通信设备需要在严格的环境保障中运行，数据机房中的设备对环境的依赖程度就更高。机房空调要完成对机房温度、湿度、洁净度和气流速度等环境参数的控制，确保机房环境达到通信设备的要求。在水冷服务器没有正式商用的情况下，温度、湿度，甚至是洁净度，都是以气流作为载体的，气流就是机房空调对环境保障最直接的表现形式。从用户的角度看，只要空调配备的容量大于等于负荷，就完全可以忽略空调庞大的系统和复杂的参数，只看与通信设备相关的气流，就可以判定空调对环境的保障效果。良好的气流组织，不仅可以节能，更能确保设备的安全稳定运行。而在目前运行的通信机房中，气流不足或不均的情况非常普遍，气流能满足需求的，又往往是以过量的配置来实现的。因此，科学合理的气流组织是我们追求的目标。

　　1 气流组织的定义

　　气流组织是指对气流的流向、流量、压力和均匀度按一定要求进行组织和分配。所谓气流组织的实现，就是在空调房间内按照气流的基本特性，合理地布置空调机组、风路、送风口、回风口以及设备机架的气流通道，使得经过净化和热湿处理的空气，由送风口送入相应部位，在扩散或与热源的接触过程中，均匀地消除室内余热、余湿和灰尘，从而使工作区形成比较均匀稳定的温度、湿度、洁净度，以满足通信机房生产工艺的要求。

　　2 机房气流组织的分级

　　机房中气流组织需要整体考虑，但因情况复杂，需要将气流组织进行分级，即机房级气流组织、机架级气流组织、设备级气流组织。

　　2.1 机房级气流组织

　　2.1.1 上送风还是下送风

　　机房级气流组织需要解决的第一个问题就是上送风还是下送风的问题。在这个基础问题上是有过争议和反复的，所以目前在用机房由于历史原因，也是上送风和下送风方式都有。上送风侧回风，绝大部分采用射流+弥漫式的方式，往往冷却效果不好。在实际使用中，为解决上送风冷却不良的问题，会在空调顶上加1个风帽，用百叶调节出风方向，或者干脆在热点区域再增加空调。所以，上送风机房中，有很多是在原设计专用空调的基础上，增加了多台柜式空调作为热点的“灭火器”，而经过校核计算，原有的专用空调无论是在冷量还是风量上，已经远大于机房的需求，但效果就是不好。

　　为了解决上送风自由射流的冷却方式不可控制的问题，有部分机房中采用了通风中的岗位送风方法，加装了风管，做得更细致的采用了精确送风的方式(见图1)。但只要用风管，就会出现风管成为单点的可能，阻碍了机组之间的气路互备。而且，风管的布置占用机房空间多，容易与其他管路冲突，系统的分支、阀门、控制都比较复杂，最终很难大面积推广。

　　相比之下，根据大量机房的长期使用经验和气流热压等基本原理，下送风方式是最合理的，而且与架空地板静压箱配合也可以形成最简单的气路，不需要再增加额外的管路，这种大静压箱，对多机并联运行、主备机转换、在网改造、扩容等都很方便。因此，下送风是机房级气流组织的最佳方案已经非常明确。

　　2.1.2 架空地板高度

　　机房级气流组织需要解决的第二个问题是假地板静压箱需要多高，也就是通风空间的问题。静压箱首先是可用来减少噪声，但同时可获得均匀的静压出风，减少动压损失。而在通信机房内，对减少噪声需求不高，而对减少动压损失、均匀出风的要求更高。一般来说，静压箱的尺寸越大，送风气流越均匀。民用中央空调系统中的吊顶式静压箱，截面风速在2.5 m/s以内即可，但对于通信机房，建议截面风速1.0～2.0 m/s为好，取低风速可以减少动压损失。

