随着公司业务高速发展，机房内单机架功耗不断攀升。机房设备功率密度的增加为机房冷却系统带来了日益严峻的挑战。为消除机房局部热点隐患，河北电信某枢纽楼动环维护人员通过CFD技术对核心机房SK-SL列机架的高功率密度制冷系统割接的问题进行了详细分析并提出了解决方案，后经模拟推演，现场试验等手段对方案进行论证，在实施全过程零告警的条件下，完成了机房空调系统的割接替换。
关键词：动环设施；机房空调；局部热点；割接升级；CFD模拟。
01 案例详情
1）基本情况
中国电信河北公司某枢纽楼核心机房始建于2004年，承载省际全网性业务同时集中为全省提供业务支撑，为集团规程规定的A类机房。二十多年来，随着业务量的不断增长，机架功率密度大幅上升，远超机房最初的设计容量，进而出现了气流组织混乱、局部环境温高、供冷能力不足等问题，给通信系统的运行带来不可忽视的安全隐患。
省枢纽某核心机房SK-SL列间通道温度常年处于30℃以上，经封闭冷通道改造后降温效果仍不明显。针对此问题，动环维护人员采用CFD技术对核心机房SK-SL列机架的局部环境温高的问题进行了详细分析并提出了优化方法，通过CFD模拟推演对优化路线进行论证，确定了空调割接扩容的解决方案，并采取现场试验对方案的实施细节进一步优化，实现了改造过程零告警的机房局部供冷能力升级。
2）详细描述
(1) 设备散热现状
对SK-SL列间通道周边机柜功耗水平进行逐一勘察，结果如下：
由上图调研结果可以看出，SK-SL列间通道周边机柜功耗较大，共计98.7kW。其中SK-SL两列机柜中，有近半数机柜的设备功耗已超过原有的设计容量（3kW），最大的单机柜功耗6.1kW。
且经现场勘察，发现SK-SL柜列周围的列间通道宽度不足600mm，设备散热所需空间严重不足，易造成空间局部热堆积。
(2) 供冷能力
用于列间通道环境控制的冷源设备为3台某品牌风冷型房间级精密空调，额定制冷量30kW，于2014年投入运行。
空调的气流组织形式为经送风静压箱的下送上回。该静压箱自SJ列至SM之间的列间通道均有设置可变开度的百叶出风口，可在一定范围内调节送风量和送风方向。
考虑到空调服役年限较长，维护人员对空调的实际制冷量进行了现场测试，结果表明空调风机风压不足，静压箱出口风速低，室内机箱体内存在“冷堆积”现象，单台空调的实际制冷量约为23kW左右。
(3) 问题分析
从冷热供需关系上看，SK、SL、SM三列设备运行时所产生的冷负荷为73.5kW，而周边的主力冷源却仅能提供69kW冷量，明显有“入不敷出”的现象，且已无法满足维护规程所要求的设备容量N+1（N≤5）冗余的配置原则。
采用CFD技术对单台空调停机故障进行非稳态下的模拟推演。计算结果表明，当最近的一台设备停机后，SK-SL列间冷通道内的环境温度将在10分钟内由30℃升高至48℃，甚至会给相邻的SI-SJ冷通道带来温高风险。
综上，该位置供冷能力严重不足，且缺乏合理冗余，若单台空调故障，极易引发多台空调压缩机过热保护，存在重大的机房温高隐患。
(4) 确定解决方案
基于上述分析可以看出，该区域的局部热点不仅是机房气流组织混乱所造成的，此前所实施的机柜盲板封堵、冷通道封闭改造均不能从根本上解决此问题。而是应该从冷热供需关系入手，实现设备散热与冷源供冷的匹配与平衡。
因此，解决该隐患有以下两条路线：
其一是降低冷负荷，减少机柜内的设备的功耗，降低散热量，结合前文所述数量关系，SK、SL、SM三列的设备需下电或迁移共计28kW用电负荷以满足冗余供冷目标。
