现代化数据中心的建设与设计.docx

现代化数据中心的建设与设计 现代化数据中心的建设与设计 数据中心的基础设施是计算机机房建设的很重要的环节。计算机机房工程不仅 集建筑、电气、安装、网络等多个专业技术于一体，更需要丰富的工程实施和 管理经验。计算机机房设计与施工的优劣直接关系到机房内计算机系统是否能 稳定可靠地运行，是否能保证各类信息通讯畅通无阻。由于计算机机房的环境 必须满足计算机等各种电子设备和工作人员对温度、湿度、洁净度、电磁场强度、噪音干扰、安全保安、防漏、电源质量、振动、防雷和接地等要求。因此，一个合格的现代化计算机机房，应该是一个安全可靠、舒适实用、节能高效和 具有可扩充性的具有绿色理念的现代化机房。一个现代化的数据中心建设一般 应包括以下几个方面：装饰装修系统工程、供配电系统工程、空调和新风系统 工程、建筑智能化系统工程、防雷系统工程以及消防系统工程等。而每个系统 工程又由若干个子系统构成，每个子系统又由若干个单项工程组成。正是由这 些不可再分的单项工程共同组成了一个复杂的数据中心的有机体。 1 装饰装修系统 1.1 设计理念 机房内的装饰设计从风格上一般力求简洁、明快;从使用功能上吊顶和地板可拆卸以便维护，甚至有的用户要求墙面也要做到可拆卸;从功能分区上要遵循机房使用的一些基本需求，如更衣室、缓冲间、主机房、维修间、备品备件室、监控中心、参观走廊等都是必备的功能划分;从平面布局上力求合理和实用;从 层高的考虑上不可一味追求大空间，这样会加大空调的配置，也不能太过低矮 会造成压抑等不适感，同时过矮的情况下如果摆放机柜过密还会影响机柜操作 区域的照度;层高一般宜在2400mm左右，不宜高于3000mm，不宜低于2200mm. 1.2 设计要点 (1)隔断的设计 为了保证机房内不出现内柱，机房建筑常采用大跨度结构。针对计算机系 统的不同设备对环境的不同要求，便于空调控制、灰尘控制、噪音控制和机房 管理，往往采用玻璃隔断墙将大的机房空间分隔成较小的功能区域。机房外门 窗多采用防火防盗门窗，机房内门窗一般采用无框大玻璃门，这样既保证机房 的安全，又保证机房有通透、明亮的效果。 (2)地面设计 在机房工程的技术施工中，机房地面工程是一个很重要的组成部分。机房 地板一般采用防静电活动地板。活动地板具有可拆卸的特点，因此，所有设备 的导线电缆的连接、管道的连接及检修更换都要方便。随着材料技术的发展， 在很多无人办公的配电机房，越来越多地采用了抗静电地板或者抗静电地板漆 的地面设计，这样的好处是节省了空间和成本，在层高受限制且采用上走线方 式的配电室特别适用。地板的铺高一般在300mm左右，但是随着网络服务器等 设备的发热量的增加，需要更大的地板下空间来实现空调的送风和配电的线槽 敷设。 (3)吊顶的设计 计算机机房内的吊顶设计宜采用金属板材，其一，满足防火规范;其二，不起尘、不掉纤维，可保证机房洁净度;其三，模数化的成品材料便于灯具、风口等设备的布置;其四，便于现场装配施工，缩短工期，且因避免现场二次加工而能充分保证产品质量。在大多数的通信机房设计里面，目前也较多采用无吊顶 式的设计方案，这样做的好处是可以有效降低装修的成本。但与有吊顶的房间比，由于空间的加大会增加空调配置以及增大气体灭火保护区的容积，而这些 投资往往有时候会超过装修节省的费用，而且美观性会大打折扣。因此在设计 吊顶时要综合考虑如下因素：层高限制、美观影响、投资限制。 (4)墙面的设计 计算机机房内的墙面一般宜采用金属板材。其一，装饰效果好;其二，便于厂家根据现场测量的尺寸定制加工确保质量;其三，便于现场装配化施工，提高效率;其四，防火性能好，满足消防规范的要求。