机房技术专业委员会                  
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机房项目设计方案/上

 来源:AIX专家俱乐部


目录

设计指导

第一章. 项目概述

第一节. 设计思想

第二节.设计原则

第三节. 技术规范

第二章. 整体规划方案

第一节. 整体规划原则

第二节. 布局规划

第三节. 垂直空间规划

第三章. 装修工程

第一节. 机房各功能区装修介绍

第二节. 地板工程

第三节. 吊顶工程

第四节. 墙面工程

第五节. 隔墙工程

第六节. 防水工程

第七节. 保温工程

第八节. 门窗工程

第四章. 电气系统

第一节. 概述

第二节. 机房配电系统设计

第三节. 整体供配电系统

第四节. UPS 系统

第五节. 机房市电配电系统

第六节. 照明系统

第七节. 防雷保护、接地保护系统

第五章. 暖通工程

第一节. 综述

第二节. 机房制冷负荷计算

第三节. 气流组织

第四节. 空调系统

第五节. 通风系统

第六节. 加湿系统

第七节. 给排水系统

第六章. 消防工程

第一节. 概述

第二节. 火灾报警系统

第三节. 气体灭火系统

第七章. 综合布线工程

第一节. 系统概述

第二节. 综合布线总体架构

第三节. 综合布线系统方案

第四节. 桥架路由设计。

第八章. 安防监控工程

第一节. 系统概述

第二节. 系统架构

第三节. 功能联动

第四节. 视频监控系统

第五节. 门禁管理系统

第九章. 动力与环境监控系统

第一节. 系统概述

第二节. 系统结构

第三节. 集中监控系统功能

第四节. 系统功能

第十章. 主要施工工艺及专项施工方案

第一节. 装修部分

第二节. 电气部分

第三节. 智能化部分

第四节. 暖通工程

第五节. 消防工程

项目设计指导

一、 安全性

本项目作为金融系统的数据中心机房, 安全性是本项目建设的首要设计目标。

根据对本项目的理解安全性主要体现在如下几个方面:

1、从平面环境角度考虑:建立金字塔式的安防分区,保证核心区域的安全防范。实现三级安防系统。

2、从系统角度考虑:

供电的安全性:供电系统采用双总线系统空调供电采用末端切换,完全满足容错的要求。

制冷的安全性:充分考虑空调系统的冗余,保证制冷不间断;

IT 运行数据传输的安全性:从接入间到末端设备无单点故障,采用双路由设计,达到 T4 级别的综合布线系统;

二、 可扩展性

未来的业务增长及 IT 设备发展都不可预见,因此需要充分考虑机房的可扩展性使其在不需做较大改造的情况下即可适应将来的需求。

1、 预留了充足的供电容量, 扩容时无需停电, 不会对在运行设备造成影响;

2、预留了后续的空调管路,增加空调时不需要再重新铺设管路,避免对机房环境造成影响;

3、监控、安防、KVM 等系统都可实现无缝扩展,不会由于预留区域的使用而影响到已使用区域的正常运行;

三、 展示性

在设计中从功能性、人性化、实用性三个方面为设计原则,不仅保证其功能性的现实还要考虑美观性。

选用日材质绿色环保、不起尘。墙面采用彩钢板,内填充吸音岩棉。吊顶采用铝单板造型。地面采用网络地板,并铺设地毯。在材质上软硬搭配,营造出一个现代、大气、肃穆的办公空间。充分体现出监控中心在数据中心的中枢地。

四、 节能性

数据中心已成为金融行业的核心基础设施,随着业务种类和业务量的增长,作为业务支撑的电子信息设备必将随之增加,数据中心的能耗也将大幅增长,因此节能性在本项目中也非常重要。本项目设计有:

1、预处理新风机,保持进入机房新风的温度、湿度与机房环境至,降低机房空调的不稳定符合,以提高空调的效率。

2、采用高效的列间空调系统,提高机房空调系统的效率,降低后期运营成本。

五、 可靠性

数据中心建设还应保证系统可靠性, 否则在投入运行后将需要投入大量的人员和设备对各系统进行维护和维修,给系统运行带来安全隐患并提高运行成本。

1、空调末端切换采用 PC 级 ATS,保证电源切换的可靠性;

2、采用完全满足国家气象部门认可的防雷器;

3、精密配电柜采用有专利的热插拔可调相开关。

六、 实用性

在数据中心的生命周期中,其运行维护期是最长的,因此必须考虑后期运行人员工作的需要,在相关区域设置人性化的设计,给人于工作的便利性和环境的舒适感。

1、色彩管理系统

 墙面:在墙面上安装 LED 灯带,根据不同的功能区设置不同的颜色;

 综合布线:不同网络选用不同颜色的线缆;

 线槽:根据不同的功能和回路选用不同的颜色;

 柱子:根据功能区的划分选用不同的颜色;

 开关插座:根据使用的网络或电源不同选用不同的颜色。

色彩标示具体需要做哪些内容需要根据用户的使用习惯和需求最终确定。

2、 安排合理的工具车、 换鞋椅、 主入口的手电、 地板吸等工具放置区域等。

3、对人员长期办公环境的舒适度考虑,茶水间等的设置。

第一章. 项目概述

机房工程位于大楼 9 层,层高 4 米;楼板载荷机房区域 3KN/

本次装修工程包括主机房、网络机房、监控中心管理控制区域的装修。

第一节. 设计思想

中心机房工程是根据长远发展战略,本着“立足当前、着眼长远”的原则,以满足未来 5-8 年业务发展及系统建设的需要为目标,以《电子信息系统机房设计规范》 (GB50174-2008)中 B 类机房标准,采取“统一设计、分期部署”的方式, 打造一个布局合理、 功能完备、 设施先进、 安全可靠、 绿色环保、投资合理、可持续发展的现代化绿色数据中心,为业务发展保驾护航。

