中型數(shù)據(jù)中心機(jī)房建設(shè)方案

1、中型數(shù)據(jù)中心機(jī)房建設(shè)方案艾默生網(wǎng)絡(luò)能源有限公司朱利偉信息化與數(shù)字化成為各個(gè)企業(yè)、行業(yè)提高速度、提高效率，獲得效益的關(guān)鍵手段，而全球信息化與數(shù)字化的愈來愈成熟，為我們追求效益提供了方法、手段、標(biāo)準(zhǔn)。(1)數(shù)字化：企業(yè)的業(yè)務(wù)、流程、經(jīng)營(yíng)、管理等等，相關(guān)活動(dòng)全部進(jìn)行數(shù)字化(2)無紙化：過去基于傳真、電話的定單模式不能適應(yīng)數(shù)字化的要求，企業(yè)或組織的各種活動(dòng)通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)進(jìn)行，辦公方式轉(zhuǎn)為無紙化辦公。(3)集中化：分散的信息化不能形成規(guī)模效應(yīng)，信息孤島不能帶來速度和效率提高。當(dāng)前信息化的趨勢(shì)是集中管理、集中存儲(chǔ)、集中傳輸、集中交換，帶來信息化的集中效應(yīng),這種集中效應(yīng)表現(xiàn)在數(shù)據(jù)中心的興起(如圖1所示)

2、。服務(wù)器、存清器、交換機(jī)等、支撐系統(tǒng)T-X信息終端1信息終端圖1信息集中化的趨勢(shì)，需要數(shù)據(jù)中心承載1數(shù)據(jù)中心的物理模型數(shù)據(jù)中心的作用與目的是完成信息的集中管理、集中存儲(chǔ)、集中傳輸、集中交換，從而實(shí)現(xiàn)信息集中效益。在數(shù)據(jù)中心中，存在兩個(gè)層面的平臺(tái)：網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)和動(dòng)力平臺(tái)(如圖2所示)2009-04-3010:08:43數(shù)據(jù)中心:網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)中國(guó)性/當(dāng)圭金*笄*Mil推動(dòng)力平臺(tái)njftirit住$異）*/44 色圖2數(shù)據(jù)中心（DC）物理模型的定義2數(shù)據(jù)中心的級(jí)別與分類：根據(jù)美國(guó)TIA942標(biāo)準(zhǔn)與UptimeInstitute的定義，將數(shù)據(jù)中心的可用性等級(jí)分為四級(jí)（如表1所示）：表1等級(jí)播3，2級(jí)1皴冗余能

3、力有容錯(cuò)能力可在線里護(hù)有冗余無冗余可用性99.93%9975%99.67%供電系統(tǒng)聞?dòng)眯?999999砥上99.99騾以上99.9寓以上99.搦我國(guó)新制定的電子信息機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范GB50174-2008,將電子信息機(jī)房定義為A、B、C三類，其中A類要求最高（如表2所示）。表2等領(lǐng)：康月類C 類機(jī)房定義系統(tǒng)中斷導(dǎo)致重大經(jīng)躋損失或者公井秩序嚴(yán)重混亂的電子信息機(jī)房系統(tǒng)中斷導(dǎo)致較大經(jīng)濟(jì)損失或者公共秩序限亂的電子信息機(jī)房苴他機(jī)房冗余能力有容錯(cuò)能力有元余無冗余可用性999或99.75%99.67%供電系統(tǒng)可用性9999曲勰以上BS明弘以上99按機(jī)房的規(guī)模，可以分為超大型數(shù)據(jù)中心、大型數(shù)據(jù)中心、中型數(shù)據(jù)中心和