以前曾较多地使用铝塑板来做墙面的装饰，但因其不可拆卸，而且现场粘贴还会产生污染，防火性能比金属 板差，因此逐渐淡出了设计师的视线。乳胶漆有时候也是一种不错的选择，从 防火性能和成本上都能起到很好的效果。但对于需要在墙体内隐蔽走线的时候，施工的难度就会加大。 1.3 绿色理念在装饰设计中的运用 在现代化的数据中心建设中，作为设计师必须强调绿色设计概念。所谓绿 色设计是指环保无污染的可持续发展的设计理念。在装饰设计中，首先从平面 规划上注意不要追求超大、超宽、超高。其次从选材上必须选用绿色环保产品。在用材方面不要一味追求奢华、高价，要选择与投资规模和使用功能最匹配的 设计方案和材料。再有就是设计时要考虑今后几年的发展，一些房间的功能可 以通过隔断的改造轻松合并，这样就赋予了计算机机房新的含义，而不是不能 改造，只好最终废弃重建。 2 数据中心供配电系统 2.1 设计理念 数据中心的负载大都是用于存储重要信息的服务器，任何的电力系统事故 都将可能造成不可估量的损失，因此供配电设计力求安全可靠、系统清晰，且 具有良好的可扩充性能。 2.2 设计要点 计算机机房负载分为主设备负载和辅助设备负载。主设备负载指计算机及 网络系统、计算机外部设备及机房监控系统，这部分供配电系统称为“设备供 配电系统”，它对供电质量要求非常高，应采用UPS供电以保证供电的稳定性 和可靠性。在要求较高的机房项目中，UPS可采用直接并机技术。辅助设备负 载指空调设备、动力设备、照明设备、测试设备等。“辅助供配电系统”的供 电由市电直接供电。机房内的电气施工应选择优质电缆、线槽和插座。插座应 分为市电、UPS及主要设备专用的防水插座，并注明易区别的标志。照明应选 择机房专用的无眩光高级灯具。机房供配电系统是机房安全运行的动力保证， 机房往往采用机房专用配电柜来规范机房供配电系统，保证机房供配电系统的 安全、合理。机房一般采用市电、柴油发电机组双回路供电，柴油发电机组作 为主要的后备动力电源，运行成本较低。机房接地系统是涉及多方面的综合性 信息处理工程，是机房建设中的一项重要内容。接地系统是否良好是衡量一个 机房建设质量的关键性问题之一。机房一般具有四种接地方式：交流工作地、 安全保护地、直流工作地和防雷保护地。在机房接地时应注意两点：(1)信号系统、电源系统、高压系统和低压系统不应使用共地回路。(2)灵敏电路的接地应各自隔离或屏蔽，以防止地回流和静电感应而产生干扰。机房接地宜采用综合 接地方案，综合接地电阻应小于1。 2.3 绿色理念在设计中的运用 大型数据中心为了完成企业的数据处理与分析任务，设置了几十台、上百台、甚至上千台的服务器，以及供服务器存放数据的大量磁盘阵列等设备，为 了协同工作，这些设备还要通过网络级联起来，并且还有协同工作软件和设备 把它们管理起来，这就造成设备众多、效率低下、占地空间很大，机房的供电、静音、空调、散热等问题都一一显示出来。因此综合起来，绿色数据中心建设 是一项系统工程，因为它面临着诸多要解决的问题，对于IT行业来讲，主要就是提高IT设备(服务器、存储、网络设备等)的电能利用率，尽量降低电能的热损耗，此外，在提高计算密度的同时，通过新的散热技术和数据中心的整体设 计来解决散热问题。要解决这些问题，首先要了解和分析数据中心应用的具体 情况，针对这些问题提出一个整体解决方案，只有这样，才能实现提高数据中 心效能和降低电力损耗以及减少占地空间的整体目标。 3 空调和新风系统 3.1 设计理念 一般情况下，空调的设计要考虑备份，因为服务器设备工作时会散发出大 量的热量，一旦空调设备出现故障就会导致机房内温度激升造成停机丢失数据 等不可逆转的损失。