第二节. 设计原则

整体性原则: 数据中心所有系统的设计要根据业务发展需要与设备使用要求进行整体规划,统筹考虑,保证整体可用性。

可靠性原则:数据中心必须具有高可靠性,保证连续不间断的 7 *24 小时运行; 在设计和建设时要尽量排除单点故障的存在,对可能存在单点故障的环节在设计上要尽可能排除其对整个系统的影响。

安全性原则: 具有完整的安全策略和切实可靠的安全手段保障数据中心运行系统基础环境的安全。在防火、防水、防尘、防虫、防鼠、防盗、接地、防雷、防电磁干扰、降噪等方面采取有效措施;在考虑地面承重能力时,采取相应的技术措施。

先进性与实用性相结合原则: 系统设计立足于高起点, 采用国际先进、 成熟、实用的技术, 构建合理并适当超前的技术体系架构, 用以确保长时间的技术领先。

各系统通过集成,实现资源和信息共享,增强对数据中心的运营管理能力,提高设备利用率,降低能耗,实现数据中心科学的机房管理。系统软、硬件配置采用模块化、开放式结构,以适应系统灵活组织、扩展和系统集成整体提升的需要。

绿色节能原则: 数据中心设计及建设要采用切实有效的措施或技术来充分体现节能、环保、减排的要求,建设绿色的数据中心。

可扩展性原则:各系统应具有可持续发展的能力,在系统设计上具有较大的灵活性。在设计时应考虑部分设备分期、分阶段实施,产品选型都应具有超前性和扩充性,系统实施方案具有可扩展性。

可管理性原则: 各系统应具有较强的集中式管理加分布式实施的可管理性逻辑,并且为分布式实施调整提供清晰的管理逻辑。

舒适性原则:数据中心应能提供良好的工作环境,要保持空气新鲜,机房内的温度、湿度要符合国家标准,为工作人员提供适宜的工作环境。

第三节. 技术规范

所有提供的设备的设计、制造、检验、施工、测试、验收等应符合国内现行B 类机房标准、国际标准化组织相关标准。

技术标准应包括但不限于:

总体方案及装修

《智能建筑设计标准》 (GB/T50314-2006)

《智能建筑工程质量验收规范》 (GB50339-2003)

《金融建筑电气设计规范》 (JGJ284-2012)

《电子信息系统机房设计规范》 (GB 50174-2008)

《电子信息系统机房施工和验收规范》 (GB 50462-2008)

《数据中心的通信基础设施标准 Telecommunicaions Infrastrure Standard for Data Centers》 (ANSI/TIA-942-2005)

《电子计算机场地通用规范》 (GB/T-2887-2000)

《防静电活动地板通用规范》 (SJ/T10796-2001)

《建筑设计防火规范》 (GB50016-2006)

《高层民用建筑设计防火规范》 (GB 50045-95) (2005 版)

《建筑内部装修设计防火规范》 (GB 50222-95) (2001 版)

《民用建筑工程室内环境污染控制规范》( GB50325-2010)

《办公建筑设计规范》 (JGJ67-2006)

建设方提供的设计要求和现场测量尺寸

电力及照明系统

《民用建筑电气设计规范》( JGJ16—2008)

《低压配电设计规范》( GB50054-2011)

《不间断电源技术性能标定方法和试验要求》 (现行国标电工标准)

《建筑防雷设计规范》 (GB50057-2010)

《建筑照明设计标准》(GB50034-2004)

《供配电系统设计规范》(GB50052-2009)

《建筑物电子信息系统防雷技术规范》( GB50343-2012)

《新编电气装置安装工程施工及验收规范》2006

《电气装置安装工程电缆线路施工及验收规范》 (GB50168-2006)

《电气装置安装工程接地装置施工及验收规范》( GB50169-2006)

空调通风系统

《采暖通风与空气调节设计规范》 (GB50019-2003)

《通风与空调工程施工及验收规范》 (GB 50243-2002)

智能化系统

《智能建筑设计标准》 (GB/T 50314-2006)

《综合布线系统工程设计规范》 (GB 50311-2007)

《综合布线系统工程验收规范》 (GB 50312-2007)

《入侵报警系统工程设计规范》 (GB 50394-2007)

《视频安防监控系统工程设计规范》 (GB 50395-2007)

《出入口控制系统工程设计规范》 (GB 50396-2007)

《安全防范工程技术规范》 (GB50348-2004)

《民用闭路监视电视系统工程技术规范》 (GB 50198-94)

《工业电视系统工程设计规范》 (GB 50115-2009)

《视频显示系统工程技术规范》 (GB 50464-2008)

消防系统

《火灾自动报警系统设计规范》 (GB 50116-2008)

《火灾自动报警系统施工及验收规范》 (GB50166-2007)

《气体灭火系统设计规范》 (GB 50370-2005)

《气体灭火系统施工及验收规范》 (GB 50263-2007)

《七氟丙烷灭火系统技术规程》 (J10142-2002)

其他标准和规范

《工业金属管道工程施工及验收规范》 (GB50235-97)

《建设工程项目管理规范》 (GB/T50326-2010)

《建设工程监理规范》 (GB 50319-2012)

其它相关最新标准、规范、规程、规定等

第四节. 机房建设要点

机房消声降噪控制

考虑到机房内其它设备产生的噪音,机房区吊顶材料我们选用大龙骨吊顶,吊顶采用石膏板刷防尘漆吊顶,内填充吸音及隔热材料,保证机房区噪音设备不影响其他区域工作,保证噪音降到最低。

控制新风管内风速 ≤6m/s;风管外包隔音保温材料,通过墙体时采用帆布软管;合理设计风口板数量控制风速,这些措施都起到减少低噪音的作用。

机房防水措施

由于机房区采用精密空调系统,机房温度恒定, 夏季高湿季节地面容易产生冷凝水,水对机房内部设备危害极大。为此,机房内部采取各种措施防止出现结露现象,以确保机房内设备的安全运行。

