1、數(shù)據(jù)中心機房模型介紹

數(shù)據(jù)中心機房是為電子信息設(shè)備提供運行環(huán)境的場所,可以是一幢建筑物或建筑物的一部分,包括主機房、輔助區(qū)、支持區(qū)和行政管理區(qū)等。典型數(shù)據(jù)中心機房模型如圖1所示。



典型數(shù)據(jù)中心機房工程按照功能劃分,主要包括輔助設(shè)備區(qū)(UPS及其電池、柴油發(fā)電機組)、主機房、監(jiān)控室、會商間和辦公區(qū)等。在實際建設(shè)中數(shù)據(jù)中心機房功能區(qū)域的設(shè)置和平面布置可以視具體情況有所不同。

數(shù)據(jù)中心機房的使用性質(zhì)、管理要求及其在經(jīng)濟和社會中的重要性決定了其特殊性和安全性。它作為建筑物或建筑物的一部分,必然會受到外部環(huán)境的干擾,從而影響數(shù)據(jù)中心機房內(nèi)電子信息設(shè)備的正常運行,輕者遭到經(jīng)濟損失,重者可能影響社會穩(wěn)定,造成不可估量的重大災難。外部環(huán)境主要包括不安全人員、雷電、水災、電磁干擾、地震等。典型數(shù)據(jù)中心機房的風險識別和控制措施如圖2所示。



基于數(shù)據(jù)中心的特殊性和風險控制的需要,典型數(shù)據(jù)中心機房工程所涵蓋的工程內(nèi)容主要包括以下幾方面。

(1)裝飾裝修工程

①機房區(qū)環(huán)境工程;

②辦公區(qū)環(huán)境工程;

③監(jiān)控區(qū)環(huán)境工程;

④動力區(qū)環(huán)境工程。

(2)電氣工程

①柴油發(fā)電機系統(tǒng);

②不間斷電源配電系統(tǒng);

③動力配電系統(tǒng);

④照明配電系統(tǒng);

⑤電源防雷系統(tǒng);

⑥機房接地系統(tǒng)。

(3)空調(diào)工程

①專用空調(diào)系統(tǒng);

②輔助空調(diào)系統(tǒng);

③新排風系統(tǒng)工程。

(4)消防工程

①自動報警系統(tǒng);

②分區(qū)氣體滅火系統(tǒng);

③分區(qū)水噴淋系統(tǒng)。

(5)弱電工程

①樓宇設(shè)備自控系統(tǒng);

②安防控制管理系統(tǒng);

③通信網(wǎng)絡(luò)自動化管理系統(tǒng);

④結(jié)構(gòu)化布線系統(tǒng);

⑤公共信息系統(tǒng);

⑥監(jiān)控中心控制系統(tǒng)。

典型數(shù)據(jù)中心機房專業(yè)分布如圖3所示。



數(shù)據(jù)中心機房工程的用途決定了其設(shè)計和建設(shè)的復雜性。在工程設(shè)計和施工過程中應著重解決如下問題:可用性、可管理性、安全可靠、節(jié)能環(huán)保。

為了更好地解決上述問題,數(shù)據(jù)中心機房工程設(shè)計、施工等參與各方應綜合各專業(yè)的技術(shù)要求,并進行有效的整合、協(xié)調(diào)和集成,使得各專業(yè)在數(shù)據(jù)中心機房中發(fā)揮應有的作用,并形成一個有效的整體,為其中的電子信息設(shè)備運行提供高效、平穩(wěn)的運行環(huán)境。

數(shù)據(jù)中心機房工程設(shè)計和施工所涉及的問題極多。文中就幾個橫跨多個專業(yè)的問題展開討論,并結(jié)合筆者多年的工程經(jīng)驗提出相應解決方案:冷熱通道的氣流組織;管線綜合平衡;集中監(jiān)控平臺。

2冷熱通道的氣流組織

數(shù)據(jù)中心機房的氣流組織形式應根據(jù)電子信息設(shè)備本身的冷卻方式、設(shè)備布置方式、布置密度、設(shè)備散熱量、設(shè)備散熱方式、室內(nèi)風速、防塵、噪聲等要求,并結(jié)合建筑條件確定。機房氣流組織形式、風口及送回風溫差如表1所示。