　　在我国机房设计新标准中规定，如果防静电活动地板下仅作为电缆布线使用时，活动地板的高度要大于200 mm，而如果作为空调静压箱使用时，地板高度不宜小于350 mm。在美国电信工业协会TIA-942标准中规定，TierⅣ级要求的防静电地板架空的最低高度为750 mm。而在实际应用中，高密度机房地板架空高度可以达到900 mm，甚至是1 200 mm，均衡气流的效果非常明显。静压箱高度大于750 mm后，位于空调近端和远端的送风量偏差可以小于10%，而300 mm的地板，近端和远端的偏差会达到40%～50%。

　　2.1.3 减少局部阻力

　　2.1.4 减少短路

　　机房级气流组织需要解决的第四个问题是短路。空调送出的气流，如果未流经通信设备，在空间里就近被空调吸回，将形成空流，由于没吸收热量，其焓未增加，会使回风温度降低，这将影响其在蒸发器中再次被冷却的效率，而且也会浪费风机的循环驱动功率。这种浪费，在上送风系统里尤其明显，在下送风系统中要好很多。避免气流短路最好的方法就是约束，对送风路径或回风路径进行封闭，就可以进行有效隔离，当然送回风均采用隔离措施，效果更好，例如在地板送风的同时利用天花板空间回风，就能完全避免气流短路。在机房中，容易被忽略的气流短路是备用空调，如果未设置止回风阀，在停机时会形成倒流漏风。

　　2.2 机架级气流组织

　　机架级气流实际上是气流组织的核心，而又经常被忽略，这就是大部分机房冷却不良的根源。曾经遇到在一个级别非常高的机房里，有1个机架冷却效果很差，经现场检查发现，在下送风的机房里，这个机架的前进风后排风底板居然是封闭的，机房通道中又无地板穿孔透风。类似这样的情况还有很多，在这样的使用方法下，机房空调配置得再多，机房气流组织再好，也无法得到良好的利用。因此，机架的排列和机架的结构，成为机架级气流组织的重点。

　　2.2.1 机架的排列

　　机架排列的第一个问题是机架的列向与空调出风方向的配合。对于图3和图4的布局方式，很容易分辨如何布置更合理。对于自由射流的上送风，要考虑送风和回风的路径。对于下送风，虽然送风路径在架空地板下，但回风是利用机房走廊和顶部空间，图4的方式更有利于回风，气流也就更通畅。在目前应用下送风越来越多的情况下，对于下送风的气流组织方式，应更多地考虑回风的问题，回风路径的优劣将决定系统的效果，而且回风中的热回风越多就越好。

　　每列机架的朝向也是一个问题，在早期，因为要保持机房的美观整洁和操作、管理等方面的原因，把每列机架都朝向一个方向，也就是图3的排列方法，这很容易造成前排吐、后排吸的现象，后排的机架进风温度明显高于前排，机房温度分布严重失衡。应用“面对面、背靠背”的排列方式后，很自然地形成了冷热通道，空调机组的回风口如能正对着热通道，回风容易且回风温度高，将大幅提高空调的利用率，充分发挥效能。但冷热通道之间，在机房空间中还是贯通的，再进一步的做法是封闭冷通道或封闭热通道，经模拟计算，封闭冷通道比封闭热通道的效果要好，在机架前面板平均风速不同的情况下，封闭冷通道可以使设备得到更低的进风温度，只有达到1.3 m/s的风速后，两者的效果才趋于一致。但封闭冷通道对设备操作人员会带来不便，在冷气流的吹拂下工作的舒适感会很差，而封闭热通道可以提高操作人员的舒适感。

　　图5示出的是封闭冷热通道的区别。

　　封闭冷通道是目前最好的方法，对于设备进风温度的保障性最好，造价也不是很高，只要用透明玻璃对机架间走廊的顶部封闭，走廊两侧做横移门即可。机架底部无需开口，气流完全可以从前面板进入设备。走廊的地板开孔，使架空地板下的冷气均匀上送，走廊又成为地板静压箱的延伸，使气流均匀度达到最佳。