由于机房内配有精密空调系统, 这样制冷的时候就会出现室内外温差大容易产生结露的现象。所以机房需要具有良好的保温措施。故我们在主机房地面铺设20mm厚的发泡聚氨酯保温板外贴压花铝箔和顶部铺设30mm厚的发泡聚氨酯保温板外贴压花铝箔。防止因室内外温差而引起结露现象。并且配套建设环境监控系统, 同时在空调室内机组及窗台周围用混凝土砂浆修建防水坝,并且适当安装排水地漏,地漏通过下楼吊顶内排出保证机房空调一旦漏水,机房内不会有水的囤积,造成机房内二次损失。

防静电设计

静电是计算机系统发生最频繁、最难消除的危害之一,它的存在对计算机在各个领域的应用起了负作用。

机房内产生与静电有关的因素主要包括以下几方面:

机房内的相对湿度:空气的相对湿度较高,则空气的电阻值相对就较低,那么物体间相互摩擦时产生的静电荷, 也会由于物体表面的电阻值相对较低而极易从高电位向低电位移动,因此物体表面就不会产生静电荷的淤积。但湿度太高会使设备铁件锈蚀而影响使用寿命,所以湿度不是越高越好。

机房的地板: 当人体穿着塑料底或皮革底的鞋子在高分子合成材料的贴面活

动地板上面行走,装有胶轮的推车和设备在地板上移动由于摩擦而产生静电。其静电电压的高低与地板表面贴面材料的电阻率有关。 所以建议选用电阻率低的地板。

机房内的办公设施:机房内的柜、架、台、及桌子、椅子等其表面是由易产生静电的材料制成。

工作人员的服饰:工作人员的服饰可能是化纤制成的,在人行动中,这些化纤摩擦产生静电,使人体带电。针对以上静电产生的原因,有针对性的采取静电防护措施:

A、采用机房专用精密空调系统营造合适的湿度、温度;

B、设备采用屏蔽电缆或线缆穿管或金属桥架安装,切断静电放电时对计算机系统内逻辑电路的干扰途径,并使静电不通过半导体器元件放电;

C、墙面的彩钢板饰面、地板支架均做接地处理;

D、机房内机柜做等电位连接,保证机房静电泄放;

E、在装修材料上尽量选用导电性能好的材料,比如抗静电地板,墙面装修材料多用金属材料等。

抗干扰设计

磁场对计算机设备的影响是不容忽视的, 磁场的强弱直接影响到计算机之间信息的传输,从而造成不可挽回的损失。故机房的设计要严格遵循从以下三点:

A、机房照明选用高效低干扰的电感镇流器;

B、机房所有电气设备选用均满足国家 3C 及相关标准要求,保证电磁干扰不影响工作设备;

C、强、弱电电缆、线槽分开敷设,线槽之间有足够的距离,并做良好的接地。

防尘设计

灰尘落在电子插件上,会产生尘膜,既影响散热又影响绝缘效果甚至引起短路。同时灰尘也增加元件表面的热阻,导致元件过热而烧毁。

严格控制机房内的洁净度,主要从以下几个方面:

可见,灰尘对服务器的危害是非常大的,所以按国家规范对 A 级机房内的尘埃标准(粒度大于或等于 0.5um 的尘埃个数≤18000 粒/dm3)设计,我们对机房采取了以下措施已控制洁净度:

A、装修选材上作了精心选择,室内墙、顶、地材料采用不起材料,在室内有新风流动的情况下也能保持室内洁净;

B、对地板下、吊顶上部空气循环区域进行防尘处理,刷防尘涂料;

C、通过新风系统进行洁净处理,对于进入室内的新鲜空气应进行过滤处理(中效、亚高效过滤) 。并保证室内正压大于 4.9~9.8Pa,使室外的尘埃不易进入室内;

D、在机房精密空调系统中通过空气的高效循环过滤,降低机房空气中灰尘量;

E、建议进入机房人员的服饰和携带的物品和工具进行除尘后方可带入机房,比如更衣换鞋后进入机房。

防火设计

根据《建筑内部装饰设计防火规范》规定:我们从以下几点设计满足相关规范要求。

A、机房区装修材料燃烧性能等级等,均符合国家相关规范规定;

B、机房内线采用阻燃线缆,并将线缆敷设在金属管或线槽内;

C、通风空调、供电、安防等系统与消防联动;

D、风管通过防护分区隔墙时设置防火阀。

环保设计

为了创造良好的工作环境,保证办公人员的身体健康,机房装修全部采用绿色环保材料和工艺,所选材料等均符合《民用建筑工程室内环境污染控制规范》(GB50325-2001)规范要求。

第二章. 整体规划方案

数据中心在设计的过程中,整体规划是最重要的,在整体规划时需要考虑到每个专业的可实施性,在整体规划时必须所有专业的设计人员共同参与,不光需要从机房建设、运行、维护、升级改造等各方面考虑,还需要经过所有专业的多次协调才能最终确定整体的规划方案。 如果没有经过协调的方案将会在后面的设计、施工过程中造成重大影响,甚至导致方案最终无法实施。

第一节. 整体规划原则

在数据中心的规划中我们主要遵循以下原则:

1、整体布局:人流、物流分开方便管理;满足消防逃生要求。

2、功能区划分:符合各系统之间的逻辑关系,满足管理和使用流程。

3、设备布置:优化供电、制冷节能减排;缩短布线距离提高传输速率。

4、垂直空间:考虑净空间的同时,满足上下所有管线的安装要求。

第二节. 布局规划

一、 区域设置

本次布局的规划按照 GB50174-2008《电子信息系统机房设计规范》要求的B 类机房,并参照 TIA-942 国际标准相关系统的 Tier3 级别,同时考虑了本项目的重要性及特点。机房整体分为主机房区、支持区、行政管理区、辅助区。