4、小型數(shù)據(jù)中心等。超大型數(shù)據(jù)中心，通常面積大于2000m2,服務(wù)器機(jī)柜數(shù)量大于1000個(gè)；大型數(shù)據(jù)中心，通常介于8002000m2,服務(wù)器機(jī)柜數(shù)量2001000個(gè);中型數(shù)據(jù)中心，面積為200800m2,機(jī)柜數(shù)量為50200個(gè)；小型數(shù)據(jù)中心，面積為30200m2,機(jī)柜數(shù)量為1050個(gè)；無專門場(chǎng)所的服務(wù)器/交換機(jī)機(jī)柜應(yīng)用等。以上規(guī)模劃分是實(shí)際工作中的大致劃分方法，并沒有嚴(yán)格的劃分標(biāo)準(zhǔn)與參照指標(biāo)體系。劃分的目的也僅僅是便于數(shù)據(jù)中心的規(guī)劃、設(shè)計(jì)與建設(shè)等。本文專門針對(duì)中型數(shù)據(jù)中心機(jī)房，探討相關(guān)規(guī)劃、設(shè)計(jì)與建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)、方法和實(shí)踐。3.1機(jī)房選址我國(guó)電子信息機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范GB50174-2008對(duì)機(jī)房選址提出了

5、要求，綜合美國(guó)數(shù)據(jù)中心標(biāo)準(zhǔn)TIA942-2005,對(duì)數(shù)據(jù)中心選址可以參考以上標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)際工作中，對(duì)于中型數(shù)據(jù)中心機(jī)房的選址，用戶通常選擇與辦公大樓等設(shè)施在一起，便于管理與維護(hù)。對(duì)于辦公大樓來說，需要重點(diǎn)考慮以下內(nèi)容：(1)大樓的電力是否足夠給數(shù)據(jù)中心使用。辦公大樓在設(shè)計(jì)與建設(shè)的時(shí)候，主要面向人員辦公需要，屬于輕載荷的供電設(shè)計(jì)。而數(shù)據(jù)中心的設(shè)備供電量要求巨大，這樣的重載荷設(shè)施放入辦公大樓，常常會(huì)引起供電系統(tǒng)容量嚴(yán)重不足。無論是供電、亦或是制冷，都是對(duì)原有辦公大樓用電容量的巨大挑戰(zhàn)。(2)是否有足夠的空間，放置機(jī)房空調(diào)的室外機(jī)系統(tǒng)。辦公大樓寸土寸金，面積利用率很高。而數(shù)據(jù)中心的機(jī)房需要恒溫恒濕的機(jī)房

6、專用系統(tǒng)，365天X24小時(shí)的不間斷運(yùn)行。機(jī)房專用空調(diào)如果采用直接制冷制式(DX),需要足夠多的空間安裝空調(diào)室外機(jī)。如果采用冷凍水系統(tǒng)，需要專門的365天X24小時(shí)運(yùn)行的冷凍機(jī)組，而不能與大樓的中央空調(diào)系統(tǒng)混用。(3)機(jī)房層高是否足夠？辦公大樓的層高為民用建筑設(shè)計(jì)，層高通常為2.83.2m而數(shù)據(jù)中心需要安裝靜電地板，頂部吊頂。最佳層高(無障礙物)應(yīng)該大于3.2mo(4)是否有足夠容量的載貨電梯？通常的辦公大樓載貨電梯尺寸小、 載荷低。 而數(shù)據(jù)中心需要的UPS電源、機(jī)房空調(diào)等設(shè)備，都是大尺寸超重型設(shè)備。如果電梯不能運(yùn)輸，勢(shì)必導(dǎo)致運(yùn)輸成本劇烈增加。(5)在辦公大樓設(shè)置數(shù)據(jù)中心，因?yàn)樽饨鸶甙?、?chǎng)地有

7、限、供電不足，將嚴(yán)重限制數(shù)據(jù)中心的規(guī)模和安全級(jí)別。3.2規(guī)劃與設(shè)計(jì)中型數(shù)據(jù)中心機(jī)房的規(guī)劃與設(shè)計(jì)，其需求源頭來自于用戶對(duì)服務(wù)器、軟件系統(tǒng)的規(guī)劃與需求。規(guī)劃分為部分，包括容量規(guī)劃(密度規(guī)劃)、供電系統(tǒng)規(guī)劃、制冷系統(tǒng)規(guī)劃、網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃等。容量規(guī)劃：容量是指中型數(shù)據(jù)中心機(jī)房的初期、終期的服務(wù)器等IT設(shè)備數(shù)量、或者面積。容量規(guī)劃可以基于兩個(gè)方面考慮，(1)數(shù)據(jù)中心機(jī)房的機(jī)柜數(shù)量x平均每機(jī)柜服務(wù)器數(shù)量。在采用普通地板送風(fēng)制冷方式下，每個(gè)機(jī)柜的熱密度為35kw/rack,超過這個(gè)熱密度就必須采用高熱密度的制冷解決方案(如圖3所示)。市電發(fā)電機(jī)圖3傳統(tǒng)開放式機(jī)柜+地板下送風(fēng)制冷(2)機(jī)房的電力供應(yīng)。當(dāng)機(jī)房的供電系