數(shù)據(jù)中心機房工程中機柜或機架高度應大于1.8m、設(shè)備熱密度大、設(shè)備發(fā)熱量大或熱負荷大,一般采用活動地板下送風、上回風的方式。目前應用最廣泛、最適用的氣流組織形式為冷熱通道的送回風方式。冷空氣從機柜或機架的前面吸入,熱空氣從機柜后面排除。設(shè)備放置在機柜或機架內(nèi),將會達到極好的散熱效果,如圖4所示。



按照上述氣流組織的要求,以下問題應得到很好的解決:

(1)靜壓箱的形成

根據(jù)《電子信息系統(tǒng)機房設(shè)計規(guī)范GB50174-2008》的要求,活動地板下的空間作為靜壓箱時,地板高度不宜小于400mm?；顒拥匕逑驴臻g作為靜壓箱還應做好如下工作:

①應盡量選擇優(yōu)質(zhì)的活動地板,以保證在長期低溫恒濕環(huán)境下材料不變形,不膨脹。

②活動地板的鋪裝應加強質(zhì)量管理,尤其在邊角處理上一定要牢固,以免發(fā)生變形影響靜壓箱的密閉性。

③活動地板下的空間應做好封堵工作,尤其在管槽出入處、門(洞)口、輕質(zhì)隔斷等部位的封堵,以保證靜壓箱的密閉性。

④機柜或其它電子信息設(shè)備下方及下進線口應保證密封。

(2)保溫處理

目前,多數(shù)數(shù)據(jù)中心機房工程選用機房專用空調(diào)。為了將機房溫度控制在23℃±1℃,無論是水冷還是風冷系統(tǒng),空調(diào)機組的出風口的空氣溫度一般在15℃以下。這樣,整個靜壓箱的空氣溫度也將維持在此水平上。而機房下層作為辦公區(qū)域,其空間溫度一般維持在25℃左右。這樣,機房地面(即下層樓板)上下會形成將近10℃的溫差,極易在下層樓板結(jié)露,從而影響下層辦公區(qū)域的使用。因此,地板下必須做好保溫處理。保溫材料的選擇應滿足消防要求,并應采用環(huán)保材料。目前,地板下保溫材料多選用閉泡橡塑板。

(3)設(shè)備布置

為了保證氣流組織順暢,數(shù)據(jù)中心機房內(nèi)設(shè)備布置應有利于空調(diào)送回風。目前廣泛采用的方式為設(shè)備列與空調(diào)機組送風方向保持水平,避免交叉甚至垂直。圖1所示的典型數(shù)據(jù)中心機房模型中,空調(diào)機組正面應與機柜(或設(shè)備)列正反面保持垂直。

機柜或機架的前門應朝向冷通道,而后門則朝向熱通道。因為大量電子信息設(shè)備的風扇安裝在設(shè)備后側(cè),這樣將有利于冷通道吹出的冷空氣在設(shè)備內(nèi)主動流通,大大提高了散熱效果。

在不同數(shù)據(jù)中心機房中可能安裝不同類型的電子信息設(shè)備,但只要采用冷熱通道氣流組織,均應盡量按照上述原則進行設(shè)備布置。

(4)地板排布及風口安裝

數(shù)據(jù)中心機房工程在采用冷熱通道送回風方式時一般采用架空活動地板。目前,機房工程大量采用的是600×600(mm)的抗靜電地板。選擇風口地板時,應盡量選擇與相應地板配套的風口地板。按照冷熱通道氣流組織要求,冷通道應安裝風口地板,而在機柜或其它電子信息設(shè)備下方則應密封。照此原則,為了后期運行維護方便以及機房整潔美觀,冷通道(設(shè)備列中)安裝的風口板應盡量選擇整板。結(jié)合地板的尺寸,如果冷通道放置兩列風口地板(地板尺寸為600×600mm)時,寬度不宜小于1200mm(即可安裝兩整塊風口地板),考慮到設(shè)備或機柜的尺寸,熱通道的寬度可以做適當調(diào)整,以保證設(shè)備或機柜與地板縫協(xié)調(diào)。

數(shù)據(jù)中心機房設(shè)計時,設(shè)計人員應在地板平面圖中注明風口地板安裝數(shù)量和位置。風口地板的數(shù)量及安裝位置應按照設(shè)備散熱量、風口地板通風率、室內(nèi)溫差控制等因素綜合考慮,由空調(diào)專業(yè)人員計算設(shè)計。在工程后期調(diào)試階段,調(diào)試人員可以根據(jù)測試數(shù)據(jù)適當調(diào)整風口地板的數(shù)量和安裝位置,但必須經(jīng)過設(shè)計單位同意。