主机房区:主要包含主机房、网络机房,主机房区是数据中心的核心区域,将是安防、消防的核心区域,是供电、制冷、网络保障的中心。

支持区:主要有配电间、电池室这些区域主要为数据中心的正常运行提供电力、制冷、消防等保障,也将是运维管理的重心。

二、 区域规划

根据整体规划的原则,我们提供的区域规划详见下图:


平面布局规划图

第三节. 垂直空间规划

一、 垂直空间规划的要点

净高满足视觉舒适性从视觉角度讲,机房一般比较开阔,如果净高太低会使人有压抑的感觉,如果太高又会有空旷的感觉;综合考虑机房的净高在 2.6m—3.1m 之间是比较合适的。

方便布线及管理

机房内的机柜高度一般为 2.0m 左右,如果采用上走线的方式,中小机房一般走 1—2 层桥架,大型的机房一般为 2—4 层桥架;机房设计规范中桥架的高度不超过 150mm(一般情况下我们都会选择 100mm 高度的桥架) ,再考虑桥架与桥架之间、桥架与机柜之间的距离(约 0.1m—0.2m) ,机柜上部的空间需要 0.6m—1.0m;因此机房的净高在 2.6m—3.1m 之间是比较合适的。

满足空调通风要求

根据规范机房内的风速在 2-3m/s 之间因此需要根据计算得到地板的设计高度。

考虑节能

在计算空调冷负荷的时候,有一项是结构得热,如果机房越高也就意味着机房空间体积增大,使结构得热越多,就需要更大制冷量的空调系统,从这方面讲机房的净高越低越节能。

节约投资

从气体灭火系统来分析,在国内机房的灭火系统还是采用气体灭火系统;而灭火的药剂量与机房的空间体积成正比(系数约为 0.62kg/ m 3 ) ,同时如果要输送更多的灭火药剂就需要更大管径的管网,也需要配置更大的泄压口。从这个方面讲机房的总容积越低机房建设的造价也越低。

二、 垂直空间规划

1、房间净高:2.8 米。

2、地板高度:0.4 米。

3、在机房区内,强电地板下走线,弱电机柜上走线。


机房区垂直规划剖面图

第三章. 装修工程

电子信息系统机房的装饰,不同于普通的宾馆、家庭、办公装饰,机房装饰工程是一项系统工程,是现代科学技术和装饰艺术的综合。机房内放置有复杂的电子信息系统设备和机电设备,对装饰的要求,主要是满足计算机对机房提出的技术要求,在机房装饰艺术上以既大方舒适,又满足其技术要求为原则。对装饰材料的选择要达到吸音、 防火、 防潮、 防变形、 抗干扰、 防静电等要求。 装饰后,要使整个机房色调柔和、通透宽敞、不压抑、舒适。以其达到现代化的装饰水平和视觉效果。

第一节. 机房各功能区装修介绍

本工程装修范围包括墙柱面、吊顶、地板、隔断、门窗等所有装修内容。下面将对各部分进行详细介绍。

装修主材表


第二节. 地板工程

所有施工范围内采用 35mm 厚 C20 细石混凝土一道,本次工程地面材质共分为:架高地板、网络地板。

地板分为:防静电地板高度 400mm/150mm;

架高地板: 主机房、 网络机房铺设防静电地板高度 400mm, 地板下做防尘、粘贴 20mm 厚闭泡橡塑板做保温处理。监控室铺设网络地板,高度 150mm;

踢脚线:采用不锈钢饰面,彩钢板墙面、刷乳胶漆墙面采用 100mm 高铝合金型材踢脚板;

设备支架:机房内服务器机柜采用 5#角铁焊接支架,支架进行防锈处理,尺寸根据设备大小定制。采用明支架做法,并在上安装 5mm 厚镀锌钢板。

踏步制作: 在机房主要出入口设备运输通道设置斜坡, 斜坡上设备防尘地毯。

在进入主机房通道设置活动斜坡,这样达到实用与参观效果并存。

第三节. 吊顶工程

本次工程吊顶分为铝合计方板吊顶、原顶刷乳胶漆。

主机房、 网络机房在原结构顶板下刷防水涂料两遍, 铺设 30mm 厚橡塑保温板。

监控室及休息室内为铝合金方板吊顶;

第四节. 墙面工程

主机房、网络机房、监控室的墙柱面采用复合彩钢板饰面。

其他区域为乳胶漆刮腻子,乳胶漆为环保乳胶漆。

第五节. 隔墙工程

主机房与监控室之间隔墙,采用防火玻璃隔断;隔断下采用混凝土预制板密封,隔断上吊顶内采用双层双面防火石膏板内填岩棉密封。

不同气体灭火区的隔墙采用 C75 系列轻钢龙骨双层双面防火石膏板内填50mm 厚岩棉带铝箔贴面的隔墙。

所有轻钢龙骨防火石膏板隔断下方均采用 C20 细石混凝土浇注 100mm 高*100mm 宽的地梁。

第六节. 防水工程

主机房和其他消防分区以及包含精密空调室与主机房区隔断地板下墙体砌筑两侧刷水泥基防水涂料; 不同消防分区防火玻璃隔断处地板下均采用混凝土预制板密封并做防水处理(高度同地板) ;地板下精密空调下方及机房靠窗均设置100mm*100mm 混凝土挡水坝,挡水坝内做防水。

第七节. 保温工程

原顶做好保温处理后沿梁底固定,采用联合吊架固定各类管线。联合吊加采用承重 500KG 的 40mmX40mmX2mm C 型钢固定,直径 12mm 膨胀螺栓与楼板固定。

