如何規(guī)劃低碳機(jī)房

文/付國(guó) 林紅 孫雅娟

如何規(guī)劃低碳機(jī)房

文/付國(guó) 林紅 孫雅娟

低碳是當(dāng)前高校數(shù)據(jù)中心機(jī)房的發(fā)展趨勢(shì)，怎樣在規(guī)劃設(shè)計(jì)中實(shí)施這一理念，并實(shí)現(xiàn)安全、高效、可擴(kuò)展等需求，是機(jī)房建設(shè)的基礎(chǔ)工作和關(guān)鍵階段。

華北電力大學(xué)機(jī)房

新的數(shù)據(jù)中心機(jī)房于2008年開始規(guī)劃設(shè)計(jì)，至2009年10月開始投入運(yùn)行。機(jī)房總面積500m2，網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)器機(jī)房面積為310m2，由于主機(jī)房為2個(gè)獨(dú)立的房間，每個(gè)房間為155m2，各配備2臺(tái)93kW精密專業(yè)空調(diào)。機(jī)柜總數(shù)為86臺(tái)（含列頭柜、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備機(jī)柜、服務(wù)器機(jī)柜）。2個(gè)機(jī)房共配備2臺(tái)模塊化UPS電源（300KVA）。目前設(shè)備數(shù)量為130臺(tái)（其中服務(wù)器115臺(tái)）。經(jīng)過5個(gè)月的運(yùn)行統(tǒng)計(jì)，空調(diào)壓縮機(jī)（4臺(tái)空調(diào)共8臺(tái)壓縮機(jī)）運(yùn)行時(shí)間與空調(diào)總的運(yùn)行時(shí)間平均比為7.5%，運(yùn)行時(shí)間比率最大的一臺(tái)壓縮機(jī)為16.8%（空調(diào)運(yùn)行時(shí)間為3474小時(shí)，該壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)間為583小時(shí)）。目前設(shè)備容量為未來(lái)總?cè)萘康?0%，整個(gè)機(jī)房運(yùn)行效率達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)目標(biāo)。

三大規(guī)劃原則

華北電力大學(xué)在新建機(jī)房的過程中確定了規(guī)劃設(shè)計(jì)的總體原則：

1．各個(gè)高校機(jī)房的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)不宜完全統(tǒng)一，其功能和規(guī)模要符合本校信息化發(fā)展要求。

2．機(jī)房一般運(yùn)行15～20年以上，因此要具有前瞻性，同時(shí)由于受到場(chǎng)地、投資條件的制約，需要按照科學(xué)合理、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、統(tǒng)籌規(guī)劃、分步實(shí)施的原則設(shè)計(jì)。

3．對(duì)未來(lái)改造困難、初期投資比重不大、運(yùn)行過程中不增加耗能的設(shè)施（如強(qiáng)電電纜、光纜、網(wǎng)線、機(jī)柜等）一次規(guī)劃建設(shè)到位，對(duì)UPS、空調(diào)等耗能多、初期造價(jià)高的設(shè)備，按照“統(tǒng)一規(guī)劃、分階段建設(shè)”的原則實(shí)施。

按照標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施

機(jī)房是一個(gè)“按標(biāo)準(zhǔn)”建設(shè)的工程。《電子信息系統(tǒng)機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50174-2008），是高校數(shù)據(jù)中心機(jī)房規(guī)劃設(shè)計(jì)的最重要的標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)代替了《電子計(jì)算機(jī)機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50174-93），更符合信息化發(fā)展趨勢(shì)。由美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會(huì)（ANSI）2005年批準(zhǔn)頒布的《數(shù)據(jù)中心電信基礎(chǔ)設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)》（ANSI/TIA-942-2005，Telecommunications Infrastructure Standard for Data Centers），可以作為機(jī)房規(guī)劃的重要參考。位置與承重

原“GB50174-93”建議“電子計(jì)算機(jī)房在多層建筑或高層建筑物內(nèi)宜設(shè)于第2、3層”，新的“GB50174-2008”對(duì)機(jī)房位置沒有提出專門要求，只要滿足機(jī)房運(yùn)行環(huán)境要求標(biāo)準(zhǔn)即可。高校機(jī)房的設(shè)計(jì)一般在現(xiàn)有或新建樓宇內(nèi)進(jìn)行選擇，由于樓宇結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)設(shè)施沒有為數(shù)據(jù)中心機(jī)房專門設(shè)計(jì)，因此網(wǎng)絡(luò)與信息中心用戶單位應(yīng)及早參與設(shè)計(jì)，最好從建筑圖紙?jiān)O(shè)計(jì)階段時(shí)就開始參加，提出數(shù)據(jù)中心機(jī)房對(duì)電力供應(yīng)、管道安裝、空調(diào)室外機(jī)安裝、排水、大型設(shè)備運(yùn)輸、樓板負(fù)荷的要求，與基建部門的建筑工程師進(jìn)行協(xié)商，避免施工過程中出現(xiàn)不適應(yīng)、很難改造的結(jié)構(gòu)性問題。