(5)管線綜合

數(shù)據(jù)中心機房管線綜合是一項復雜又必要的工作,具體解決方案詳見后文。在采用冷熱通道氣流組織的機房工程中,管線綜合應按照有利于氣流組織順暢的原則進行綜合。

(6)回風保證措施

如圖4所示,熱通道的熱空氣應該順暢地回到空調(diào)機組進行制冷處理,才能有效保證氣流組織的順暢性,從而有效降低設(shè)備溫度。保證回風的措施主要包括:

按照圖4所示,機柜或設(shè)備上方應該留有足夠的空間才能有效保證回風要求。按照工程經(jīng)驗,機柜或設(shè)備的高度一般不超過2m,上方凈空不宜小于0.6m。即機房的有效吊頂下凈高應保持在2.6m以上,尤其是上走線方式的機房更應該保證不小于2.6m的凈高。機房選址時應充分考慮建筑物的層高,以保證機房的凈高。

在上走線機房內(nèi),管線綜合時應充分考慮有利于回風的原則。

空調(diào)機組回風口應保證回風通暢,不應有遮擋。

(7)防塵處理

按照數(shù)據(jù)中心機房要求,靜態(tài)條件下測試,機房內(nèi)≥0.5μm的塵粒數(shù)≤18000粒/升。在采用冷熱通道氣流組織的數(shù)據(jù)中心機房內(nèi),空氣的流動是十分順暢的。這要求在氣流組織通道內(nèi)必須做好防塵處理。

地板下原地面應做好防塵處理。在地面保溫和地板施工前,原地面應做好潔凈處理,并刷(噴)防塵涂料,做好隱蔽檢查記錄。

原樓板(或有效轉(zhuǎn)換層)做好防塵處理。在吊頂或轉(zhuǎn)換層施工前,原樓板(或有效轉(zhuǎn)換層)做好潔凈處理,并刷(噴)防塵涂料,做好隱蔽檢查記錄。

數(shù)據(jù)中心機房內(nèi)風管等保溫材料應盡量避免使用玻璃絲綿等易起塵的材料。

(8)環(huán)保和節(jié)能措施

最新數(shù)據(jù)中心機房工程要求綠色和可持續(xù)發(fā)展,綠色數(shù)據(jù)中心機房是設(shè)計和施工參與人員今后長期一段時間共同的目標。

綠色數(shù)據(jù)中心工程涉及的專業(yè)多、內(nèi)容也十分復雜。筆者結(jié)合工程實踐經(jīng)驗,就采用冷熱通道氣流組織的機房工程在環(huán)保和節(jié)能方面的注意事項做如下介紹:

前文講到為了有效回風,機房的凈空不宜小于2.6m。但并不是說機房的凈高越高越好。因為機房凈空過高,氣流組織空間加大,空調(diào)的負荷將加大,不利于節(jié)能。而機房凈高在2.6～3.0m之間將會在回風和節(jié)能方面達到平衡。所以,機房選址時應盡量考慮這方面的因素。如果機房層高過高,一般建議增加二次吊頂及轉(zhuǎn)換層,以降低機房凈高。

為了保證氣流通暢,機房空調(diào)機組將加壓送風?？照{(diào)設(shè)備出風口至最遠端風口地板的距離俗稱送風距離。送風距離如果較遠,設(shè)備送風壓力就大,而壓力越大,機房噪聲也將越大,而且空調(diào)效率也會大大降低。有人值守的主機房和輔助區(qū),在電子信息設(shè)備停機時,在主操作員位置測量的噪聲值應小于65dB(A)。為了降低機房噪聲、提高空調(diào)設(shè)備效率,送風距離不宜超過15m。在機房選址、設(shè)計、平面規(guī)劃時應考慮這方面的問題。

3管線綜合平衡

數(shù)據(jù)中心機房是涉及多專業(yè)的集成工程。為了更好地解決數(shù)據(jù)中心工程專業(yè)協(xié)調(diào)、環(huán)保節(jié)能、使用方便、可擴展性和觀感美觀等關(guān)鍵問題,數(shù)據(jù)中心管線綜合是一項十分必要而又復雜的工作。在項目設(shè)計和施工前、過程中,設(shè)計和施工等參與人員應該結(jié)合本工程做好規(guī)劃和落實。

