空调门控制箱冷却形式完全不需要切割或出口空气管路，省去了重新在控制箱上安装制冷设备的

11、麻烦，从而节省了客户的时间和安装费用。1.2 机柜空调传统的机房空调很少考虑机柜内部的温度，它仅仅能保证机房内温度符合要求。但实际上，由于刀片服务器的使用，机柜内很容易出现局部热点。对此，传统的空调只能靠进一步降低机房温度来解决，由此造成浪费也在所难免。而现今市场上出现的一种比较常用、高效的电信机柜降温设备机柜空调可安装在机柜之间，通过压缩式制冷来实现吸热降温，从而使机柜在密闭的情况下，将柜内空气中的热量及水份向柜外转移。由于冷风直接送到热源附近，而不像传统的机房采用底部送风或者天花板送风，因而可以保证机柜内不出现热点。而且，外部环境中的高温、粉尘、油污、腐蚀性气体不会进入机柜内部，从而解决了

12、风扇散热所带来的一系列问题。机柜内可始终维持在3035的理想温度环境中，电子、电气设备的使用寿命和稳定性得到了有效保证。 由于机柜空调器可以根据机柜中具体温度情况决定是否送风，因此其效率更高。据统计，与传统的制冷系统相比，机柜空调器制冷系统的电力消耗会节省50%以上。机柜空调根据安装位置的不同，有壁装式、顶装式、嵌入式三种；根据制冷量的大小，有不同制冷功率、不同体积的产品可供选择；根据所处环境温度的不同，又可以分为标准型、耐高温型、耐超高温型、户外型等多种。另外，根据所处环境空气中的粉尘特点，还有不同的耐腐蚀材料可供选择。因此，机柜空调的选择往往是严格根据控制柜所处的环境、控制柜本身的特点以及

13、控制柜内部电子元器件的发热量等参数来综合考虑的，或者可以说是“量身定制”的。同时，机柜空调是直接安装在控制柜上面进行制冷，避免了双重热岛效应。这些特点决定了机柜空调作为控制柜散热的专用设备，其制冷效果针对性强、效率高。 机柜空调机柜空调具有以下特点：（1）适用于精度要求较高、安装环境良好的电信柜；（2）安装方便快捷，环保、节能；（3）可在高温的环境状况下正常工作，极限温度可达60以上；（4）特殊换热结构使其换热效率较高，风阻较低，可将大部分的灰尘、油污、纤维、碎屑过滤殆尽。1.3 数码可变多联技术空调系统 数码可变多联技术空调系统，是由采用了数码宽度脉冲调节控制技术的变容量涡旋压缩机的室外机与

14、多台可单独控制的室内机组成,简称DVM，是新一代模块化多联机系统，属空调先进技术，其安装维护的简便性、灵活性使其更能满足空调市场的需求，该机组最大可配管长度为100米，高低差可达60米。由于该机组集约化程度高，又无需设置机房，为使用者节约了有效的空间。宽度脉冲调节式数码涡旋压缩机技术(PWM)，可根据负载自动调节制冷和制热容量，从而有效降低运行成本。该技术的精华在于压缩机本身具有“轴向柔性”的特点，当定涡旋盘向上移动时，压缩机无质流量通过，压缩机此时容量为零，不对制冷剂做功，即“卸载状态”；当定涡旋盘恢复原位啮合时，就是普通涡旋压缩机运行时的状态，制冷剂全部通过压缩机，压缩机对制冷剂做功，此时

15、，压缩机容量为100，被称为 “负载状态”。数码涡旋压缩机就是通过精密控制的PWM阀的动作和时间来实现的涡旋盘的微小移动（轴向移动0.61），从而不断的变换定涡旋盘的升起和啮合，即改变“负载”和“卸载”的周期时间来实现变容量的调节，外部电磁阀根据系统容量的要求通过系统信号控制涡旋盘的“上升”和“复原”，使压缩机自动调节开启关闭时间的比例，实现“0-1”输出，体现出数码功能，有效地降低运行成本。数码涡旋压缩机从“负载状态”到“卸载状态”的变换损耗只有10，低于变频压缩机的综合能源损耗，且数码涡旋技术能让压缩机在10至100容量范围下运行，实现了整个范围内的无级调节，使能量调节范围更广。除此之外，

16、数码空调还具有如下特点：（1）可以根据实际能量需要，灵活组合。（2）整个组合系统采用集散控制，各个机组采用独立制冷系统，在不同季节和气温下可以自动调整负荷，保证运行在节能状态。（3）数码涡旋空调提供的无级容量输出，保证了房间温度的控制精度在0.5，可使使用者在最舒适的开启空调环境下工作。其它类型空调的房间温度的控制在2-3，与数码空调的使用环境舒适感相差极大。（4）数码涡旋压缩机以单一速度运行，所以不会产生额外的噪音和振动，不会对周围环境造成不良影响。室内机噪音极低，远远低于国家对室内噪音标准。（5）数码涡旋压缩机运行时，涡盘的负载卸载，均为一个简单的机械运动，不产生高次谐波，亦不会产生电磁干