精密空调地板下做防尘、粘贴 20mm 厚带筋橡塑泡橡塑板,做保温处理。

第八节. 门窗工程机房设备

主入口采用钢制防火门, 1.5 米宽、 2.3 米净高。 主机房、 网络机房、隔断上安装防火玻璃密闭门。监控室采用钢制防火门(带观察窗) 。

第九节. 结构加固工程

因为本次主机房及网络机房区域结构为普通办公室结构,承重负荷约为3KN/,不满足设备承重需求,根据 GB50174《电子信息系统机房设计规范》中的要求,主机房区域承重宜为 8~10KN/,具体承重数据因根据机柜的摆放密度确定荷载值, 根据本次机房部署设备特性, 建议机房承重载荷加固到 6KN/,采用 HW175*175*7.5*11mm 工字钢,在机柜部署区域进行区域加固,加固平面布置如下, 具体加固方式需要根据原大楼结构图纸进行数据核算后予以补充深化设计;


第四章. 电气系统

第一节. 概述

电气系统为机房场地工程中重要组成部分,是机房内机电系统的能量来源,几乎所有系统的运作都依赖于电气系统,它的安全性、可用性是机房内各系统正常运行的基本保证。 为了保证贵单位在机房内的设备能获得一个更加可靠的运行环境,保障单位业务的可持续性发展,可靠、安全、稳定的电源供应是必要的条件。因此,机房的电气工程应该达到如下目标:

 各种用电设施应按照其特性进行不同的用电等级和分区划分。

 供电设备应从头至尾贯彻合理配置,高冗余设计概念,达到高可用性。

 配电系统应具有高可维护性,可在无负面影响下进行模拟测试。

 具备高可管理性,便于针对不同的系统进行有效管理。

 机房总配电量应留出余量,为将来机房增加设备使用,可扩展能力强。

 机房供电要求按照国家标准 A 级计算机机房供电质量要求:

 电压波动小于 5%

 频率波动小于+0.2Hz/t

 电网波形失真率小于 5%

 三相电压不平衡度小于 15%

 低压配电电压为 230/400V,三相四线制 TN-S 系统。

第二节. 机房配电系统设计

本工程主要配电系统设计依据 《电子信息系统机房设计规范》 GB50174-2008的 B 级机房标准, IT 机房不间断电源配电系统采用 2N 的冗余备份模式,做到各系统之间物理隔离,解决了单点故障的问题,具有系统高容错能力,高可靠性.本数据中心,特点是连续工作,自动化程度高,维持运转需要电力、空调、网络系统支持。一旦停电,网络服务中断,将造成大量数据丢失,需要较长时间才能恢复,因此对供电可靠性要求较高。机房设备连续运行,无频繁起停。

本项目的精密空调为长期运行,依次启动投运后,则常年运行。为工程配备的大量应急电源设备,要求达到相应的规范、标准的要求。

机房供电系统要求可同时维护性和容错性, 项目中持续制冷的空调负荷属于一级负荷,其中 IT 负荷为一级负荷中的特别重要负荷。由不间断电源系统保证停电瞬间供电的不间断性,后由柴油发电机供应全部的用电负荷。

本项目要求按照 B 级机房的“双总线”2N 冗余结构进行配置,一期配置前端单总线,预留接口后期完全升级到 2N 系统;因此整个电气系统分为两套镜像对称系统。正常运行时,两套系统之间都没有直接的电气联系;当其中任何一套系统出现任何故障时都不会影响另一套系统的正常运行。

第三节. 整体供配电系统

整个数据中心建设计划从上级电网引入四路独立的 0.4kV 低压市电供电线路,其中两路为 IT 设备用电,单路容量不小于 200KW,剩余两路为动力用电,单路容量不低于 160KW,供空调通风系统、动力系统、照明灯具、弱电系统、维护插座等所有用电设备,其中两路 IT 设备供电线路以双母线形式为机房 IT 设备供电,另外两路动力线路在机房末端互投后为机房内动力设备供电, 考虑到数据中心分阶段成长的需要以及有效地控制项目初期投资成本,此次项目按照 A 级机房标准的要求设计,局部可以满足 T4 标准的建设要求。

数据中心供配电系统架构如下图所示:


精密配电柜为热插拔配电柜,UPS 输出配电所有连接均采用工业连接器。后期在机房 IT 负载增加后,只需做好前端的配电系统,从 UPS 主机至 IT 负载的所有配电支路均可在线扩容。

第四节. UPS  系统

数据中心 IT 设备的 UPS 利用原有 UPS 系统,本期利旧使用。

第五节. 机房 市电配电系统

市电配电系统两路市电分别切换后为空调、照明等辅助设备供电。在精密空调区域设置空调配电柜, 从A系统及B系统分别引一路电源到空调配电柜经ATS切换后为交叉为精密空调供电。各配电室内的空调也采用交叉供电,既相邻的空调由两个系统的配电柜供电。

在机房及辅助区域设置照明配电箱,为市电照明、维修插座、舒适型空调、新风机等二类负荷供电。

机房动力配电部分设置消防联动,当机房处于消防状态时,由消防系统发出报警信号,自动切断机房内的非 UPS 系统电源,如新风系统、空调系统、市电维修插座系统、照明系统等。第一可关闭空调通风系统,以防止气流流动而助长火势,第二也可以防止因火灾影响造成配电系统发生次生灾害的可能。

机房动力配电系统各主要设备 (如机房精密空调) 设置独立的空气开关控制,与其他设备交叉,保证供电的安全性。机房内设置照明配电箱和市电维修插座配电箱;市电维修插座各回路安装漏电保护开关。

所有配电柜的开关容量根据机房满载运行设计。 主动力电缆及负载电缆采用A 级阻燃交联聚氯乙烯电缆。

整个配电系统满足现有实际需要,同时要考虑到以后的扩容,进行预留。低压配电柜 (包括柜体、 开关部件等) , 配电柜内断路器的设计数量有适度冗余量,满足扩容和应急备用。