目前,更多的數(shù)據(jù)中心工程采用上走線無吊頂方式進行管線綜合設(shè)計。筆者就此類典型的數(shù)據(jù)中心機房工程在管線綜合方面做如下介紹。

(1)頂部聯(lián)合支架安裝

在采用上走線方式的數(shù)據(jù)中心機房中,頂部會有大量的機電安裝工作,比如燈具、強弱電橋架、風管、消防報警、氣體滅火管道、攝像機等。按照傳統(tǒng)的安裝方式,施工人員將在機房原頂板打大量的孔并采用膨脹螺栓連接。這種安裝方式將產(chǎn)生如下不利影響:

①在原頂板大量打孔將有損原樓板結(jié)構(gòu);

②安裝完成的設(shè)備不能移動位置,將不利于后期電子信息設(shè)備的安裝和使用。

③可擴展性較差。隨著機房后期發(fā)展,機房內(nèi)設(shè)備有可能增加,相應強弱電線槽等將增加。如果采用傳統(tǒng)的安裝方式,勢必在后期安裝時將重新打孔,成品保護將是一個難題。

頂部聯(lián)合支架安裝方式將很好地解決上述不利影響。所謂頂部聯(lián)合支架是指在原樓板下安裝一層1200mm×1200mm網(wǎng)格∏型鋼轉(zhuǎn)換層。上述所有安裝工作均在轉(zhuǎn)換層受力,并與轉(zhuǎn)換層卡接,而不是焊接。這樣所安裝的設(shè)備將可以在轉(zhuǎn)換層上滑動,這樣可以提高機房的靈活性及可擴展性。燈具的安裝則采用倒∏型大龍骨,相應電源線敷設(shè)在大龍骨內(nèi),而燈具也可以根據(jù)實際需要在大龍骨上滑動。圖5所示頂部聯(lián)合支架安裝實例。(未完待續(xù))



(2)頂部氣體滅火管道和報警管線排布和安裝

頂部無吊頂?shù)臋C房內(nèi)只在頂部安裝一層氣體滅火管道和報警。消防報警應安裝在頂部最高處,而氣體滅火管道則緊貼轉(zhuǎn)換層安裝。

(3)頂部新排風管道排布和安裝

為了保證機房內(nèi)凈高和氣流組織順暢,新排風管道排布應在滿足規(guī)范的前提下盡量沿機房墻體貼頂安裝,但不得安裝在空調(diào)機組上前方或正上方,以免影響空調(diào)回風。此外,風管排布應與空調(diào)送回風方向順直,不宜交叉甚至垂直。

(4)燈具排布和安裝

無吊頂機房頂部的燈具應安裝在設(shè)備或機柜列中上方,不宜安裝在設(shè)備或機柜正上方。這樣可以保證操作人員作業(yè)時有效利用照明。燈具的安裝高度應在消防設(shè)施(氣體滅火和報警)和強弱電管槽之間。

(5)上走線強弱電橋架排布和安裝

采用上走線方式的機房在強弱電橋架安裝時應結(jié)合機柜或設(shè)備的下線方式排布。比如某些機柜或設(shè)備在其背側(cè)下線，相應橋架安裝時應靠后側(cè)安裝,反之亦然。此外，為了保證橋架至設(shè)備下線彎曲半徑符合規(guī)范，并且順直美觀，橋架高度以高出機柜200～400mm為宜，但距裝修完成地面不宜低于2.2m，并要求機房內(nèi)同類橋架高度盡量一致。

強弱電橋架安裝時應與空調(diào)回風方向順直,不宜交叉甚至垂直,尤其要避免在空調(diào)機組回風口附近交叉或垂直。

(6)地板下氣體滅火管道和報警管線排布和安裝

地板下氣體滅火管道和報警管線應盡量貼近活動地板底部安裝,并且與空調(diào)送風方向順直,不宜交叉甚至垂直,尤其要避免在空調(diào)機組送風口附近交叉或垂直。

(7)地板下線槽排布和安裝

目前,無吊頂機房大部分采用弱電上走線,強電下走線。強電線槽在地板下安裝時應與空調(diào)送風方向順直,不宜交叉甚至垂直,尤其要避免在空調(diào)機組送風口附近交叉或垂直。

為了保證送風順暢,線槽應在熱通道地板下敷設(shè)。這里要特別說明空調(diào)機組電源電纜敷設(shè)時,線槽應在機組后側(cè)安裝,以免影響空調(diào)機組送風。