如果機(jī)房樓板不是底層，應(yīng)考慮樓板承重問題，如果不滿足要求，要采取必要的加固措施。尤其對(duì)UPS電源、電池、精密空調(diào)、安裝有小型機(jī)、存儲(chǔ)的機(jī)柜等區(qū)域，要分別提出對(duì)樓板的荷載要求，并充分考慮未來(lái)的發(fā)展需要?！癆NSI/TIA-942-2005”中按不同的級(jí)別（T1～T4）對(duì)樓板提出了不同的要求，如“設(shè)備區(qū)域的最小地板負(fù)荷”，T1級(jí)要求最低，為“7.2千帕（150磅/平方英尺）現(xiàn)場(chǎng)負(fù)荷”；T4級(jí)最高，為“12千帕（250磅/平方英尺）現(xiàn)場(chǎng)負(fù)荷”。

布局設(shè)計(jì)

“GB50174-2008”將機(jī)房分為“主機(jī)房、輔助區(qū)、支持區(qū)和行政管理區(qū)等功能區(qū)”，具體可分為主機(jī)房區(qū)（服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、精密空調(diào)）、通信電纜接入?yún)^(qū)、UPS配電區(qū)、蓄電池間、消防鋼瓶間、操作監(jiān)控間。主機(jī)房區(qū)要重點(diǎn)規(guī)劃，選擇大跨度的房間，實(shí)現(xiàn)相對(duì)規(guī)則形狀，以保持良好的通風(fēng)制冷效果。電池間、消防鋼瓶間應(yīng)與其他房間保持獨(dú)立，用物理墻隔離。電池間、UPS間根據(jù)實(shí)際需要決定是否配備獨(dú)立的空調(diào)。氣體消防區(qū)和精密空調(diào)制冷區(qū)應(yīng)保持一致，并與其他區(qū)域封閉隔離。

綜合布線

新的數(shù)據(jù)中心機(jī)房網(wǎng)絡(luò)線纜均采用六類線纜或光纜。布線方式可采用橋架上走線或線槽地板下走線方式。采用何種布線方式，與層高、空調(diào)送風(fēng)方式密切相關(guān)。高校機(jī)房多采用風(fēng)冷空調(diào)和下送風(fēng)上回風(fēng)的方式?！癎B50174-2008”規(guī)定“主機(jī)房?jī)舾邞?yīng)根據(jù)機(jī)柜高度及通風(fēng)要求確定，且不宜小于2.6m”。如果機(jī)房?jī)舾咦銐蚋?，?qiáng)電和弱電布線均可采用上走線方式；也可采用強(qiáng)電地板下走線，弱電下走線的方式。建議布線采用以下設(shè)計(jì)方式：強(qiáng)電電纜采用地板下線槽走線，地板下兼做空調(diào)靜壓箱，保持至少400mm的地板高度，以保證良好的通風(fēng)制冷效果。弱電采用橋架上走線，并保持2.6m的機(jī)房?jī)舾?，以利于以后布線管理和維護(hù)。

空調(diào)系統(tǒng)

高校機(jī)房普遍采用風(fēng)冷式精密專業(yè)空調(diào)。機(jī)房?jī)?nèi)空調(diào)制冷量由機(jī)房?jī)?nèi)的熱負(fù)荷估算，夏季熱負(fù)荷包括：設(shè)備散熱量、圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱量、照明散熱量、人體散熱量、新風(fēng)熱負(fù)荷。

圖1 機(jī)柜按“冷”“熱”通道排列位置

空調(diào)所需制冷量根據(jù)以下公式估算：

空調(diào)機(jī)所需的制冷量=設(shè)備總散熱量+智能建筑每平米所需冷量×機(jī)房面積

設(shè)備總散熱量=∑（單臺(tái)設(shè)備用電量(VA)×功率因數(shù)）

如果設(shè)備用電量不確定，則根據(jù)UPS的容量乘以功率因數(shù)和使用系數(shù)來(lái)估算。除設(shè)備散熱量外的其他類散熱量可參照智能建筑所需冷量（70～110w/m2）。

空調(diào)宜配備2臺(tái)以上，采用1+1或N+1方式工作，以保障機(jī)房的高效制冷和備份。

機(jī)柜的排列應(yīng)采用冷熱通道的方式，“ANSI/TIA-942-2005”建議機(jī)柜排列方式如圖1所示。

由于地板作為空調(diào)靜壓箱，地板要保持足夠的高度（參照“GB50174-2008”規(guī)范，地板高度應(yīng)為：250mm～400mm）?；顒?dòng)地板鋪高增加，可以減少空氣在活動(dòng)地板下水平方向的流速，增加靜壓和減少阻力損失，使活動(dòng)地板風(fēng)口出風(fēng)速度在機(jī)房各處相對(duì)均勻。提高了制冷效率，也增加了機(jī)柜設(shè)備容積量，為將來(lái)機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)備增加和規(guī)模擴(kuò)展創(chuàng)造條件。對(duì)于高密度、散熱量大的的機(jī)柜（用于安裝刀片服務(wù)器、小型機(jī)、存儲(chǔ)設(shè)備等），可通過靠近空調(diào)位置安裝、調(diào)節(jié)出風(fēng)口增加風(fēng)速或加裝封閉性熱回風(fēng)通道的方式來(lái)解決制冷問題。

UPS供電系統(tǒng)

數(shù)據(jù)中心機(jī)房的供配電系統(tǒng)是一個(gè)綜合性的系統(tǒng)，負(fù)責(zé)解決電子信息設(shè)備、照明、精密空調(diào)、安全消防等系統(tǒng)的用電。高校數(shù)據(jù)中心機(jī)房供配電設(shè)計(jì)要綜合考慮機(jī)房的設(shè)計(jì)等級(jí)及學(xué)校的實(shí)際供電情況兩個(gè)因素。

“GB50174-2008”按照不同的等級(jí)對(duì)機(jī)房的電氣要求分別進(jìn)行了規(guī)定。以B級(jí)機(jī)房為例，要求兩個(gè)電源供電；配備柴油發(fā)電機(jī)；柴油發(fā)電機(jī)的燃料儲(chǔ)存量滿足24小時(shí)需要；不間斷電源（UPS）系統(tǒng)按N+X冗余配置，電池備用時(shí)間可根據(jù)實(shí)際需要確定。以上原則可以靈活掌握，按照學(xué)校電力系統(tǒng)的實(shí)際狀況和數(shù)據(jù)中心現(xiàn)有規(guī)模、發(fā)展趨勢(shì)來(lái)確定。高校機(jī)房目前普遍采用模塊化UPS電源，初期按照1+1或N+1模塊并聯(lián)冗余模式工作，實(shí)現(xiàn)了供電“熱備份”，提高了可用性和安全性；后期擴(kuò)容只需增加模塊即可。

環(huán)境監(jiān)控

高校機(jī)房普遍采用現(xiàn)場(chǎng)無(wú)人值守、遠(yuǎn)程監(jiān)控管理方式。機(jī)房監(jiān)控管理系統(tǒng)技術(shù)、產(chǎn)品已經(jīng)非常成熟，關(guān)鍵是要選擇和設(shè)計(jì)適應(yīng)學(xué)校信息化管理模式的功能。監(jiān)控系統(tǒng)功能要全面，應(yīng)包括動(dòng)力環(huán)境監(jiān)控（UPS、精密空調(diào)）、安防視頻監(jiān)控、消防、KVM、門禁系統(tǒng)。動(dòng)力環(huán)境監(jiān)控要涵蓋水、電、煙、火、溫度、濕度等內(nèi)容。監(jiān)控傳感器數(shù)量布局設(shè)計(jì)要科學(xué)合理，做到無(wú)死角。

管理設(shè)計(jì)

對(duì)電流、電壓的監(jiān)控要精確到機(jī)柜，這樣能及時(shí)對(duì)設(shè)備用電負(fù)荷進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控，為將來(lái)增加設(shè)備提供依據(jù)，以保證機(jī)房?jī)?nèi)科學(xué)分配冷量、避免局部過熱，實(shí)現(xiàn)機(jī)房高效節(jié)能。監(jiān)控的報(bào)警方式應(yīng)做到全方位、多層次，與機(jī)房管理制度構(gòu)成完整的保障體系。例如：空調(diào)發(fā)生故障，致使溫度升高，應(yīng)該同時(shí)從機(jī)房的監(jiān)控狀態(tài)、機(jī)房?jī)?nèi)溫度獲得報(bào)警，并設(shè)置為不同的級(jí)別和層次，達(dá)到及時(shí)預(yù)警、快速處理的目的。報(bào)警方式應(yīng)該通過固定電話、手機(jī)、現(xiàn)場(chǎng)聲光電等多種方式進(jìn)行。如果沒有24小時(shí)專人值守制度，應(yīng)該建立機(jī)房巡視制度，并將機(jī)房?jī)?nèi)報(bào)警系統(tǒng)納入到學(xué)校消防監(jiān)控體系內(nèi)。

（作者單位為華北電力大學(xué)網(wǎng)絡(luò)與信息中心）