　　封闭热通道的效率比较高，由于直接约束设备排出的热气流能提高空调回风温度，因而可充分使用空调制冷系统的冷量，进而提高制冷量和效率(见图6)。

　　但无论是封闭冷通道还是封闭热通道，由于机房中气体消防系统的存在，都必须考虑消防预警通知和逃生通道的问题。比较简单的做法是在封闭的通道内加装消防警铃和消防面具等。

　　2.2.2 单机架的气流

　　单机架的气流组织包括单架容量、进风结构、封闭空位。

　　机架的进风结构不是孤立的，必须与机房的气流大循环相匹配。包括是底部进风还是前面板进风，前面板封闭还是开孔，后面板封闭还是开孔，前面板腔体的体积，后部接线的空间设计等。这些问题不能合理解决，气流将严重受阻，冷却效果明显低于预期。

　　封闭空位是最基本的要求，例如，上下服务器间的空位没有封闭，由于气流类似于电流，阻力小的路径更容易通过大的气流，因此未封闭的空位使气流白白流走而未带走热量。

　　所以，机架不应该只是考虑如何能装下多少设备，而是需要进行内部布局，如风道在哪里，布线在哪里，设备之间的空U位怎么处理，等等。以前那种底部进风、顶上设置排风扇、前后面板封闭、机架内无任何进排气阻隔的机架，只是把机架当成“烟囱”，完全没有考虑设备是前进风后排风的。因此，机架必须经过周密的结构设计，充分考虑设备的热过程，才能使机房的气流应用达到最好。

　　2.3 设备级气流组织

　　设备级的气流组织并不是用户和维护人员能够改变的。设备制造商需要对设备进行热设计，将少发热的部件置于进风口，将高发热部件靠近排风口，设备的风扇应能够在环境温度(设备吸入口处)满足标称指标下正常运行，气流的循环驱动(压力)应由风扇提供而不是由空调系统提供。在机房实际安装设备时，用户需要注意的是，个别设备进风口和排风口是与常归设备相反的，即后进风前排风，这样的设备绝不能与常规设备共架。

　　3 其他形式的气流组织

　　由于业务发展等情况的约束，超大型机房很可能无法一次性达到终期容量，如果开放整个机房会造成严重的浪费。大量的数据表明，超过一半的机房启用3年后，实际装机容量不足设计容量的30%。因此，模块式、拼装式的机房应运而生。由于自成体系且规模不大，所以行级别制冷或吊顶制冷等方式也开始使用。这2种方式可以在独立的小系统中运用，也可以作为大系统中局部热点的冷量补充，尤其是在已经存在大量问题的在用机房中，但运用的前提是不能影响原来机房气流的总体方向。

　　4 气流组织的效率

　　气流组织对通风效果的影响是很大的，在通风系统中，一般以控制有害物质的效率来计算，而在机房中，一般是控制温度，因此可以引入温度均衡系数η，其计算公式为

　　式中：

　　当服务器的排风平均温度趋于机房回风温度时，η趋向于100%，当服务器的排风平均温度偏高时，设备冷却气流不足，总气流中有空流，效率将下降。

　　机房中运用的气流组织方式一般有2种，即上送下回和下送上回，其均衡系数(或者是效率)分别为50%和50%～100%，显然下送上回的效率会高一些。最理想的状态是层流方式，此时所有的热量将被平推到空调的回风口，效率可以达到100%，但实际应用中很难做到，图7示出的是实际应用中最接近于层流的送风方式。

　　5 气流组织的原则

　　为了能够组织好机房气流，在初始设计阶段和维护过程中，应遵守机房气流组织的5个原则。

　　a) 机房级：约束气流，避免乱流。

　　b) 风路中：同程路径，防止差异。

　　c) 空调机：拉开送回，不要短路。

　　d) 行列级：封闭通道，杜绝掺混。

　　e) 机架级：堵塞空位，阻止空流。

　　6 结束语

　　通信机房的气流组织，对于提高空调系统效果的可预测性和可控制性是非常重要的。能够按照设备的需求，合理分配气流，做到“气尽其用”是机房冷却系统追求的目标，良好的气流组织，不仅能提高设备运行的环境安全，更能节约建设投资和运行费用，达到节能的目的。

　　责任编辑：DJ编辑