因此一般考虑一用一备，或者两用一备的方式。一般不主 张在数据中心内安装水冷机组，避免漏水事故造成停电。 3.2 设计要点 机房精密空调系统的任务是为保证机房设备能够连续、稳定、可靠地运行，需要排放机房内设备及其它热源所散发的热量，维持机房内恒温恒湿状态，并 控制机房的空气含尘量。为此要求机房精密空调系统具有送风、回风、加热、 加湿、冷却、减湿和空气净化的能力。机房精密空调系统是保证良好机房环境 的关键设备，应采用恒温、恒湿精密空调系统。机房新风换气系统主要有两个 作用：其一，给机房提供足够的新鲜空气，为工作人员创造良好的工作环境;其二，维持机房对外的正压差，避免灰尘进入，保证机房有更好的洁净度。机房 内的气流组成形式应结合计算机系统要求和建筑条件综合考虑。新排风系统的 风管及风口位置应配合空调系统和室内结构来合理布局，其风量根据空调送风 量大小和机房操作人员数量而定，一般取值是每人新风量为50m3/h，新风换气 系统可采用吊定式安装或柜式机组，通过风管进行新风与污风的双向独立循环。新风换气系统中应加装防火阀并能与消防系统联动，一但发生火灾事故，便能 自动切断新风进风。如果机房是无人值守的则没必要设置新风换气系统。 3.3 绿色理念在设计中的运用 空调和新风的设计和配电一样，也是数据中心的核心内容。空调的热交换 一直是造成大气污染的重要因素，因此在设计时要注意热量的计算尽量准确， 避免很大的冗余造成能源的浪费。同时，虽然水冷机组要慎用，但是在防护得 当措施得力的情况下，使用水冷机组将大大减少对环境的污染。在人员办公区，空调的设计更应该响应国家的号召，不能超量设计。 4 建筑智能化系统 4.1 设计理念 智能化设计在计算机机房建设中日益显示出重要的地位，其着眼于利用先 进的设备和软件技术对数据中心内的人员和设备进行监控和管理，方便操作人 员对数据中心进行维护。 4.2 设计要点 机房监控系统的规模不大，却是建立机房安全防范机制不可缺少的环节， 能够24小时监视并记录下机房内发生的任何事件。机房门禁系统多采用非接触式智能IC卡综合管理系统。该系统可灵活、方便地限定进入机房的人员、时间、权限，防止人为因素造成的破坏，保证机房的安全。机房的水患来源主要有： 机房顶棚屋面漏水;机房地面由于上下水管道堵塞造成漏水;空调系统排水管设 计不当或损坏漏水;空调系统保温不好形成冷凝水。机房水患影响机房设备的正常运行甚至造成机房运行瘫痪。因此，机房漏水检测是机房建设和日常运行管 理的重要内容之一，除施工时对水害重点注意外，还应安装漏水检测系统。 随着社会信息化程度的不断提高，机房计算机系统及其环境设备均日益增多， 机房环境设备(如供配电系统、UPS、空调、消防系统、保安系统等)必须时刻为计算机系统提供正常的运行环境。因此，对机房动力设备及环境实施监控就显 得尤为重要。机房环境及动力设备监控系统主要是对机房设备(如供配电系统、UPS、防雷器、空调、消防系统、保安门禁系统等)的运行状态，温度、湿度、 洁净度，供电的电压、电流、频率，配电系统的开关状态，测漏系统等进行实 时监控并记录历史数据，实现对机房遥测、遥信、遥控、遥调的管理功能，为 机房高效的管理和安全运营提供有力的保证。 4.3 绿色理念在设计中的运用 在智能化设计中要根据自身数据中心的特点和投资情况综合考虑，不能一 味追求最好的产品和技术，应该理性选择合适的方案。比如在设计保安监控系 统时，有的用户要求24小时不间断录像，这在实际应用中大可不必。可以选用追踪动态录像产品，一旦监控区域有移动目标出现时自动启动录像功能，这样 就大大降低了对存储介质的需求，从而节省大量的投资。