其二是加强该区域的供冷能力，譬如在局部热点附近加装列间空调、对已有空调进行扩容替换、从冗余较多的区域引入冷风。
在对各用电专业的需求进行调研以及对现场空间情况进行测量后，综合权衡各方案的经济成本、时间成本以及改造难度。最终采取对已有空调进行升级改造的解决方案。
拟将原有的两台空调更新为维谛Liebert PEX 系列房间级变频风冷精密空调，同时联合以氟泵、LVC集中式冷凝器、智慧雾化系统等技术提高空调系统能效。
该系列空调配备了维谛技术新一代变频控制系统，系统通过全链路精密调节，可柔性响应机房热负载波动，实现真正的按需制冷。
如上图所示，在同一工况下（室外温度36℃，空调设定温度22℃，变频100%满载），被替换的原空调实时能耗为14.9kW，维谛PEX系列空调为9.4kW，节能率高达30%。
此外，根据其他机房的实测数据，该系列空调在同工况下，功耗相较于原有空调减少30%。由此可推算出，经升级改造后，在实现消除局部热点的前提下，该区域空调可节约用电160600kWh/年，减少CO₂排放约160吨/年。
(5) 空调替换方案实施过程
为尽可能避免方案实施所带来的机房温高风险，最大限度的缩短割接过程中的停机时间，保证割接停机时有较为充足的冷量供应，前期准备工作以及施工共历时9个工作日，具体过程如下：
1. 屋面室外机安装（1天）
将两台新空调室外机吊装在屋面预设位置，并将底座焊接牢固。
2. 冷媒管路敷设焊接（2天）
将冷媒铜管自新空调室外机沿设计路线敷设并焊接至室内机位置。
3. 新空调拆解（1天）
由于新装空调体积较大，无法整机移动至指定位置，需要厂家技术人员对成品空调拆解，后在指定位置重新组装。
4. 机房空调巡检、温度下调、临时补冷方案试验。（2天）
拆除空调前一天，维护人员对机房区域周边的空调设备进行精细维护，确保空调稳定运行在最佳状态，并把机房的整体设定温度调整至22℃，将整个机房作为“冷池”储备割接停机时所需的冷量。
此外，参考机房应急补冷预案对空调停机状态下临时供冷方案的有效性进行试验。临时供冷方案采用软风管自机房其他空调出风口引风，后经20000m³/h工业冷风扇送入SK-SL冷通道，同时在冷通道内铺满装有冰块的矿泉水瓶以实现冷通道的降温。此外还辅以三台便携式轴流风机对相邻热通道进行排热，每隔10min对冷通道及周边环境进行巡视。试验结果表明，临时供冷方案实施全过程可将环境温度控制在31摄氏度以下，方案实施20min后能够有效控制冷通道环境29℃/50%RH，冷通道内冰块需3小时更换一次，融冰期间产生的冷凝水较少，不会对机柜设备造成威胁。
5. 第一台空调替换（1天）
拆除西侧29#旧空调，安装调试新空调并投入运行。
6. 原空调利旧替换（0.5天）
东侧的30#旧空调在前期检查时发现翅片有“慢漏”的现象，将前一天的替换下的旧空调进行利旧替换。
7. 更换中间28#空调（1天）。
8. 新空调运行观察48h，测试确认运行无异常后将机房环境温度调回至24℃，拆除旧空调室外机，割接完成。
测试观察期间，在仅有两台新空调满负荷运转时，SK-SL冷通道内的最高温度可降至24℃以下，空调扩容改造方案取得圆满成功。
02 思考与总结
1）案例总结
本案例围绕河北公司省枢纽楼 A 类核心机房 SK-SL 列间通道 “局部温高、供冷不足、冗余缺失” 的核心问题，通过 “问题精准诊断 — 方案科学论证 — 风险闭环防控 — 分步稳妥实施” 的全流程管理，成功完成制冷系统升级改造，实现了三大核心目标：一是彻底消除温高隐患，改造后机房标称冷量从原 90kW 提升至 130kW，SK-SL 列间冷通道最高温度从 30℃以上降至 24℃以下，满足设备运行环境要求；二是恢复供冷冗余能力，新系统冷量不仅覆盖当前 73.5kW 冷负荷，还满足集团规程 “N+1 冗余” 配置原则，即使单台空调故障也可避免温度骤升风险；三是实现零风险改造，全程未触发任何温高告警，核心业务无中断，验证了改造方案的安全性与可行性。
