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   1、數據中心機房模型介紹

   數據中心機房是為電子信息設備提供運行環(huán)境的場(chǎng)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、支持區和行政管理區等。典型數據中心機房模型如圖1所示。

   典型數據中心機房工程按照功能劃分,主要包括輔助設備區(UPS及其電池、柴油發(fā)電機組)、主機房、監控室、會(huì )商間和辦公區等。在實(shí)際建設中數據中心機房功能區域的設置和平面布置可以視具體情況有所不同。

   數據中心機房的使用性質(zhì)、管理要求及其在經(jīng)濟和社會(huì )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(huì )受到外部環(huán)境的干擾,從而影響數據中心機房?jì)入娮有畔⒃O備的正常運行,輕者遭到經(jīng)濟損失,重者可能影響社會(huì )穩定,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。典型數據中心機房的風(fēng)險識別和控制措施如圖2所示。

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

   (1)裝飾裝修工程

   ①機房區環(huán)境工程;②辦公區環(huán)境工程;③監控區環(huán)境工程;④動(dòng)力區環(huán)境工程。

   (2)電氣工程

   ①柴油發(fā)電機系統;②不間斷電源配電系統;③動(dòng)力配電系統;④照明配電系統;⑤電源防雷系統;⑥機房接地系統。

   (3)空調工程

   ①專(zhuān)用空調系統;②輔助空調系統;③新排風(fēng)系統工程。

   (4)消防工程

   ①自動(dòng)報警系統;②分區氣體滅火系統;③分區水噴淋系統。

   (5)弱電工程

   ①樓宇設備自控系統;②安防控制管理系統;③通信網(wǎng)絡(luò )自動(dòng)化管理系統;④結構化布線(xiàn)系統;⑤公共信息系統;⑥監控中心控制系統。

   典型數據中心機房專(zhuān)業(yè)分布如圖3所示。

   數據中心機房工程的用途決定了其設計和建設的復雜性。在工程設計和施工過(guò)程中應著(zhù)重解決如下問(wèn)題:可用性、可管理性、安全可靠、節能環(huán)保。

   為了更好地解決上述問(wèn)題,數據中心機房工程設計、施工等參與各方應綜合各專(zhuān)業(yè)的技術(shù)要求,并進(jìn)行有效的整合、協(xié)調和集成,使得各專(zhuān)業(yè)在數據中心機房中發(fā)揮應有的作用,并形成一個(gè)有效的整體,為其中的電子信息設備運行提供高效、平穩的運行環(huán)境。

   數據中心機房工程設計和施工所涉及的問(wèn)題極多。文中就幾個(gè)橫跨多個(gè)專(zhuān)業(yè)的問(wèn)題展開(kāi)討論,并結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(xiàn)綜合平衡;集中監控平臺。

   2、冷熱通道的氣流組織

   數據中心機房的氣流組織形式應根據電子信息設備本身的冷卻方式、設備布置方式、布置密度、設備散熱量、設備散熱方式、室內風(fēng)速、防塵、噪聲等要求,并結合建筑條件確定。機房氣流組織形式、風(fēng)口及送回風(fēng)溫差如表1所示。

   數據中心機房工程中機柜或機架高度應大于1.8m、設備熱密度大、設備發(fā)熱量大或熱負荷大,一般采用活動(dòng)地板下送風(fēng)、上回風(fēng)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(fēng)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。設備放置在機柜或機架內,將會(huì )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(wèn)題應得到很好的解決:

   (1)靜壓箱的形成

   根據《電子信息系統機房設計規范GB50174-2008》的要求,活動(dòng)地板下的空間作為靜壓箱時(shí),地板高度不宜小于400mm?；顒?dòng)地板下空間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(dòng)地板,以保證在長(cháng)期低溫恒濕環(huán)境下材料不變形,不膨脹。

   ②活動(dòng)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(dòng)地板下的空間應做好封堵工作,尤其在管槽出入處、門(mén)(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備下方及下進(jìn)線(xiàn)口應保證密封。

   (2)保溫處理

   目前,多數數據中心機房工程選用機房專(zhuān)用空調。為了將機房溫度控制在23℃±1℃,無(wú)論是水冷還是風(fēng)冷系統,空調機組的出風(fēng)口的空氣溫度一般在15℃以下。這樣,整個(gè)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(huì )形成將近10℃的溫差,極易在下層樓板結露,從而影響下層辦公區域的使用。因此,地板下必須做好保溫處理。保溫材料的選擇應滿(mǎn)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)設備布置

   為了保證氣流組織順暢,數據中心機房?jì)仍O備布置應有利于空調送回風(fēng)。目前廣泛采用的方式為設備列與空調機組送風(fēng)方向保持水平,避免交叉甚至垂直。圖1所示的典型數據中心機房模型中,空調機組正面應與機柜(或設備)列正反面保持垂直。

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

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

   (4)地板排布及風(fēng)口安裝

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

   數據中心機房設計時(shí),設計人員應在地板平面圖中注明風(fēng)口地板安裝數量和位置。風(fēng)口地板的數量及安裝位置應按照設備散熱量、風(fēng)口地板通風(fēng)率、室內溫差控制等因素綜合考慮,由空調專(zhuān)業(yè)人員計算設計。在工程后期調試階段,調試人員可以根據測試數據適當調整風(fēng)口地板的數量和安裝位置,但必須經(jīng)過(guò)設計單位同意。

   (5)管線(xiàn)綜合

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

   (6)回風(fēng)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機組進(jìn)行制冷處理,才能有效保證氣流組織的順暢性,從而有效降低設備溫度。保證回風(fēng)的措施主要包括:

   按照圖4所示,機柜或設備上方應該留有足夠的空間才能有效保證回風(fēng)要求。按照工程經(jīng)驗,機柜或設備的高度一般不超過(guò)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(xiàn)方式的機房更應該保證不小于2.6m的凈高。機房選址時(shí)應充分考慮建筑物的層高,以保證機房的凈高。

   在上走線(xiàn)機房?jì)?管線(xiàn)綜合時(shí)應充分考慮有利于回風(fēng)的原則。

   空調機組回風(fēng)口應保證回風(fēng)通暢,不應有遮擋。

   (7)防塵處理

   按照數據中心機房要求,靜態(tài)條件下測試,機房?jì)取?.5μm的塵粒數≤18000粒/升。在采用冷熱通道氣流組織的數據中心機房?jì)?空氣的流動(dòng)是十分順暢的。這要求在氣流組織通道內必須做好防塵處理。

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

   數據中心機房?jì)蕊L(fēng)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)保和節能措施

   最新數據中心機房工程要求綠色和可持續發(fā)展,綠色數據中心機房是設計和施工參與人員今后長(cháng)期一段時(shí)間共同的目標。

   綠色數據中心工程涉及的專(zhuān)業(yè)多、內容也十分復雜。筆者結合工程實(shí)踐經(jīng)驗,就采用冷熱通道氣流組織的機房工程在環(huán)保和節能方面的注意事項做如下介紹:

   前文講到為了有效回風(fēng),機房的凈空不宜小于2.6m。但并不是說(shuō)機房的凈高越高越好。因為機房?jì)艨者^(guò)高,氣流組織空間加大,空調的負荷將加大,不利于節能。而機房?jì)舾咴?.6～3.0m之間將會(huì )在回風(fēng)和節能方面達到平衡。所以,機房選址時(shí)應盡量考慮這方面的因素。如果機房層高過(guò)高,一般建議增加二次吊頂及轉換層,以降低機房?jì)舾摺?

   為了保證氣流通暢,機房空調機組將加壓送風(fēng)?？照{設備出風(fēng)口至最遠端風(fēng)口地板的距離俗稱(chēng)送風(fēng)距離。送風(fēng)距離如果較遠,設備送風(fēng)壓力就大,而壓力越大,機房噪聲也將越大,而且空調效率也會(huì )大大降低。有人值守的主機房和輔助區,在電子信息設備停機時(shí),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、提高空調設備效率,送風(fēng)距離不宜超過(guò)15m。在機房選址、設計、平面規劃時(shí)應考慮這方面的問(wèn)題。

   3、管線(xiàn)綜合平衡

   數據中心機房是涉及多專(zhuān)業(yè)的集成工程。為了更好地解決數據中心工程專(zhuān)業(yè)協(xié)調、環(huán)保節能、使用方便、可擴展性和觀(guān)感美觀(guān)等關(guān)鍵問(wèn)題,數據中心管線(xiàn)綜合是一項十分必要而又復雜的工作。在項目設計和施工前、過(guò)程中,設計和施工等參與人員應該結合本工程做好規劃和落實(shí)。

目前,更多的數據中心工程采用上走線(xiàn)無(wú)吊頂方式進(jìn)行管線(xiàn)綜合設計。筆者就此類(lèi)典型的數據中心機房工程在管線(xiàn)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(xiàn)方式的數據中心機房中,頂部會(huì )有大量的機電安裝工作,比如燈具、強弱電橋架、風(fēng)管、消防報警、氣體滅火管道、攝像機等。按照傳統的安裝方式,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構;

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

   ③可擴展性較差。隨著(zhù)機房后期發(fā)展,機房?jì)仍O備有可能增加,相應強弱電線(xiàn)槽等將增加。如果采用傳統的安裝方式,勢必在后期安裝時(shí)將重新打孔,成品保護將是一個(gè)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∏型鋼轉換層。上述所有安裝工作均在轉換層受力,并與轉換層卡接,而不是焊接。這樣所安裝的設備將可以在轉換層上滑動(dòng),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(xiàn)敷設在大龍骨內,而燈具也可以根據實(shí)際需要在大龍骨上滑動(dòng)。圖5所示頂部聯(lián)合支架安裝實(shí)例。

   (2)頂部氣體滅火管道和報警管線(xiàn)排布和安裝

   頂部無(wú)吊頂的機房?jì)戎辉陧敳堪惭b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換層安裝。

   (3)頂部新排風(fēng)管道排布和安裝

   為了保證機房?jì)葍舾吆蜌饬鹘M織順暢,新排風(fēng)管道排布應在滿(mǎn)足規范的前提下盡量沿機房墻體貼頂安裝,但不得安裝在空調機組上前方或正上方,以免影響空調回風(fēng)。此外,風(fēng)管排布應與空調送回風(fēng)方向順直,不宜交叉甚至垂直。

   (4)燈具排布和安裝

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

   (5)上走線(xiàn)強弱電橋架排布和安裝

   采用上走線(xiàn)方式的機房在強弱電橋架安裝時(shí)應結合機柜或設備的下線(xiàn)方式排布。比如某些機柜或設備在其背側下線(xiàn)，相應橋架安裝時(shí)應靠后側安裝,反之亦然。此外， 為了保證橋架至設備下線(xiàn)彎曲半徑符合規范，并且順直美觀(guān)，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?jì)韧?lèi)橋架高度盡量一致。

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

   (6)地板下氣體滅火管道和報警管線(xiàn)排布和安裝

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

   (7)地板下線(xiàn)槽排布和安裝

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

   為了保證送風(fēng)順暢,線(xiàn)槽應在熱通道地板下敷設。這里要特別說(shuō)明空調機組電源電纜敷設時(shí),線(xiàn)槽應在機組后側安裝,以免影響空調機組送風(fēng)。