第六节. 照明系统

机房照明主要分为普通市电照明和应急照明。按照 《电子信息系统机房设计规范》GB50174-2008 第 8.2.1 主机房和辅助区一般照明的照度标准值的规定分为:

1.正常照明:在正常情况下使用的室内外照明。

2.应急照明:当正常照明因故熄灭的情况下,供暂时继续工作、保障安全或疏散用的照明。

一、 光源选择

荧光灯灯管为三基色节能型 T5 灯管,光通量为 2900Lm 以上,选用电子式镇流器, 采用的镇流器应符合该产品的国家能效标准, 并满足 GB/T15144标准。

应急照明必须选用能瞬时点亮的光源。

灯具设计参数:

荧光灯灯具的效率,开敞式不低于 75%,格栅式不低于 60%。

有吊顶的场所,选用嵌入式格栅荧光灯。

灯具的可接近裸露导体必须接地(PE)可靠,并应有专用接地螺栓,且有标识。

除防水灯具、50V 以下低压灯具,一般灯具均选用 I 类灯具,所有 I 类灯具均增加一根 PE 线。

二、 普通照明系统

机房照明根据 GB50174-2008《电子信息系统机房设计规范》设计,对于运行管理区及其它非关键区域照明将按照 GB50034-2004 《建筑照明设计标准》进行设计。照明配电按建筑楼层及防火分区设置照明配电箱。

照度及功率密度值 (LPD) 要求 (一般指距地面 0.75m 水平面的平均照度):

场所 灯具 照度要求(lx) 功率密度目标值(w/m²)

主机房     T5     荧光灯     500     15

空调间     T5     荧光灯     150     6

配线间     T5     荧光灯     300     9

值班室     T5     荧光灯     300     9

机房照明系统设计由空气断路器和墙面翘板开关分级分区域控制。灯具布置与设备布局结合,成行成列布置在设备与设备之间的空白处,减少设备遮光造成的阴影。

三、 应急照明系统

在市电停电后,为保证工作人员做存盘等紧急处理,计算机房及消防通道必须具备应急照明系统,包括应急照明灯和消防疏散指示灯。机房内应急照明的照度不低于 50LX。应急出口标志灯照度大于 5LX。应急照明灯具在正常情况下使用不间断电源,连接线采用耐火级别线缆。

四、 插座

在机房及辅助支持区域墙面距地面 300mm 处安装市电维修插座,以保证维

修设备的供电需求。在办公室工位下方安装二三孔地面插座,提供市电电源,满足办公需求。

在监控室监控台及应急指挥中心会议桌下方安装二三孔地面插座,由辅助UPS 供电,保证在断电情况下的电力供应。

第七节. 防雷保护、接地保护系统

一、 机房防雷保护

按照《电子信息系统机房设计规范》GB50174-2008 第 8.4.1 条规定:电子信息系统机房的防雷和接地设计, 应满足人身安全及电子信息系统正常运行的要求,并应符合现行国家标准《建筑物防雷设计规范》GB 50057 和《建筑物电子信息系统防雷技术规范》GB 50343 的有关规定。

为防止感应雷、侧击雷沿电源线进入机房损坏机房内的重要设备,本机房设计采用三级防雷措施,分别在市电电源进线、不间断电源输入端、列头柜分配端加装避雷器,第一级将大能量的浪涌电流限制在后续保护系统可允许的范围,第二级通过能量分配,进一步泄放浪涌电流,第三级用浪涌电压抑制器,使输出的箝位电压达到规定值,不但如此,而且还能有效地抑制电网中的尖峰干扰,使供电系统更加稳定,确保供电系统安全可靠。

其中,第一级防雷在大楼低压配电室变压器输出端应已具备,本工程设计在市电电源进线端安装 B+C 级防雷模块、在列头柜分配端安装 D 级防雷模块。

二、 机房接地保护

机房进线电源采用三相五线制 380V/220V-50Hz;接地系统按照《电子信息系统机房设计规范》GB50174-2008 要求采用 TN-S 系统。

图 TN-S 系统

机房设有四种接地形式, 即: 计算机专用直流工作地、 配电系统交流工作地、安全保护地、防雷保护地和静电泄放。本次设计考虑直流工作地、安全保护地、防雷接地、和静电泄露均利用大楼联合接地体。并在机房设置等电位接地箱。用接地母线与机房单独接地体(另做地级)相连。地板支架、机柜外壳等不带电的金属部分均与此接地网相连。


机房设置均压等电位带即 30×3mm 铜带接地网,敷设在活动地板下,依据计算设备布局,组成分支状,配有专用接地端子,用软铜线以最短的长度与静电泄露网等相连。

容易产生静电的活动地板采用 25mm 铜编织带布成泄漏网。铜箔与地板支腿螺栓紧密连接,支线做成网格状,间隔为 1.2 米;计算机机柜的接地点不低于两处;金属吊顶板、金属龙骨、金属壁板、不锈钢玻璃隔墙的金属框架等也用导线连接,接入等电位箱,使之形成法拉弟笼。分支线采用 6mm(平方)软铜导线或者软铜编制带,并且每一连续金属框架的静电泄漏支线连接点不少于两处。

第五章. 暖通工程

第一节. 综述

机房空调的特点

计算机房空调不同于舒适性空调和常规恒温恒湿空调,主要有以下特点:

1) 热负荷强度高,设备散热量大,散湿量小。电子计算机在运行过程中,机柜的散热量大且集中。

2) 显热比高。机房得热量中,主要来自设备运行所产生的热量,显热约占总热量的 95%左右,故显热比(SHR)通常高达 0.85~0.95,甚至更高(舒适性空调系统的显热比约在 0.6~0.7 之间),空气处理过程接近于等湿冷却的干式降温过程。