另外在设计时要充分 考虑系统的可扩展性和兼容性，否则新的产品和技术出现以后其升级改造会是 一个难以解决的问题。 5 防雷系统 5.1 设计理念 防雷设计是一个非常重要的环节，国内外有很多关于数据中心的雷击报道。数据中心一般要实现三级防雷保护。 5.2 设计要点 机房雷电分为直击雷和感应雷。对直击雷的防护主要由建筑物所装的避雷针完成;机房的防雷(包括机房电源系统和弱电信息系统)工作主要是防感应雷引起的雷电浪涌和其他原因引起的过电压。 5.3 绿色理念在设计中的运用 在满足国家规范的前提下，还要考虑各地方气象部门的具体规定。在弱电防雷方面一定要结合实际。曾经碰到过一个案例，用户要求对局域网的每一个终端模块进行防雷设计，结果投资呈十倍以上的增长。实际上如果加以改进，既可以有效地起到防雷的作用，又可以大幅减少投资。 6 消防系统 6.1 设计理念 数据中心的消防设计要注重对人员和设备均不造成伤害，而且一定要注意与电气系统、空调系统的联动。 6.2 设计要点 机房应设气体灭火系统，气瓶间宜设在机房外，为管网式结构，在屋顶上设置喷嘴，火灾报警系统由消防控制箱、烟感、温感联网组成。机房消防系统应采用气体消防系统，常用气体为七氟丙烷。 6.3 绿色理念在设计中的运用 设计时要考虑喷射的气体必须无毒，对人员无害，对服务器设备不造成机械性的损伤。因此，产品的选择是至关重要的环节。同时要结合装修设计，合理分区，合理设计层高等，这样可以优化消防的设计，减少药剂的使用量，节约资金。 7 我国的现状 7.1 需要建设数据中心的单位对“绿化”认识不足 目前绝大多数需要建立大型数据中心的单位，对数据中心“绿化”认识不足。在系统规划时，只是看到了数据中心的处理能力如何，磁盘阵列要多大，网络怎么规划，UPS如何配置等情况。而对数据中心的能耗、空调、环保设计还缺乏认识，或者根本没有把数据中心的节能、降耗、运营成本等进行综合考 虑。节能减排是国家可持续发展的战略决策，还需要加大力度提高IT行业对建设“绿色数据中心”的认识，并且要求任何单位在进行数据中心规划时，都要 考虑数据中心的“绿化”问题。 7.2 真正做到节能、降耗的IT产品还不多，用户选 择空间不大 数据中心的“绿风”虽然已经吹起，市场潜在需求很大，但技术驱动的动 力不足，也就是说，真正能保证数据中心的效能又节能、降耗、环保的IT产品少，无论是服务器、网络、存储还是UPS等品种少，门类不全，希望IT业生产厂商和研制单位尽快研制出数据中心“绿化”的系列产品，在绿色数据中心建 设中，充分发挥技术驱动的作用。 7.3 数据中心整体架构需要变革 实际上目前使用的服务器架构已经沿用了几十年了，存在问题已经浮出水面，刀片机的问世使服务器的架构设计向前迈进了一步，但也带来了通风散热 的问题，数据中心众多的网络设备、存储设备等，虽然通过网络连接起来，但 实际上仍是一个个独立的群体。数据中心设备的整合、优化，进行集约化、集 成设计已经提到了日程。实现提高服务器的效率和整个数据中心的效能，具有 节能降耗和降低整体成本的功能，这就要求数据中心和服务器的体系架构设计 必须变革，用户在期待新一代服务器时期的到来。 7.4 绿色数据中心建设缺少统一的标准和规范 绿色数据中心建设的春风已经吹起，但是什么是绿色数据中心，绿色数据 中心应该参照什么标准设计等等，没有一个公认的概念和标准，这对绿色数据 中心的建设发展不利。要更快地出台这方面规范和标准，指导数据中心的建设。 8 结束语 绿色数据中心建设是一个系统工程，它不仅取决于IT技术发展的驱动，而且也和建筑技术发展有关。信息技术与建筑技术的结合可以更有力地驱动绿色 数据中心的建设向前发展，在看到了希望和前途的同时，也要认识到绿色数据 中心的建设任重而道远。