在实践过程中，三大关键举措为改造成功提供了保障：
CFD 技术的应用突破了传统“经验判断” 的局限，即通过热力仿真明确了 “冷热供需缺口” 和 “通道宽度不足 600mm 导致热堆积” 的核心矛盾，又通过非稳态模拟预判了 “单台空调停机 10 分钟内温度升至 48℃” 的故障风险，为 “空调扩容替换” 方案的确定提供了数据支撑，避免盲目改造。
前期投入 2 天开展临时补冷试验，通过 “软风管引风 + 工业冷风扇 + 冰块降温 + 轴流风机排热” 的组合方案，验证了停机期间环境温度可控制在 31℃以下；实施阶段采用 “单台替换 + 48h 运行观察” 的分步策略，同时将机房整体温度下调至 22℃构建 “冷池” 储备冷量，最大限度降低割接风险。
针对东侧 30# 旧空调 “翅片慢漏” 问题，将前一天替换的旧空调利旧复用，减少设备采购成本；新空调选型精准匹配冷负荷需求，既避免 “大马拉小车” 的能耗浪费，又确保供冷能力冗余，实现 “效能 - 成本” 平衡。
2）案例思考
本案例作为老旧核心机房应对 “功率密度攀升” 的典型实践，其经验可进一步延伸至通信行业机房运维与升级工作，同时也为未来工作提供了三大方向的启发：
当前多数 2000 年后建成的 A 类机房均面临 “设计容量滞后于业务发展” 的问题，仅通过 “冷通道封闭、机柜盲板封堵” 等气流优化手段，无法从根本上解决 “供冷能力与冷负荷不匹配” 的核心矛盾。本案例的 “先核算冷热平衡、再针对性扩容” 思路表明：老旧机房改造需先通过 “现场功耗勘察 + CFD 热力分析” 明确核心矛盾，再选择 “降负荷” 或 “补供冷” 的解决方案，避免无效投入。
CFD 技术在本案例中展现了 “故障预判、方案验证” 的双重价值，但目前多数机房仅在出现温高隐患后才启用该技术。未来可将 CFD 纳入机房 “全生命周期管理”：新设备上架前，通过 CFD 仿真预判单柜功耗增加对周边环境的影响；每年度开展一次机房热力环境全面仿真，提前发现 “潜在热点”（如某列机柜功耗逐年上升导致的供冷余量不足）；扩容改造前，用 CFD 对比 “空调替换”“列间空调加装” 等多方案的效果与成本，提升决策科学性。
本案例通过 “48h 运行观察” 验证改造效果，但后续仍需依赖人工巡检监测温度变化。未来可结合机房动环监控系统，构建 “智能温控体系”：一是加装冷通道内 “多点温度传感器”，实时采集每台机柜进风口温度，一旦超 28℃立即触发预警；二是引入 AI 动态调节算法，根据设备实时功耗（通过动环系统获取）自动调整空调送风量、送风温度，避免 “满负荷运行” 造成的能耗浪费；三是建立 “冷负荷预测模型”，结合业务发展规划，提前 6-12 个月规划供冷扩容，避免 “隐患积累后紧急改造” 的被动局面。
综上，本案例不仅为老旧核心机房局部供冷升级提供了可复制的实践模板，更揭示了 “技术驱动、风险前置、智能赋能” 是未来通信机房运维的核心方向 —— 唯有以 “数据为依据、预案为保障、迭代为目标”，才能持续应对业务发展带来的能耗挑战，保障核心通信系统安全稳定运行。
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