8、統(tǒng)(市電+發(fā)電機(jī))容量確定之后，可以計(jì)算出服務(wù)器的總功率。比如發(fā)電機(jī)最大容量為500kva,那么根據(jù)機(jī)房的能效PUE值(按2.0考慮），得出機(jī)房最大承載服務(wù)器容量為250kva（如圖4所示）PUE能量使用效率的定義：PowerUsageEffectiveness。卯57bszFnci五0Rnver讖據(jù)中心總能耗）。雙尸白w（zzt殳備總能耗）圖4PUE指標(biāo)曲線圖5數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)示意圖上述標(biāo)準(zhǔn)列出了N、N+1、2N、2（N+1）等冗余方式。在中型數(shù)據(jù)中心機(jī)房的市電、發(fā)電機(jī)等系統(tǒng)，用戶可以根據(jù)實(shí)際情況選擇N+1或者2N系統(tǒng)。而UPS供電系統(tǒng)，建議用戶采用2N或者2（N+1）方式，確保供電可靠性（

9、如圖6、7所示）。圖72（N+1）式供電系統(tǒng)用戶選擇UPS時(shí)，建議采用高頻式UPS,因?yàn)椴捎酶哳lIGBT整流+無隔離變壓器式設(shè)計(jì)，輸入功率因數(shù)高、輸入電流諧波小、功率密度高等特點(diǎn)。同時(shí)因?yàn)閁PS占地面積小重量小，搬運(yùn)方便。UPS的電池容量建議根據(jù)市電與發(fā)電機(jī)系統(tǒng)配置，通常為30分鐘左右。一般不建議3.3供電系統(tǒng)的規(guī)劃與設(shè)計(jì)當(dāng)中型數(shù)據(jù)中心機(jī)房的最大容量確定后，子計(jì)算機(jī)機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范GB50174-2008統(tǒng)與制冷系統(tǒng)。對(duì)于供電系統(tǒng)， 包括從市電、 發(fā)電機(jī)到配電、 （列頭柜）、機(jī)柜PDU等一系列環(huán)節(jié)（如圖用戶可以根據(jù)預(yù)算、機(jī)房重要程度，結(jié)合電和美國(guó)TIA942-2005的標(biāo)準(zhǔn)，確定供電系UPS、輸出

10、配電、服務(wù)器電源管理系統(tǒng)5所示）。圖62N式供電系統(tǒng)超過2小時(shí)的電池配置，重量大、成本高，投資不經(jīng)濟(jì)。在UPS之后，需安裝服務(wù)器電源管理系統(tǒng)SPM（又叫列頭柜），為服務(wù)器機(jī)柜提供配電與保護(hù)。為提供服務(wù)器電源的配電可靠性，建議每一個(gè)配電回路都采用監(jiān)控與管理系統(tǒng)，監(jiān)控每一路回路的電流、電壓、功率、功率因數(shù)、諧波、電量等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)配電的安全管理和成本的細(xì)致化管理（如圖8所示） 。MOTAISLE/COLD川義工APPROACH制冷系統(tǒng)規(guī)劃與設(shè)計(jì)制冷系統(tǒng)是機(jī)房另外一個(gè)關(guān)鍵的基礎(chǔ)設(shè)施。在中型數(shù)據(jù)中心機(jī)房，制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括：地板下送風(fēng)系統(tǒng)、服務(wù)器機(jī)柜、機(jī)房專用空調(diào)等。按照機(jī)房節(jié)能設(shè)計(jì)實(shí)踐和標(biāo)準(zhǔn)，通常采用地

