供電與制冷:安裝設(shè)備需有效規(guī)劃密度

秉恒

一般地,服務(wù)器和存儲的能耗占數(shù)據(jù)中心總能耗的30%~50%,供電、制冷、加濕等設(shè)備能耗的高低直接影響著數(shù)據(jù)中心的總能耗水平。

據(jù)統(tǒng)計,目前,50%的數(shù)據(jù)中心在供電與制冷方面明顯難以滿足需要,刀片服務(wù)器的大量應(yīng)用使這種現(xiàn)象更為普遍:一方面,數(shù)據(jù)中心的電力供給已經(jīng)不足,另一方面,制冷有可能還導(dǎo)致大量的能源浪費。

傳統(tǒng)的大型制冷系統(tǒng)解決機房中局部熱點的方法是對整個機房進行制冷,機房整體的溫度降到符合標準的水平,設(shè)備的溫度也在安全范圍之內(nèi),可以保證設(shè)備安全、穩(wěn)定運行。但是,由于機房中設(shè)備密度不同,如果盲目給整個機房降溫,會造成過度制冷,這樣就浪費了電力資源,并因此增加額外支出。

供電規(guī)劃

電力供應(yīng)規(guī)劃

數(shù)據(jù)中心的電力供應(yīng)規(guī)劃應(yīng)在滿足目前使用供電容量要求的同時充分考慮遠期業(yè)務(wù)發(fā)展的擴容需求。條件允許時應(yīng)當采用雙路不同變電站高壓市電配置自備發(fā)電機供電的方式,每路高壓市電電源、發(fā)電機備用電源均應(yīng)能夠承擔(dān)數(shù)據(jù)中心內(nèi)的全部負荷。

數(shù)據(jù)中心的配電系統(tǒng)建設(shè)應(yīng)充分考慮分期建設(shè)或后期逐步進行內(nèi)部改造的特點,在設(shè)計時應(yīng)考慮分步實施的可行性,避免后期施工對前期投產(chǎn)環(huán)境產(chǎn)生不良影響。

應(yīng)急電源

為保證市電中斷時,關(guān)鍵設(shè)備的供電不中斷,數(shù)據(jù)中心應(yīng)自備發(fā)電機作為備用電源。自備發(fā)電機設(shè)備容量、數(shù)量應(yīng)按實際負載量及種類計算配置,同時還要考慮預(yù)留柴油發(fā)電機組未來擴容所需要的負荷。

低壓配電系統(tǒng)

為了滿足數(shù)據(jù)中心對供電系統(tǒng)的高可靠性要求,應(yīng)采取必要的技術(shù)措施消除可能出現(xiàn)在UPS本身及輸出端的各種故障隱患。行之有效的辦法就是配置UPS“雙總線輸出”配送電系統(tǒng)。在變壓器容量配置上還應(yīng)考慮變壓器負載100%冗余熱備份,有條件時應(yīng)考慮獨立設(shè)置UPS專用變壓器,同時考慮低壓系統(tǒng)未來擴容的可能性。

考慮到經(jīng)濟性,系統(tǒng)的規(guī)劃和設(shè)計應(yīng)根據(jù)用電安全等級的不同合理配置UPS系統(tǒng)。先期應(yīng)當考慮經(jīng)濟合理的冗余方式,后期根據(jù)實際需要最高可升級到2N并機雙母線冗余(或更高安全等級)方式。

空調(diào)系統(tǒng)的供電應(yīng)當采用獨立雙回路配電系統(tǒng),同一區(qū)域內(nèi)空調(diào)設(shè)備采用分組供電方式,避免大面積同時供電中斷情況的發(fā)生,保證空調(diào)設(shè)備全年365天×24小時運轉(zhuǎn)。

防雷接地

數(shù)據(jù)中心雷電防護應(yīng)當符合《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷設(shè)計規(guī)范》A級標準要求,應(yīng)當具有完備的建筑避雷及引雷裝置。良好的防雷接地可以使建筑免受雷電威脅,同時應(yīng)進一步采取必要措施(如接地、室外控雷技術(shù)等),避免因雷電引發(fā)對IT 系統(tǒng)的二次破壞或干擾。

在變配電室低壓母線上安裝設(shè)置一級電涌保護器(SPD),UPS輸入配電柜、UPS輸出總柜、數(shù)據(jù)中心機房空調(diào)配電總柜應(yīng)安裝二級電涌保護器,PDU內(nèi)應(yīng)安裝三級電涌保護器,所有其他與室外有關(guān)的配電設(shè)備和線路均應(yīng)安裝一級電涌保護器。

計算機系統(tǒng)接地要求采用共用接地系統(tǒng)。若有特殊要求時可留有安全保護地、防靜電接地、交流工作地(零線接地)、直流邏輯地以及防雷接地端子。接地裝置的設(shè)計應(yīng)滿足接地電阻值小于1歐姆的要求。

制冷規(guī)劃

數(shù)據(jù)中心機房空調(diào)系統(tǒng)的目標是保證數(shù)據(jù)中心機房環(huán)境的溫度、濕度和潔凈度符合相關(guān)規(guī)范標準要求,為數(shù)據(jù)中心機房設(shè)備提供一個可靠的運行環(huán)境,保證設(shè)備不間斷地安全運行,同時保證數(shù)據(jù)中心機房的正壓,防止外界未經(jīng)處理的空氣或有害氣體的滲入、煙或混合物滯留數(shù)據(jù)中心機房內(nèi)部等問題,還要滿足數(shù)據(jù)中心工作人員日常辦公的要求。

