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數據中心基礎設施的建設與設計

作者:中國儲能網新聞中心 來源:UPS應用 發布時間:2019-06-08 瀏覽:
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數據中心的基礎設施是計算機機房建設的重要環節。計算機機房工程不僅集建筑、電氣、安裝、網絡等多個專業技術于一體,更需要豐富的工程實施和管理經驗。計算機機房設計與施工的優劣直接關系到機房內計算機系統是否能穩定可靠地運行,是否能保證各類信息通訊暢通無阻。由于計算機機房的環境必須滿足計算機等各種電子設備和工作人員對溫度、濕度、潔凈度、電磁場強度、噪音干擾、安全保安、防漏、電源質量、震動、防雷和接地等要求。因此,一個合格的現代化計算機機房,應該是一個安全可靠、舒適實用、節能高效和具有可擴充性的具有綠色理念的現代化機房。

一個現代化的數據中心建設一般應包括以下幾個方面:裝飾裝修系統工程、供配電系統工程、空調和新風系統工程、建筑智能化系統工程、防雷系統工程以及消防系統工程等。而每個系統工程又由若干個子系統構成,每個子系統又由若干個單項工程組成。正是由這些不可再分的單項工程共同組成了一個復雜的數據中心的有機體。

數據中心供配電系統

1、設計理念

數據中心的負載大都是用于存儲重要信息的服務器,任何的電力系統事故都將可能造成不可估量的損失,因此供配電設計力求安全可靠、系統清晰,且具有良好的可擴充性能。

2、設計要點

計算機機房負載分為主設備負載和輔助設備負載。主設備負載指計算機及網絡系統、計算機外部設備及機房監控系統,這部分供配電系統稱為“設備供配電系統”,它對供電質量要求非常高,應采用UPS供電以保證供電的穩定性和可靠性。在要求較高的機房項目中,UPS可采用并機技術。輔助設備負載指空調設備、動力設備、照明設備、測試設備等。“輔助供配電系統”的供電由市電直接供電。

機房內的電氣施工應選擇優質電纜、線槽和插座。插座應分為市電、UPS及主要設備專用的防水插座,并注明易區別的標志。照明應選擇機房專用的無眩光高級燈具。

機房供配電系統是機房安全運行的動力保證,機房往往采用機房專用配電柜來規范機房供配電系統,保證機房供配電系統的安全。機房一般采用市電、柴油發電機組雙路供電,柴油發電機組作為主要的后備動力電源,運行成本較低。

機房接地系統是涉及多方面的綜合性信息處理工程,是機房建設中的一項重要內容。接地系統是否良好是衡量一個機房建設質量的關鍵性問題之一。機房一般具有四種接地方式:交流工作地、安全保護地、直流工作地和防雷保護地。在機房接地時應注意兩點:

1、信號系統、電源系統、高壓系統和低壓系統不應使用共地回路;

2、靈敏電路的接地應各自隔離或屏蔽,以防止地回路和靜電感應而產生*。機房接地宜采用綜合接地方案,綜合接地電阻應小于1Ω。

3、綠色理念在供配電設計中的運用

大型數據中心為了完成企業的數據處理與分析任務,設置了幾十臺或上百臺甚至上千臺的服務器,以及供服務器存放數據的大量磁盤陣列等設備,為了協同工作,這些設備還要通過網絡級聯起來,并且還有協同工作軟件和設備把它們管理起來,這就造成設備眾多、效率低下、占地空間很大,機房的供電、靜音、空調、散熱等問題都一一顯示出來。因此綜合起來,綠色數據中心建設是一項系統工程,因為它面臨著諸多要解決的問題,對于IT行業來講,主要就是提高IT設備(服務器、存儲器、網絡設備等)的電能利用率,盡量降低電能的損耗,此外,在提高計算密度的同時,通過新的散熱技術和數據中心的整體設計來解決散熱問題。

要解決這些問題,首先要了解和分析數據中心應用的具體情況,針對這些問題提出一個整體解決方案,只有這樣,才能實現提高數據中心效能和降低電力損耗以及減少占地空間的整體目標。