17、扰。（6）数码涡旋不需要油分离器，或回油循环系统，利用气体流速让润滑油充分流向压缩机，不会因回油不良，而烧毁压缩机。PWM 脉冲宽度调节阀与负载的关系1.4 热交换器 鉴于热交换器的应用可以节约用于机柜降温的能耗及成本，在当前国家大力提倡节能降耗和企业缩小成本的形势下，热交换器的使用具有很强的现实意义。热交换器的本体由换热芯体、室内侧风机、室外侧风机三个主要部分构成，还包括金属保护外壳以及送风管道等附件。工作原理是利用室内外温差使室内外两侧气体进行热量交换，从而降低室内温度。从室外侧的角度看，室外空气在室外侧风机的作用下从室外侧送风口进入装置本体，然后通过换热芯体进行换热，从室外侧排风口又被排

18、出至室外；从室内侧的角度看，室内空气在室内侧风机的作用下由室内侧送风管进入装置本体，然后通过换热芯体进行换热，再由室内侧回风管重新回到机柜内。 热交换器 热交换器的基本思路是充分利用室外空气中的冷量，通过换热的手段对机柜进行降温。具有以下特点：（1）系统可以达到IP5X，雨水不能进入设备内部 采用热交换器方式时，通讯主设备由于被热交换器与外界的空气完全隔离，通讯主设备处于完全密封的状态，对于雨水可以达到国标的IP5X的要求。因此，无论是在暴雨或台风期间，雨水绝对不会进入设备内部。 （2）降低了通信系统的投资成本及维护费用，可降低机柜电耗，符合我国节能减排政策； （3）防尘效果好，不会在设备内部

19、形成油污灰尘。由于通讯主设备被热交换器与外界的空气完全隔离，通讯主设备处于完全密封的状态，因此就不会有外界的灰尘、昆虫、油污的进入，避免了造成设备短路、甚至烧毁等故障，有效保障设备的正常运行。 （4）高温环境降温，低温环境可不降温 热交换器根据内外温差来确定是否启动，在寒冷低温环境下，当柜内温度低于柜外环境温度时，热交换器关闭外循环风扇，不向外散热，保温效果好。（5）机柜内部不会因过冷而结露。基于以上特点，热交换器这一节能产品的应用，具有重要的经济和社会意义。1.5 机柜空调+热交换器“机柜空调+热交换器”方式的降温基本思路就是充分利用室外空气中的冷量，通过热交换的手段对机房进行降温。只利用室

20、外新风的冷量，室内空气通过换热冷却后再被送回室内。由于在室外冷源的利用上采用了隔绝换热的方式，从而避免了直接新风换热可能造成的室外空气中的尘埃对机柜内空气洁净度的影响，使新风过滤问题得到缓解。通过控制系统使热交换器与空调设备联动，当室外温度过高，新风无法满足排出全部冷负荷目的时，空调设备将自动启动，保证机柜内部温度在正常范围内。与现行单独采用空调降温方式相比，其具有以下特点：（1）节能，热交换器可以很大一部分时间内代替空调对机房进行制冷，效果比较明显，一般节电效果在30%以上，降低了机房的电能消耗；（2）延长空调的使用寿命，安装热交换器的机房，可以大大减少空调的工作时间，从而延长了其使用寿命，

21、降低了机房的投资成本及维护费用；（3）可作为应急散热设备用，在市电断电或空调出现故障时，多数热交换器产品中所设置的蓄电池设备仍可带动热交换器进行正常工作，所以热交换器可作为应急散热设备使用，确保通讯设备的可靠性；（4）适用范围较广，适合中国大部分地区（除南方几个省份外）；（5）此种降温方式是现今比较有效并普遍使用的一种方式之一。 1.6 液冷系统液冷系统（LCP）的制冷原理是，把冷水送达到LCP（液体冷却柜）。先用LCP柜内风机将热风从服务器后部抽到液体冷却柜中，用LCP内部水管制冷热风，然后将冷风吹到服务器前部，而热水再回流到室外的循环制冷设备，通过这一过程不停循环达到制冷效果。使用液冷系统的节能效果十分明显，服务器前部必须要保持25摄氏度以下才能稳定工作，在机柜外增设房间，再安装空调设备对房间进行降温，想要保持这个温度，必须在空调冷风口达到18到20摄氏度才可以，而液冷设备只要能达到20到25度就可以。另一方面，远程制冷的效率比较低，LCP在相对封闭的运行环境中，效率较高。形象的理解，液冷设备与机房空调的区别，就像冰箱制冷与冷库制冷的区别。对机房来说，LCP将每个机柜包装成为一个“冰箱”，而精密空调