制冷的根本目的是把IT機架產(chǎn)生的熱量有效地帶走。傳統(tǒng)的針對機房的空調(diào)設(shè)備可以很好地保證均勻分布、低密度設(shè)備的散熱,但也正是這種設(shè)計決定了其無法將當前高密度應(yīng)用所產(chǎn)生的熱空氣徹底排出室外。氣流組織的設(shè)計比制冷設(shè)備的選用更重要。為了解決高密度機架的制冷問題,采用機架制冷方案效果更好,可降低風(fēng)扇運行功率,可防止冷、熱氣混合。

冷源、末端及管路配置

采用集中冷源時,如果存在分階段增容的可能性,則在主管路上應(yīng)考慮不停機泄水情況下增容施工的相應(yīng)措施。采用集中冷源時,在數(shù)據(jù)中心機房內(nèi),冷凍水管道應(yīng)采用環(huán)狀管網(wǎng),并且應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)冗余能力設(shè)置分段閥門便于檢修和增容。

當數(shù)據(jù)中心機房空調(diào)系統(tǒng)冷源采用集中冷源且管網(wǎng)投入運行后,除原設(shè)計已考慮預(yù)留的集中冷源、系統(tǒng)管網(wǎng)、末端裝置的增容容量外,超出部分的增容應(yīng)采用分散冷源的方式。系統(tǒng)應(yīng)當考慮冗余設(shè)計,根據(jù)冷源、末端裝置的具體情況采用不少于N+1的設(shè)備備用方式。數(shù)據(jù)中心機房空調(diào)機組的冷源及冷卻方式一般可分為風(fēng)冷、水冷、雙冷源機組等,一般采用大風(fēng)量小焓差設(shè)計,根據(jù)需要配置電加濕器和電加熱器。

氣流組織

數(shù)據(jù)中心機房一般采用地板下送風(fēng)、上部回風(fēng)的氣流組織方式,其送風(fēng)通道和回風(fēng)通道均可在需要的位置開設(shè)風(fēng)口。對于下送風(fēng)方式一般采用架空地板作為送風(fēng)靜壓箱,架空地板的高度應(yīng)根據(jù)負荷密度和數(shù)據(jù)中心機房面積綜合確定。

地板送風(fēng)口數(shù)量應(yīng)能夠保障每個服務(wù)器機架有足夠的冷卻風(fēng)量。送風(fēng)口位置應(yīng)設(shè)置在服務(wù)器機架進風(fēng)處。地板送風(fēng)口風(fēng)速應(yīng)達到1.5~3.0米/秒。按相關(guān)規(guī)定,送風(fēng)溫差應(yīng)控制在6℃~10℃。

新風(fēng)、消防排煙

應(yīng)當分別考慮數(shù)據(jù)中心各區(qū)域的潔凈度要求,維持數(shù)據(jù)中心機房的正壓,合理配置數(shù)據(jù)中心機房的新風(fēng)系統(tǒng)。應(yīng)當按照相應(yīng)的消防規(guī)范考慮數(shù)據(jù)中心機房的防排煙系統(tǒng)和事故通風(fēng)系統(tǒng),根據(jù)規(guī)范設(shè)置相應(yīng)的排煙分區(qū)和配置相應(yīng)的防火閥。

當采用氣體滅火系統(tǒng)時,應(yīng)在進出數(shù)據(jù)中心機房的風(fēng)管上設(shè)置氣體消防動作啟動時能夠自動關(guān)閉的隔斷風(fēng)閥。在外墻或適當?shù)母魤μ帒?yīng)當設(shè)置能夠防止圍護結(jié)構(gòu)因氣體釋放導(dǎo)致超壓破壞的泄壓裝置。

對于高密度數(shù)據(jù)中心在機房設(shè)施的制冷與供電環(huán)節(jié),APC明確提出幾點建議。

1.為數(shù)據(jù)中心指定高于實際需要的高密度將會不必要地減少 IT 設(shè)備的可用空間。有效地規(guī)劃密度,只在需要時才部署高密度供電和制冷系統(tǒng),這兩點是至關(guān)重要的。

2.最好的方法是按照行或區(qū)域安裝供電和制冷設(shè)備,在該行或區(qū)域的工作生命周期內(nèi)不再對其進行變更或重新配置。人為錯誤是造成數(shù)據(jù)中心故障的主要原因,而對運行中的設(shè)備進行調(diào)整是造成停機的主要因素。

3.在典型設(shè)計中,行內(nèi)的機架功率密度峰值/均值比應(yīng)當大約為2,如果行內(nèi)的預(yù)期實際機架功率密度峰值/均值比大于2,建議在機架間分散最大密度的IT負載來限制峰值/均值比,或?qū)o關(guān)的負載重新分配到其他行。

4.需要在將來部署的數(shù)據(jù)中心行或區(qū)域進行規(guī)劃時,應(yīng)充分考慮在最壞情況下的最大密度值,并要求主要的電線和管線應(yīng)當預(yù)先安裝并支持此密度。但是對這些行的實際電源和制冷設(shè)備的選擇應(yīng)當延后到確定了部署密度和規(guī)劃之后再進行。