空調和新風系統

1、設計理念

一般情況下,空調的設計要考慮備份,因為服務器設備工作時會散發出大量的熱量,一旦空調設備出現故障就會導致機房內溫度激升造成停機丟失數據等不可逆轉的損失。因此一般考慮“一用一備”,或者“兩用一備”的方式。一般不主張在數據中心內安裝水冷機組,避免漏水事故造成停電。

2、設計要點

機房精密空調系統的任務是為保證機房設備能夠連續、穩定、可靠地運行,需要排放機房內設備及其它熱源所散發的熱量,維持機房內恒溫恒濕狀態,并控制機房的空氣含塵量。為此要求機房精密空調系統具有送風、回風、加熱、加濕、冷卻、減濕和空氣凈化的能力。

機房精密空調系統是保證良好機房環境的關鍵設備,應采用恒溫、恒濕精密空調系統。

機房新風換氣系統主要有兩個作用:其一,給機房提供足夠的新鮮空氣,為工作人員創造良好的工作環境;其二,維持機房對外的正壓差,避免灰塵進入,保證機房有更好的潔凈度。

機房內的氣流組成形式應結合計算機系統要求和建筑條件綜合考慮。新排風系統的風管及風口位置應配合空調系統和室內結構來合理布局,其風量根據空調送風量大小和機房操作人員數量而定,一般取值是每人新風量為50m3/h,新風換氣系統可采用吊頂式安裝或柜式機組,通過風管進行新風與污風的雙向獨立循環。

新風換氣系統中應加裝防火閥并能與消防系統聯動,一但發生火災事故,能自動切斷新風進入。如果機房是無人值守的則沒必要設置新風換氣系統。

3、綠色理念在空調設計中的運用

空調和新風的設計和配電一樣,也是數據中心的核心內容。空調的熱交換一直是造成大氣污染的重要因素,因此在設計時要注意熱量的計算盡量準確,避免很大的冗余造成能源的浪費。同時,雖然水冷機組要慎用,但是在防護得當措施得力的情況下,使用水冷機組將大大減少對環境的污染。在人員辦公區,空調的設計更應該響應國家的號召,不能超量設計。

建筑智能化系統

1、設計理念

智能化設計在計算機機房建設中日益顯示出重要的地位,其著眼于利用先進的設備和軟件技術對數據中心內的人員和設備進行監控和管理,方便操作人員對數據中心進行維護。

2、設計要點

機房監控系統的規模不大,卻是建立機房安全防范機制不可缺少的環節,能夠24小時監視并記錄機房內發生的任何事件。

機房門禁系統多采用非接觸式智能IC卡綜合管理系統。該系統可靈活、方便地限定進入機房的人員、時間、權限,防止人為因素造成的破壞,保證機房的安全。

機房的水患來源主要有:機房頂棚屋面漏水;機房地面由于上下水管道堵塞造成漏水;空調系統排水管設計不當或損壞漏水;空調系統保溫不好形成冷凝水。機房水患影響機房設備的正常運行甚至造成機房運行癱瘓。因此,機房漏水檢測是機房建設和日常運行管理的重要內容之一,除施工時對水害重點注意外,還應安裝漏水檢測系統。

隨著社會信息化程度的不斷提高,機房計算機系統及其環境設備均日益增多,機房環境設備(如供配電系統、UPS、空調、消防系統、保安系統等)必須時刻為計算機系統提供正常的運行環境。因此,對機房動力設備及環境實施監控就顯得尤為重要。

機房環境及動力設備監控系統主要是對機房設備(如供配電系統、UPS、防雷器、空調、消防系統、保安門禁系統等)的運行狀態,溫度、濕度、潔凈度,供電的電壓、電流、頻率,配電系統的開關狀態,測漏系統等進行實時監控并記錄歷史數據,實現對機房遙測、遙信、遙控、遙調的管理功能,為機房高效的管理和安全運營提供有力的保證。

3、綠色理念在建筑設計中的運用

在智能化設計中要根據自身數據中心的特點和投資情況綜合考慮,不能一味地追求最好的產品和技術,應該理性選擇合適的方案。比如在設計保安監控系統時,有的用戶要求24h不間斷錄像,這在實際應用中大可不必。可以選用追蹤動態錄像產品,一旦監控區域有移動目標出現時自動啟動錄像功能,這樣就大大降低了對存儲介質的需求,從而節省大量的投資。另外,在設計時要充分考慮系統的可擴展性和兼容性,否則新的產品和技術出現以后其升級改造會是一個難以解決的問題。