3) 空调送风的差小、风量大。由于显热量大,热湿比近似无穷大,送风相对湿度较小,故送风差小,风量大。机房空调的换气次数,电子计算机房约20~40 次/h;程控交换机房约 30—60 次/h。

4) 湿度要求稳定。 计算机房不仅要求温度的波动幅度不得超过规定的范围,而且对温度变化的梯度有明确的要求,一般小于 5℃/h,这是以计算机内电子器件的物理特性决定的,否则将直接影响到计算机的正常运行。

5) 气流组织特殊。大中型电子计算机和程控交换机散热量大而集中,故不仅要对机房进行空调,还需对机柜进行送风冷。要求冷风从机柜的底部进人,吸热后的空气从顶部排出。近年来,由于活动地板在机房中广泛使用,现在多以活动地板下空间作为静压风库,风经过地面、工作人员、计算机器设备,然后经吊顶或墙壁上的回风口返回空调机。

6) 空气洁净度高。计算机房应保持一种洁净的空调环境,以有利于计算机系统的安全运行和延长设备 的使用寿命。

7) 全年供冷运行。由于计算机房的热负荷强度高,当围护结构传递的冷量明显低于机房内的发热量时,机房在冬季仍然需要空调系统进行供冷运行,这一现象在大型计算机系统比较多见。

8) 可靠性高。许多计算机系统,尤其是大型计算机系统和程控交换机,每天连续运行24h, 每年连续运行 365天, 因此要求计算机系统具有很高的可靠性,而且也要求其他辅助设备如空调系统等的可靠性具有相应的水平。

所以机房空调适用于电子计算机机房环境的特殊环境, 是针对该环境的开发的专用空调。

机房新风的影响

机房新风量大小对空调净化系统的影响

1、新风量大的优缺点

优点:

1)较易维持机房的正压;

2)可供给工作人员较多的新鲜空气。

缺点:

1)在我国许多地区,夏季新风热、湿负荷均较大,若新风量大,将会给空调系统增加较大的负担;例如夏季若将 5000m³/h 新风处理到机房内的状态(温度 23℃、相对湿度 55%) ,北京地区需冷负荷 57.5kW,上海地区需冷负荷72kW。

2)在较寒冷的地区,若冬季新风量大,所需的加湿量和加热量均较大。例如冬季若将 5000m³/h 新风处理到机房内的状态(温度 20℃、相对湿度 55%) ,北京地区需加湿量 43.8kg/h;大型机房专用空调机每台的加湿量仅 8-15kg/h,若新风量大将给空调系统增加很大负担。在较寒冷的地区,冬季若直接将大量新风未经加热直接送入机房,当新风温度低于机房露点温度时易引起结露现象,此时须将新风加热后再送入;若新风量大,所需加热量大,造成能源的浪费。

3)新风量大,所需新风过滤器数量多,初投资和维护工作量均较大。

2、新风量小的优缺点

优点:

1)夏季处理新风所需空调负荷小,冬季所需加湿量和加热量亦小,节省初投资和运行能量;

2)所需新风过滤器数量少,初投资和运行维护费用均较小。

缺点:

较难维持机房所需的正压值。若机房正压值低甚至是负压,机房的温湿度和洁净度很难维持;室外未经处理的空气通过门窗等缝隙直接进入机房,夏季在较潮湿地区造成机房相对湿度过高,冬季在较寒冷地区造成机房相对湿度过低。由于室外空气未经过滤经缝隙进入,机房洁净度亦无法保证。

合理选择新风量是数据中心机房应该注意的问题。

封闭热通道

热通道封闭系统是基于冷热空气分离有序流动的原理, 冷空气由精密空调吹出,机柜前端的设备吸入冷气,通过给设备降温后,形成热空气由机柜后端排出至热通道。热通道的气体迅速返回到空调回风口。

密封热通道由天窗、端门与机柜连接组合而成。

天窗

密封热通道的天窗采用平顶结构,由两块侧板、一块顶板、一块旋转天窗组成。

旋转天窗通过电磁锁与顶板连接,工作状态下旋转天窗处于水平状态,消防状态下电磁锁通电打开,旋转天窗在重力作用下自动打开,保证灭火气体进入密封冷通道内。


端门

密封热通道的端门使用双开门。结构简单可靠,方便维护人员出入。

双开门整体与机柜通过螺钉联接,可以保证密封热通道系统的独立性。门板中间镶嵌钢化玻璃,保证通道的可视性。门板下部安装密封毛刷,可以提高模块的密闭性。

一、 数据中心制冷解决方案设计原则

1、  制冷系统建设级别

冗余——重复配置系统中的一些或全部部件,当系统发生故障时,冗余配置的部件介入并承担故障部件的工作,由此减少系统的故障时间。

对空调系统而言,冗余设计即为本系统在满足基本需求外,增加配置了若干单元、模块、路径、系统,保证在空调系统的单元、模块、路径、系统出现故障或维护时不会导致系统的运行中断。

空调系统在冗余度最高时称为容错系统, 该系统是指具有两套或两套以上相同配置的系统, 在同一时刻, 至少有两套系统在工作, 每套系统是 (N+M, M=0~N)结构,按容错系统配置的场地设备,至少能经受住一次严重的突发设备故障或人为操作失误事件而不影响系统的运行。

TIA/EIA942 中,将数据中心分为 4 级,其中 T2、T3 级别要求数据中心冗余配置,T4 级别要求数据中心按照容错配置。

《电子信息系统机房设计规范》GB50174-2008 对空调系统能达到级别的定义:

本工程空调系统按照 B 级标准建设,并充分考虑后期升级成为 A级别的可能性。

2、  数据中心主要环境参数

数据中心机房的温度、湿度、洁净度按照《电子计算机机房设计规范》GB 50174-2008的A级标准设计, 即机房环境要求达到下列技术标准中的A级标准。

计算机开机时机房的室内温湿度


计算机停机时机房内的温湿度


在满足数据中心 IT 设备对环境的基本要求,又能提高数据中心的效率,降低数据中心的 PUE 值,降低数据中心的运行费用,可以参照 2008 年美国暖通工程师协会(ASHRAE)发布的 2008 版数据中心热量指南,新的数据中心热量指南与 2004 版数据中心热量指南相比,把进入服务器的进风温度范围做了些许放宽。通过放宽进入服务器的温度,和放宽相对温度的要求,要求服务器在这样的环境下具有高可靠性。通过采用新的 2008 版数据中心热量指南,旨在提高数据中心的效率。

2008 ASHRAE 数据中心热量指南参数见下表:


结合对数据中心的要求,除满足以上对机房环境的要求外,在本次制冷解决方案的项目中,还希望达到以下几个目的:

1.保证可靠性

数据中心机房的设计与建设应该以保证所有 IT 设备的不间断运行为首要任务。本项目制冷解决方案的设计需要真正达到不间断制冷的设计。

2.绿色节能

由于数据中心的制冷系统的运行费用占数据中心整体运行费用的比例非常高,在建成并达到设计容量后,其运营能耗将是一个非常巨大的数字。采用高效节能的制冷系统,将为数据中心节约大量的运行费用。所以对制冷系统的节能设计提出了较高的要求。

3.适应按需分期建设

数据中心在建成并达到设计容量需要较长的一段时间,在建成运行初期,将只会使用其中一小部份的容量,其余部份将在未来若干年内逐渐启用。从经济性角度考虑,设计必须提供一套“总体规划、分布实施”的手段。当前比较适合的手段是“模块化”设计。

4.可预测的制冷解决方案

数据中心的 IT 设备更新换代的速度很快,机柜的功率密度增长的速度也非常快, 数据中心制冷解决方案需满足未来数据中心的变化,需解决高密度机柜的制冷,能预测到机柜级的需求的制冷能力,能满足未来机房的 IT 设备增加或更换所需求的制冷需求。

5.优化总体拥有成本(TCO)

结合本工程机房的特点及现有场地制约条件,在满足效益最大化的条件下,不推荐采用自然冷却技术。也就是说我们不是单纯的追求 PUE 指标,因为好的PUE 指标并不代表数据中心整体一定节能,所以在人力资源和社会保障部机房的建设上我们考虑更多的是整体效益的提升即优化数据中心总体拥有成本(TCO) 。

3、  数据中心冷负荷计算方法

数据中心空气处理冷负荷的计算方法与其他建筑的计算方式相同, 他们的区别在于数据中心具有更高的设备显热冷负荷。 数据中心的其它部分冷负荷同样很重要,不能简单的通过面积负荷指标来估算;所以在设计阶段初期需针对数据中心的建设周期进行全年 8760 小时逐时计算,这样有利于正确的设备选型及确定运行策略。

4、  数据通信设备冷负荷

数据通信设备冷负荷特点:数据中心最主要冷负荷来自通信设备;数据通信设备的负荷主要是显热负荷, 设备冷负荷分布集中在其内部而非均布在房间内,负荷波动幅度小。数据通信设备冷却形式:数据通信设备通过其内部的风扇的把冷空气吸入,在与其内部的发热部件(CPU、内存 等)进行热交换之后通过服务器背后的排气格栅排出。 通常数据通信设备制造商都会给出相应的设备发热量; 计算设备冷负荷时不能参考设备铭牌额定功率来确定设备的发热量,如果按照设备铭牌额定功率来计算冷负荷会导致制冷系统不切实际的庞大,造成投资运维的巨大浪费。我们可以通过市电进线的输入功率及 IT 设备的 UPS配置来作为校核制冷设备的选型依据。 现在大多数的数据通信设备厂商都是通过设备的进风温度或者设备用电负荷来自动调节其内部风扇的转速。 在通常情况下据通信设备的风扇维持低转速运行, 当 CPU 利用率提高或是设备进风温度提高时风扇的转速会增加能耗也随之增加。数据通信设备能耗增长趋势:随着数据通信设备的能耗不断上升, 我们还需考虑规划一定区域来满足至少 5 年内数据通信设备高能耗密度增长的需求。下图为 ASHRAE 对未来 5 年单位面积设备能耗增加的预测。


数据通信设备冷负荷计算:

数据通信设备细分为 7 类:

A. 磁带存储设备;

B. 独立工作站;

C. 存储服务器;

D. 计算机服务器——2U 及更高;

E. 计算机服务器——1U,刀片;

F. 通信设备——高密度;

G. 通信设备——极高密度。

通过统计各类服务器和通信设备的数量及比例我们就能根据上图给出的面积指标来进行整体数据中心设备总冷负荷的估算。如下表所示。示例:数据通信设备冷负荷预计汇总表:

二、 其它冷负荷及其计算

照明: 数据中心照明冷负荷应该通过照明设备的配电以及照明设备的运行时

间率来确定。照明设备的冷负荷很小,由于机房内通常没有人员我们可以通过智能照明系统将它降到最低。

人员:人员的在室率应该与照明设备运行时间率相同;在数据中心中需更多

的考虑人员的潜热负荷;因为这会影响到制冷盘管选型(去湿能力) 。

围护结构及通过外窗的太阳辐射热: 围护结构的冷负荷是由围护结构的材质,建筑的位置决定的。尽可能的把计算机房规划在建筑的内区(房间没有直接与室外接触墙) 。尽量减少或者避免设计外窗(直接与室外联通的窗户)以避免由日照而产生的冷负荷以及避免在窗上产生冷凝水。

新风冷负荷: 新风的作用是维持室内正压来保证计算机房间的洁净度要求同时满足人员舒适度,通常新风冷负荷很小。

散湿过程:伴随各种散湿过程产生的潜热量。

数据中心主要其它冷负荷可参考下表计算: