数据中心机房模型介绍

数据中心机房是为电子信息设备提供运行环境的场所,可以是一幢建筑物或建筑物的一部分,包括主机房、辅助区、支持区和行政管理区等。图一所示为典型数据中心机房模型。

图一典型数据中心机房模型

典型数据中心机房工程按照功能划分主要包括辅助设备区(UPS及其电池、柴油发电机组)、主机房、监控室、会商间和办公区等。在实际建设中数据中心机房功能区域的设置和平面布置可以视具体情况有所不同。

数据中心机房的使用性质、管理要求及其在经济和社会中的重要性决定了其特殊性和安全性。它作为建筑物或建筑物的一部分,必然会受到外部环境的干扰,从而影响数据中心机房内电子信息设备的正常运行,轻者遭到经济损失,重者可能影响社会稳定,造成不可估量的重大灾难。外部环境主要包括不安全人员、雷电、水灾、电磁干扰、地震等等。图二所示为典型数据中心机房的风险识别和控制措施。

图二典型数据中心机房的风险识别和控制措施。

基于数据中心的特殊性和风险控制的需要,典型数据中心机房工程所涵盖的工程内容主要包括:装饰装修工程(机房区环境工程、办公区环境工程、监控区环境工程、动力区环境工程);电气工程(柴油发电机系统、不间断电源配电系统、动力配电系统、照明配电系统、电源防雷系统、机房接地系统);空调工程(专用空调系统;辅助空调系统;新排风系统工程);消防工程(自动报警系统;分区气体灭火系统;分区水喷淋系统);弱电工程(楼宇设备自控系统;安防控制管理系统;通信网络自动化管理系统;结构化布线系统;公共信息系统工程:监控中心控制系统)。

数据中心机房工程的用途决定了其设计和建设的复杂性。在设计和施工中应着重解决如下问题:可用性、可管理性、安全可靠性、节能环保。为了更好的解决上述问题,数据中心机房工程设计、施工等参与各方应综合各专业的技术要求,并进行有效的整合、协调和集成,使得各专业在数据中心机房中发挥应有的作用,并形成一个有效的整体,为其中的电子信息设备运行提供高效、平稳的运行环境。

数据中心机房工程设计和施工所涉及的问题极多。本文将就冷热通道的气流组织、管线综合平衡、集中监控平台等几个横跨多个专业的问题展开讨论,并提出相应解决方案。

二冷热通道的气流组织

数据中心机房的气流组织形式应根据电子信息设备本身的冷却方式、设备布置方式、布置密度、设备散热量、设备散热方式、室内风速、防尘、噪声等要求,并结合建筑条件确定。

表一所示机房气流组织形式、风口及送回风温差。

数据中心中机柜或机架高度大于1.8m、设备热密度大、设备发热量大或热负荷大,一般采用活动地板下送风、上回风的方式。目前应用最广泛、最适用的气流组织形式为冷热通道的送回风方式。冷空气从机柜或机架的前面吸入,热空气从机柜后面排除。设备放置在机柜或机架内,将会达到极好的散热效果。如图三所示。

图三冷热通道气流组织

按照上述气流组织的要求,以下问题应得到极好的解决:

1、静压箱的形成

根据《电子信息系统机房设计规范GB50174-2008》的要求,活动地板下的空间作为静压箱时,地板高度不宜小于400mm.活动地板下空间作为静压箱还应做好如下工作:

(1)尽量选择优质的活动地板,以保证在长期低温恒湿环境下材料不变形,不起鼓。

(2)活动地板的铺装应加强质量管理,尤其在边角处理上一定要牢固,以免发生变形影响静压箱的密闭性。

(3)活动地板下的空间应做好封堵工作,尤其在管槽出入处、门(洞)口、轻质隔断下等部位的封堵,以保证静压箱的密闭性。

(4)机柜或其它电子信息设备下方及下进线口应保证密封。

2、保温处理

目前,多数数据中心选用专用空调。为了将温度控制在23±1℃,无论是水冷或者风冷系统,空调机组的出风口的空气温度一般在15℃以下。容易在下层楼板结露,从而影响下层办公区域的使用。因此,地板下应做好保温处理。保温材料的选择应满足消防要求,并应采用环保材料。

3、设备布置

为了保证气流组织顺畅,数据中心内设备布置应有力于空调送回风。目前广泛采用的方式为设备列与空调机组送风方向保持水平,避免交叉甚至垂直。机柜或机架的前门应朝向冷通道,而后门则朝向热通道。因为大量电子信息设备的风扇安装在设备后侧,这样将有力于冷通道吹出的冷空气在设备内主动流通,大大提高了散热效果。在不同机房中可能安装不同类型的电子信息设备,但只要采用冷热通道气流组织,均应尽量按照上述原则进行设备布置。

4、地板排布及风口安装

数据中心的冷热通道一般采用架空活动地板。目前,机房工程大量采用的是600×600mm的抗静电地板。选择风口地板时,应尽量选择与相应地板配套的风口地板。按照冷热通道气流组织要求,冷通道应安装风口地板,而在机柜或其它电子信息设备下方则应密封。照此原则,为了后期运行维护方便以及机房整洁美观,冷通道(设备列中)安装的风口板应尽量选择整板。

数据中心设计时,设计人员应在地板平面图中注明风口地板安装数量和位置。风口地板的数量及安装位置应按照设备散热量、风口地板通风率、室内温差控制的因素综合考虑,由空调专业人员计算设计。

5、回风保证措施

如图三所示,热通道的热空气应该顺畅的回到空调机组进行制冷处理,才能有效保证气流组织的顺畅性。

6、防尘处理

按照数据中心机房要求,静态条件下测试,机房内≥0.5μm的尘粒数≤18000粒/升。在采用冷热通道气流组织的数据中心机房内,空气的流动是十分顺畅的。这要求在气流组织通道内必须做好防尘处理。

(1)地板下原地面应做好防尘处理。在地面保温和地板施工前,原地面应做好洁净处理,并刷(喷)防尘涂料,做好隐蔽检查记录。

(2)原楼板做好防尘处理。在吊顶或转换层施工前,原楼板做好洁净处理,并刷(喷)防尘涂料,做好隐蔽检查记录。

(3)机房内风管等保温材料应尽量避免使用玻璃丝绵等易起尘的材料。

7、环保和节能措施

绿色数据中心机房将是未来设计和施工人员长期共同的目标。绿色数据中心工程涉及的专业多、内容也十分复杂。笔者结合工程实践经验,就机房工程在环保和节能方面的注意事项做如下介绍:

(1)经验告诉我们,机房净高在2.6-3.0m之间将会在回风和节能方面达到平衡。所以,机房选址时应尽量考虑这方面的因素。如果机房层高过高,一般建议增加二次吊顶及转换层,以降低机房净高。

(2)为了保证气流通畅,机房空调机组将加压送风。空调设备出风口至最远端风口地板的距离俗称送风距离。送风距离如果较远,设备送风压力越大,而压力越大,机房噪声也将越大,而且空调效率也会大大降低。有人值守的主机房和辅助区,在电子信息设备停机时,在主操作员位置测量的噪声值应小于65Db(A)。

为了降低机房噪声、提高空调设备效率,送风距离不宜超过15m.在机房选址、设计、平面规划时应考虑这方面的问题。

三管线综合平衡

目前,更多的数据中心工程采用上走线无吊顶方式进行管线综合设计。笔者就此类典型的数据中心机房工程在管线综合方面做如下介绍。

1、顶部联合支架安装

在采用上走线方式的数据中心中,顶部将产生大量的机电安装工作,如灯具、强弱电桥架、风管、消防报警、气体灭火管道、摄像机等。按照传统的安装方式,施工人员将在机房原顶板打大量的孔并采用膨胀螺栓连接。这种安装方式将产生如下不利影响:(1)在原顶板大量打孔将有损原楼板结构;(2)安装完成的设备不能移动位置,将不利于后期电子信息设备安装和使用;(3)可扩展性较差。随着机房后期发展,机房内设备有可能增加,相应强弱电线槽等将增加。如果采用传统的安装方式,势必在后期安装时将重新打孔,成品保护将是一个难题。

顶部联合支架安装方式将很好的解决上述不利影响。所谓顶部联合支架是指在原楼板下安装一层网格Π型钢转换层。这样所安装的设备将可以在转换层上滑动,将大大提高机房的灵活性及扩展性。灯具的安装则采用倒Π型大龙骨,相应电源线敷设在大龙骨内,而灯具也可以根据实际需要在大龙骨上滑动。

图四所示顶部联合支架安装实例。

2、顶部气体灭火管道和报警管线排布和安装消防报警应安装在顶部最高处,而气体灭火管道则紧贴转换层安装。

3、顶部新排风管道排布和安装为了保证机房内净高和气流组织顺畅,新排风管道排布应在满足规范的前提下尽量沿机房墙体贴顶安装,但不得安装在空调机组上前方或正上方,以免影响空调回风。此外,风管排布应与空调送回风方向顺直,不宜交叉甚至垂直。

4、灯具排布和安装

无吊顶机房顶部的灯具应安装在设备或机柜列中上方,不宜安装在设备或机柜正上方。

5、上走线强弱电桥架排布和安装

采用上走线方式的机房在强弱电桥架安装时应结合机柜或设备的下线方式排布。比如某些机柜或设备在其背侧下线,相应桥架安装时应靠后侧安装,反之亦然。强弱电桥架安装时应与空调回风方向顺直,不宜交叉甚至垂直,尤其要避免在空调机组回风口附近交叉或垂直。

6、地板下气体灭火管道和报警管线排布和安装地板下气体灭火管道和报警管线应尽量贴近活动地板底部安装,并且与空调送风方向顺直,不宜交叉甚至垂直,尤其要避免在空调机组送风口附近交叉或垂直。

7、地板下线槽排布和安装

目前,无吊顶机房大部分采用弱电上走线,强电下走线。强电线槽在地板下安装时应与空调送风方向顺直,不宜交叉甚至垂直,尤其要避免在空调机组送风口附近交叉或垂直。为了保证送风顺畅,线槽应在热通道地板下敷设。

8、地板下空调机组冷媒管道和上下水管道排布和安装地板下空调机组冷媒管道和上下水管道应在机组后侧安装,以免影响空调机组送风。结合上述第7点的要求,空调机组定位时一定要在后侧留足空间,经验值为600—1000mm.

四集中监控平台

基于数据中心的特殊用途,工程技术人员必须有效解决其可管理性。目前能够实现的目标是建立一个数据中心集中监控平台,运维工程师在熟练应用这个平台的基础上结合现场巡视,将较好的解决可管理性。

集中监控平台由计算机设备、监控软件、显示设备、监控工作台、各类传感器等组成,并具备与大楼楼宇自控系统集成的接口。其所需集成的专业几乎涵盖了机房环境中所有关键环节。本文就常见的几个系统功能

做如下介绍:

1、开关电源(配电柜)

采用电量检测仪监测机房市电供电质量(电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、频率等参数)。对于重要的参数,可作曲线记录,系统管理员和操作员可以通过历史曲线图查看一年内每一天的电压、频率、有功、无功的最大值、最小值、当前值。通过分析有关参数的历史曲线,可清楚地知道供电质量是否正常。一旦市电参数越限,系统报警,也可通过电话语音系统自动拨打指定的电话、手机进行电话语音报警。

对于机房内重要的配电开关,其状态监控是十分必要的。一旦开关跳闸,监控系统相关界面上开关变色闪烁,同时发出语音报警,并可通过电话语音系统自动拨打指定的电话、手机进行电话语音报警,通知管理人员尽快处理。

2、专用空调

通过专用空调自带的智能通讯接口(RS232/485),系统可实时、全面地监控空调各部件的运行状态、参数数值、故障和异常报警,并可远程修改空调设置参数(温度和湿度)和进行空调的远程开关机。系统一旦监测到有报警或参数越限,将自动切换到相关的运行画面。对重要参数可作历史曲线记录,用户可通过曲线记录直观地看到空调机组的运行品质。对严重的故障,可按事件的报警级别设置是否自动拨打预设的电话、手机进行电话语音报警。

3、UPS电源机组

通过UPS电源机组设备的智能通讯接口及通讯协议,实时地监视UPS整流器、逆变器、电池、旁路、负载等各部分的运行状态,和输入/出电压、电流、旁路电压、电池电压等参数数值,故障和异常报警。系统可全面诊断UPS状况,一旦UPS内部参数越限或组件故障报警,将自动切换到相应的UPS运行画面。方便管理员全面了解UPS的运行状况,及时地发现并解决UPS运行中出现的各种问题。

4、新风系统

一旦新风机停止工作或出现故障,监控主机给出告规划设计NPLAINNING&DESIG机房技术与管理?24?2011年01月警。而在新风处理两侧设备压差开关能有效监控新风过滤器是否需要清洁或更换。

5、漏水检测

鉴于机房内设备的重要性,如不慎发生漏水而不能及时发现并处理,后果将不堪设想。因此用漏水感应线将有可能漏水的水源包围起来,一旦漏水,可确保系统在第一时间报警。避免重大事故发生。

6、环境温湿度

对于重要机房,设备对温、湿度等运行环境的要求非常严格;而面积较大的机房由于气流及设备分布的影响,温湿度值会有较大的区别,应根据主机房实际面积,加装温湿度传感器,检测机房内的温、湿度。通过模拟量采集模块将温湿度传感器检测到的温湿度值传送到监控系统,显示短时间段内的变化情况曲线图。并可设定每个温湿度传感器的温度与湿度的报警上限与下限值。当任意一个温湿度传感器检测到的数据超过设定的上限或下限时,监控主系统发出报警。提示管理员通过调节空调温、湿度值给机房设备提供最佳运行环境。

五总结

数据中心机房是涵盖了建筑、机电安装和IT三大领域多项专业技术的集成工程。在建设中,我们一方面要充分体现各专业的技术功能和遵循其技术要求,还要做好各专业技术的协调配合。而后者往往是工程技术人员常常容易忽略或考虑不周的问题,从而导致工程缺陷甚至留下重大隐患。因此,数据中心机房建设人员尤其是项目负责人,应充分重视和做好专业平衡工作,这将在项目建设、使用过程中受益匪浅。(因篇幅有限,本文略有删节)

参考文献:

1、《浅谈奥运机房建设》,宋利钢,《机房设备与工程》2008年第7期

2、《电子信息系统机房设计规范GB50174-2008》3、《TelecommunicationsInfrastructureStandardforDataCenters》(ANSI/TIA-942-2003)

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