裝飾裝修系統

1、設計理念

機房內的裝飾設計從風格上一般力求簡潔、明快;從使用功能上吊頂和地板可拆卸以便維護,甚至有的用戶要求墻面也要做到可拆卸;從功能分區上要遵循機房使用的一些基本需求,如更衣室、緩沖間、主機房、維修間、備品備件室、監控中心、參觀走廊等都是必備的功能劃分;從平面布局上力求合理和實用;從層高的考慮上不可一味追求大空間,這樣會加大空調的配置。層高也不能過低,否則會造成壓抑等不適感,同時在過矮的情況下如果擺放機柜過密還會影響機柜操作區域的照度;層高一般宜在2400mm左右,不宜高于3000mm,不宜低于2200mm。

2、設計要點

1、隔斷的設計

為了保證機房內不出現內柱,機房建筑常采用大跨度結構。針對計算機系統的不同設備對環境的不同要求,便于空調控制、灰塵控制、噪音控制和機房管理,往往采用玻璃隔斷墻將大的機房空間分隔成較小的功能區域。機房外門窗多采用防火防盜門窗,機房內門窗一般采用無框大玻璃門,這樣既保證機房的安全,又保證機房有通透、明亮的效果。

2、地面的設計

在機房工程的技術施工中,機房地面工程是一個很重要的組成部分。機房地板一般采用防靜電活動地板。活動地板具有可拆卸的特點,因此,所有設備的導線電纜的連接、管道的連接及檢修更換都要便利。隨著材料技術的發展,在很多無人辦公的配電機房,越來越多地采用抗靜電地板或者抗靜電地板漆的地面設計,這樣的好處是節省空間和成本,在層高受限制且采用上走線方式的配電室特別適用。地板的鋪高一般在300mm左右,但是隨著網絡服務器等設備發熱量的增加,需要更大的地板下空間來實現空調的送風和配電的線槽敷設。

3、吊頂的設計

計算機機房內的吊頂設計宜采用金屬板材,其一,滿足防火規范;其二,不起塵、不掉纖維,可保證機房潔凈度;其三,模數化的成品材料便于燈具、風口等設備的布置;其四,便于現場裝配施工,縮短工期,且因避免現場二次加工而能充分保證產品質量。在大多數的通信機房設計里面,目前也較多采用無吊頂式的設計方案,這樣做的好處是可以有效降低裝修的成本。但與有吊頂的房間比,由于空間的加大會增加空調配置以及增大氣體滅火保護區的容積,而這些投資往往有時候會超過裝修節省的費用,而且美觀性會大打折扣。因此在設計吊頂時要綜合考慮如下因素:層高限制、美觀影響、投資限制。

4、墻面的設計

計算機機房內的墻面一般宜采用金屬板材。其一,裝飾效果好;其二,便于廠家根據現場測量的尺寸定制加工確保質量;其三,便于現場裝配化施工,提高效率;其四,防火性能好,滿足消防規范的要求。以前曾較多地使用鋁塑板來做墻面的裝飾,但因其不可拆卸,而且現場粘貼還會產生污染,防火性能比金屬板差,因此逐漸淡出了設計師的視線。乳膠漆有時候也是一種不錯的選擇,從防火性能和成本上都能起到很好的效果。但對于需要在墻體內隱蔽走線的時候,施工的難度會加大。

3、綠色理念在裝飾設計中的運用

在現代化的數據中心建設中,作為設計師必須強調綠色設計概念。所謂綠色設計是指環保無污染的可持續發展的設計理念。在裝飾設計中,首先從平面規劃上注意不要追求超大、超寬、超高。其次從選材上必須選用綠色環保產品。在用材方面不要一味追求奢華、高價,要選擇與投資規模和使用功能最匹配的設計方案和材料。在設計時還要考慮今后幾年的發展,一些房間的功能可以通過隔斷的改造輕松合并,這樣就賦予了計算機機房新的含義。