11、板下送風(fēng)、機(jī)柜布置按冷熱通道方式，是制冷效率比較高的設(shè)計(jì)方式（如圖9所示）。HI圖9地板下送風(fēng)+冷熱通道設(shè)計(jì)機(jī)房的服務(wù)器機(jī)柜也是制冷的關(guān)鍵之一。在很多運(yùn)行的機(jī)房中，不少用戶對(duì)機(jī)柜不重視，通常采購(gòu)一些廉價(jià)服務(wù)器機(jī)柜。而這樣的機(jī)柜必然帶來通風(fēng)面積小、服務(wù)器發(fā)熱等問題。TIA942標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定機(jī)柜的通風(fēng)面積比通孔率大于50%o而當(dāng)服務(wù)器的熱密度達(dá)到4kw左右是，建議用戶采用通孔率大于70%的服務(wù)器機(jī)柜，確保服務(wù)器等IT設(shè)備通風(fēng)量、風(fēng)速正常。此外，為了冷熱通道隔離，建議使用擋板，將服務(wù)器機(jī)柜上空閑的U空間擋住，減少冷空氣與熱空氣的無效熱交換。進(jìn)一步的節(jié)能設(shè)計(jì)包括完全封閉的冷通道，實(shí)現(xiàn)冷空氣與熱空氣的完全隔

12、離。當(dāng)然這樣封閉式冷通道（或熱通道設(shè)計(jì)），必須符合消防防火等規(guī)范（如圖10所示）iq；令；3靛I神考慮到投資成本、運(yùn)營(yíng)成本、維護(hù)成本等，建議采用風(fēng)冷式機(jī)房專用空調(diào)（DX式）而水冷或者冷凍水式機(jī)房專用空調(diào)不適合于在中型機(jī)房中使用與推廣（如11所示）。圖11風(fēng)冷式機(jī)房專用空調(diào)（DX式）風(fēng)冷式機(jī)房專用空調(diào)，按照上述標(biāo)準(zhǔn)，采用N+1（2或3）即可實(shí)現(xiàn)制冷系統(tǒng)較高的可靠性。在空調(diào)的供電上采取分組供電方式，避免單一供電回路導(dǎo)致的單點(diǎn)故障。監(jiān)控系統(tǒng)的規(guī)劃與設(shè)計(jì)中型數(shù)據(jù)中心機(jī)房的安全與運(yùn)營(yíng)監(jiān)控管理是用戶關(guān)注的核心內(nèi)容之一。而這些數(shù)據(jù)中心機(jī)房通常采用無人值守工作模式，機(jī)房的安全與運(yùn)營(yíng)監(jiān)控是無人值守的重要手段和工具。它包括：機(jī)房視頻監(jiān)控系統(tǒng)。 視頻監(jiān)控實(shí)現(xiàn)機(jī)房365天X24小時(shí)監(jiān)控下運(yùn)行， 任何故意或無意的破壞都將記錄在案。機(jī)房設(shè)備與環(huán)境的監(jiān)控系統(tǒng)。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，必須實(shí)時(shí)監(jiān)控機(jī)房的溫度、濕度、水浸、供電系統(tǒng)工作參數(shù)與狀態(tài)、空調(diào)系統(tǒng)工作參數(shù)與狀態(tài)等，并在故障下主動(dòng)提示用戶采取措施，及時(shí)修復(fù)故障，確保機(jī)房安全穩(wěn)定運(yùn)行（如圖12所示）。電也*朋圖12數(shù)據(jù)中心的機(jī)房監(jiān)控系統(tǒng)特別需要說明的是，中型數(shù)據(jù)中心機(jī)房通常不會(huì)配置電源專業(yè)人員，日常的管理與維護(hù)工作通常外包給專業(yè)類公司，IT用戶僅僅督導(dǎo)與監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)維護(hù)工作。而在眾多設(shè)備與環(huán)境中，電池的監(jiān)控是比較容易忽視的環(huán)