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圖解5G超級路由器和光傳設備冷卻方式

原創
2020-03-17  明哲工作室

        由于5G和大數據業務的快速發展,需要更大的帶寬和更低的時延,超級路由器和光傳設備被快速部署,這些設備功耗巨大,給供電供冷帶來了巨大調整,其中的供冷問題,更是設備部署的難點。這里以華為NE5000E設備為例,介紹相關冷卻問題。

        NE5000E全稱為NetEngine 5000E核心路由器,是華為面向互聯網骨干節點、數據互聯中心節點和城域網核心節點推出的超級核心路由器和光傳設備,單機柜典型功耗超30KW,如表1,4+2+2集群超過200kW,這給三家運營商的機房供電、散熱帶來極大挑戰,其中最最難的就是冷卻問題。

  表1 NE5000E單柜功耗情況

一、NE5000E機柜特性

        目前的NE5000E典型功耗為30KW,27℃情況為28KW,45℃情況下35KW,采用普通前進風后出風方式,單機柜氣流如圖2,獨立的通風通道,系統無熱級聯,NE5000E設備的環溫工作區間較大,支持環溫0~40℃,短期-5~50℃。

  圖2  NE5000E單機柜氣流情況


二、布置方式

        目前有單柜布置(圖2)、B2B集群布置方式(圖3)和多框集群部署(圖4)等多種部署方式,單柜部署典型功耗為30KW,雙柜集群60KW,多柜集群為200KW。

  圖3 NE5000E B2B集群氣流情況

  圖4 多框集群氣流情況

三、冷卻方式

        從目前勘察來看,運營商現有在網運行機房單機柜在6KW的以下,基本采用傳統開放式、房間級制冷無法滿足高密散熱,如果直接布置30KW的NE5000E設備,會產生冷氣配送不均,導致局部熱點明顯,設備進風溫度超出長期工作范圍等情況,如果在目前情況下保障NE5000E的冷卻?下面幾種方案供參考和借鑒:

1、空間置換法

        也叫平均功率密度法。在實際情況中,由于機房空間的限制,增加空調冷量的方法很難實現,因此通過犧牲機柜數量,讓高密度機架可以有效地“借用”鄰近機架的冷量來進行冷卻,總體平均機柜密度小于等于機房的設計功率密度,如布置1個NE5000E設備時,就采用30/5=6個機柜數量,如果布置B2B集群,就需要60/5=12個機柜數量,圖5,而對于多框集群,功耗200KW,需要200/5=40個機柜空間。這種方式不用改變機房原有冷卻方式,利用原有條件,建設較快,缺點是機房利用率低,能效低。

圖5  平均功率密度冷卻方式  

2、熱通道封閉

        對NE5000E的設備出風進行封閉,圖6,讓熱風直接回到空調,這樣方式,可以避免NE5000E的氣流對周圍設備的影響。較高的回風溫度使得與制冷盤管的熱交換更充分,制冷設備利用率更好,總效率有所提升。另外熱通道內的溫度較高,如果把熱空氣直接引到室外,就是熱氣直排技術,可以大大降低設備的空調能耗。這種方式可以利用機房原有條件,缺點是機房利用率低。

  圖6  熱通道封閉

3、行間空調+微模塊方案

        這種方式采用就近制冷,冷卻效果好,冷熱氣流無混合,而且氣流路徑較短,冷氣資源利用效率高,PUE相變前兩種方式可降低0.2,而且機房利用率較高,圖7,不利的是由于主設備熱量高,空間小,溫升快,空調需要實現連續制冷會增加電源的投資。

  圖7 微模塊方案

4、熱通道封閉+熱氣直排

        考慮NE5000E集群的發熱量大,同時設備進出風溫差很高,初步測定,典型功耗情況下,進風溫度22度情況下,設備出風高達40度,這個高的溫度對空調和能耗是一個嚴重挑戰。因此考慮熱通道封閉的同時,可以通過熱排風管,讓風扇低速運行,將40度的熱風直接排出室外,圖8,可以大大降低空調能耗,;另外一方面,當制冷系統發生故障時,直排風機進入高速運行模式,將熱風直排,可以有效延緩機柜溫度的升高,而提供給風機的UPS電源只需要很小。

圖8 熱通道封閉+熱氣直排

5、液冷方案

        當機柜功率密度超過15KW時,采用液冷冷卻方式,滿足設備冷卻的同時,可以很好的節能,如圖9。雖然NE5000E單柜高達30KW,但由于NE5000E設備目前不支持液冷方式,該方案未能實施。

圖9 液冷方案

三、建議

        舊機房可以采用1、2種方式部署,可以直接采用機房原來空調,原來氣流組織和功率密度不變,對機房改動少,安全性較好,缺點是機柜利用率低,機房PUE較高;新機房推薦采用方案三和方案四,優先推薦方案四,微模塊+熱直排,冷卻效果好而且能效高;未來在主設備支持情況下,可以考慮液冷方案,達到更高的能效。

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