防雷系統

1、設計理念

防雷設計是一個非常重要的環節,國內外有很多關于數據中心遭受雷擊的報道。數據中心一般要實現三級防雷保護。

2、設計要點

機房雷電分為直擊雷和感應雷。對直擊雷的防護主要由建筑物所裝的避雷針完成;機房的防雷(包括機房電源系統和弱電信息系統)工作主要是防感應雷引起的雷電浪涌和其他原因引起的過電壓。

3、綠色理念在防雷設計中的運用

在滿足國家規范的前提下,還要考慮各地方氣象部門的具體規定。在弱電防雷方面一定要結合實際。曾經碰到過一個案例,用戶要求對局域網的每一個終端模塊進行防雷設計,結果投資呈十倍以上的增長。實際上如果加以改進,既可以有效地起到防雷的作用,又可以大幅減少投資。

消防系統

1、設計理念

數據中心的消防設計要注重對人員和設備均不造成傷害,而且一定要注意與電氣系統和空調系統的聯動。

2、設計要點

機房應設置氣體滅火系統,氣瓶房間應設在機房外面。為管網式結構,在屋頂上設置噴嘴,火災報警系統由消防控制箱、煙感、溫感聯網組成。

機房消防系統應采用氣體消防系統,常用氣體為七氟丙烷。

3、綠色理念在消防設計中的運用

設計時要考慮噴射的氣體必須無毒,對人員無害,對服務器設備不造成機械性損傷。因此,產品的選擇是至關重要的環節。同時要結合裝修設計,合理分區,合理設計層高等,這樣可以優化消防設計,減少藥劑的使用量,節約資金。

我國數據中心建設的現狀

1、需要建設數據中心的單位對“綠化”認識不足

目前絕大多數需要建立大型數據中心的單位,對數據中心“綠化”認識不足。在系統規劃時,只是看到了數據中心的處理能力如何,磁盤陣列要多大,網絡怎么規劃,UPS如何配置等情況。而對數據中心的能耗、空調、環保設計還缺乏認識,或者根本沒有把數據中心的節能、降耗、運營成本等進行綜合考慮。節能減排是國家可持續發展的戰略決策,還需要加大力度提高IT行業對建設“綠色數據中心”的認識,并且要求任何單位在進行數據中心規劃時,都要考慮數據中心的“綠化”問題。

2、真正做到節能、降耗的IT產品還不多,用戶選擇空間不大

數據中心的“綠風”雖然已經吹起,市場潛在需求很大,但技術驅動的動力不足,也就是說,真正能保證數據中心的效能又節能、降耗、環保的IT產品少,無論是服務器、網絡、存儲還是UPS等品種少,門類不全,希望IT業生產廠商和研制單位盡快研制出數據中心“綠化”的系列產品,在綠色數據中心建設中,充分發揮技術驅動的作用。

3、數據中心整體架構需要變革

實際上目前使用的服務器架構已經沿用了幾十年了,存在問題已經浮出水面,刀片機的問世使服務器的架構設計向前邁進了一步,但也帶來了通風散熱的問題,數據中心眾多的網絡設備、存儲設備等,雖然通過網絡連接起來,但實際上仍是一個個獨立的群體。數據中心設備的整合、優化,進行集約化、集成設計已經提到了日程。實現提高服務器的效率和整個數據中心的效能,具有節能降耗和降低整體成本的功能,這就要求數據中心和服務器的體系架構設計必須變革,用戶在期待新一代服務器時期的到來。

4、綠色數據中心建設缺少統一的標準和規范

綠色數據中心建設的春風已經吹起,但是什么是綠色數據中心,綠色數據中心應該參照什么標準進行設計等等,沒有一個公認的概念和標準,這對綠色數據中心的建設發展不利。要更快地出臺這方面的規范和標準,指導數據中心的建設。

結束語

綠色數據中心建設是一個系統工程,它不僅取決于IT技術發展的驅動,而且也和建筑技術發展有關。信息技術與建筑技術的結合可以更有力地驅動綠色數據中心的建設向前發展,在看到了希望和前途的同時,也要認識到綠色數據中心的建設任重而道遠。

(來源:UPS應用)

關鍵字:數據中心

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