1、數(shù)據(jù)中心機(jī)房模型介紹

數(shù)據(jù)中心機(jī)房是為電子信息設(shè)備提供運行環(huán)境的場所,可以是一幢建筑物或建筑物的一部分,包括主機(jī)房、輔助區(qū)、支持區(qū)和行政管理區(qū)等。典型數(shù)據(jù)中心機(jī)房模型如圖1所示。



典型數(shù)據(jù)中心機(jī)房工程按照功能劃分,主要包括輔助設(shè)備區(qū)(UPS及其電池、柴油發(fā)電機(jī)組)、主機(jī)房、監(jiān)控室、會商間和辦公區(qū)等。在實際建設(shè)中數(shù)據(jù)中心機(jī)房功能區(qū)域的設(shè)置和平面布置可以視具體情況有所不同。

數(shù)據(jù)中心機(jī)房的使用性質(zhì)、管理要求及其在經(jīng)濟(jì)和社會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,必然會受到外部環(huán)境的干擾,從而影響數(shù)據(jù)中心機(jī)房內(nèi)電子信息設(shè)備的正常運行,輕者遭到經(jīng)濟(jì)損失,重者可能影響社會穩(wěn)定,造成不可估量的重大災(zāi)難。外部環(huán)境主要包括不安全人員、雷電、水災(zāi)、電磁干擾、地震等。典型數(shù)據(jù)中心機(jī)房的風(fēng)險識別和控制措施如圖2所示。



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

(1)裝飾裝修工程

①機(jī)房區(qū)環(huán)境工程;

②辦公區(qū)環(huán)境工程;

③監(jiān)控區(qū)環(huán)境工程;

④動力區(qū)環(huán)境工程。

(2)電氣工程

①柴油發(fā)電機(jī)系統(tǒng);

②不間斷電源配電系統(tǒng);

③動力配電系統(tǒng);

④照明配電系統(tǒng);

⑤電源防雷系統(tǒng);

⑥機(jī)房接地系統(tǒng)。

(3)空調(diào)工程

①專用空調(diào)系統(tǒng);

②輔助空調(diào)系統(tǒng);

③新排風(fēng)系統(tǒng)工程。

(4)消防工程

①自動報警系統(tǒng);

②分區(qū)氣體滅火系統(tǒng);

③分區(qū)水噴淋系統(tǒng)。

(5)弱電工程

①樓宇設(shè)備自控系統(tǒng);

②安防控制管理系統(tǒng);

③通信網(wǎng)絡(luò)自動化管理系統(tǒng);

④結(jié)構(gòu)化布線系統(tǒng);

⑤公共信息系統(tǒng);

⑥監(jiān)控中心控制系統(tǒng)。

典型數(shù)據(jù)中心機(jī)房專業(yè)分布如圖3所示。



數(shù)據(jù)中心機(jī)房工程的用途決定了其設(shè)計和建設(shè)的復(fù)雜性。在工程設(shè)計和施工過程中應(yīng)著重解決如下問題:可用性、可管理性、安全可靠、節(jié)能環(huán)保。

為了更好地解決上述問題,數(shù)據(jù)中心機(jī)房工程設(shè)計、施工等參與各方應(yīng)綜合各專業(yè)的技術(shù)要求,并進(jìn)行有效的整合、協(xié)調(diào)和集成,使得各專業(yè)在數(shù)據(jù)中心機(jī)房中發(fā)揮應(yīng)有的作用,并形成一個有效的整體,為其中的電子信息設(shè)備運行提供高效、平穩(wěn)的運行環(huán)境。

數(shù)據(jù)中心機(jī)房工程設(shè)計和施工所涉及的問題極多。文中就幾個橫跨多個專業(yè)的問題展開討論,并結(jié)合筆者多年的工程經(jīng)驗提出相應(yīng)解決方案:冷熱通道的氣流組織;管線綜合平衡;集中監(jiān)控平臺。

2冷熱通道的氣流組織

數(shù)據(jù)中心機(jī)房的氣流組織形式應(yīng)根據(jù)電子信息設(shè)備本身的冷卻方式、設(shè)備布置方式、布置密度、設(shè)備散熱量、設(shè)備散熱方式、室內(nèi)風(fēng)速、防塵、噪聲等要求,并結(jié)合建筑條件確定。機(jī)房氣流組織形式、風(fēng)口及送回風(fēng)溫差如表1所示。



數(shù)據(jù)中心機(jī)房工程中機(jī)柜或機(jī)架高度應(yīng)大于1.8m、設(shè)備熱密度大、設(shè)備發(fā)熱量大或熱負(fù)荷大,一般采用活動地板下送風(fēng)、上回風(fēng)的方式。目前應(yīng)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(jī)柜或機(jī)架的前面吸入,熱空氣從機(jī)柜后面排除。設(shè)備放置在機(jī)柜或機(jī)架內(nèi),將會達(dá)到極好的散熱效果,如圖4所示。



按照上述氣流組織的要求,以下問題應(yīng)得到很好的解決:

(1)靜壓箱的形成

根據(jù)《電子信息系統(tǒng)機(jī)房設(shè)計規(guī)范GB50174-2008》的要求,活動地板下的空間作為靜壓箱時,地板高度不宜小于400mm?；顒拥匕逑驴臻g作為靜壓箱還應(yīng)做好如下工作:

①應(yīng)盡量選擇優(yōu)質(zhì)的活動地板,以保證在長期低溫恒濕環(huán)境下材料不變形,不膨脹。

②活動地板的鋪裝應(yīng)加強(qiáng)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活動地板下的空間應(yīng)做好封堵工作,尤其在管槽出入處、門(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(jī)柜或其它電子信息設(shè)備下方及下進(jìn)線口應(yīng)保證密封。

(2)保溫處理

目前,多數(shù)數(shù)據(jù)中心機(jī)房工程選用機(jī)房專用空調(diào)。為了將機(jī)房溫度控制在23℃±1℃,無論是水冷還是風(fēng)冷系統(tǒng),空調(diào)機(jī)組的出風(fēng)口的空氣溫度一般在15℃以下。這樣,整個靜壓箱的空氣溫度也將維持在此水平上。而機(jī)房下層作為辦公區(qū)域,其空間溫度一般維持在25℃左右。這樣,機(jī)房地面(即下層樓板)上下會形成將近10℃的溫差,極易在下層樓板結(jié)露,從而影響下層辦公區(qū)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(yīng)滿足消防要求,并應(yīng)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(shè)備布置

為了保證氣流組織順暢,數(shù)據(jù)中心機(jī)房內(nèi)設(shè)備布置應(yīng)有利于空調(diào)送回風(fēng)。目前廣泛采用的方式為設(shè)備列與空調(diào)機(jī)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(shù)據(jù)中心機(jī)房模型中,空調(diào)機(jī)組正面應(yīng)與機(jī)柜(或設(shè)備)列正反面保持垂直。

機(jī)柜或機(jī)架的前門應(yīng)朝向冷通道,而后門則朝向熱通道。因為大量電子信息設(shè)備的風(fēng)扇安裝在設(shè)備后側(cè),這樣將有利于冷通道吹出的冷空氣在設(shè)備內(nèi)主動流通,大大提高了散熱效果。

在不同數(shù)據(jù)中心機(jī)房中可能安裝不同類型的電子信息設(shè)備,但只要采用冷熱通道氣流組織,均應(yīng)盡量按照上述原則進(jìn)行設(shè)備布置。

(4)地板排布及風(fēng)口安裝

數(shù)據(jù)中心機(jī)房工程在采用冷熱通道送回風(fēng)方式時一般采用架空活動地板。目前,機(jī)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,應(yīng)盡量選擇與相應(yīng)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(yīng)安裝風(fēng)口地板,而在機(jī)柜或其它電子信息設(shè)備下方則應(yīng)密封。照此原則,為了后期運行維護(hù)方便以及機(jī)房整潔美觀,冷通道(設(shè)備列中)安裝的風(fēng)口板應(yīng)盡量選擇整板。結(jié)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,寬度不宜小于1200mm(即可安裝兩整塊風(fēng)口地板),考慮到設(shè)備或機(jī)柜的尺寸,熱通道的寬度可以做適當(dāng)調(diào)整,以保證設(shè)備或機(jī)柜與地板縫協(xié)調(diào)。

數(shù)據(jù)中心機(jī)房設(shè)計時,設(shè)計人員應(yīng)在地板平面圖中注明風(fēng)口地板安裝數(shù)量和位置。風(fēng)口地板的數(shù)量及安裝位置應(yīng)按照設(shè)備散熱量、風(fēng)口地板通風(fēng)率、室內(nèi)溫差控制等因素綜合考慮,由空調(diào)專業(yè)人員計算設(shè)計。在工程后期調(diào)試階段,調(diào)試人員可以根據(jù)測試數(shù)據(jù)適當(dāng)調(diào)整風(fēng)口地板的數(shù)量和安裝位置,但必須經(jīng)過設(shè)計單位同意。

(5)管線綜合

數(shù)據(jù)中心機(jī)房管線綜合是一項復(fù)雜又必要的工作,具體解決方案詳見后文。在采用冷熱通道氣流組織的機(jī)房工程中,管線綜合應(yīng)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(yīng)該順暢地回到空調(diào)機(jī)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(shè)備溫度。保證回風(fēng)的措施主要包括:

按照圖4所示,機(jī)柜或設(shè)備上方應(yīng)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(jī)柜或設(shè)備的高度一般不超過2m,上方凈空不宜小于0.6m。即機(jī)房的有效吊頂下凈高應(yīng)保持在2.6m以上,尤其是上走線方式的機(jī)房更應(yīng)該保證不小于2.6m的凈高。機(jī)房選址時應(yīng)充分考慮建筑物的層高,以保證機(jī)房的凈高。

在上走線機(jī)房內(nèi),管線綜合時應(yīng)充分考慮有利于回風(fēng)的原則。

空調(diào)機(jī)組回風(fēng)口應(yīng)保證回風(fēng)通暢,不應(yīng)有遮擋。

(7)防塵處理

按照數(shù)據(jù)中心機(jī)房要求,靜態(tài)條件下測試,機(jī)房內(nèi)≥0.5μm的塵粒數(shù)≤18000粒/升。在采用冷熱通道氣流組織的數(shù)據(jù)中心機(jī)房內(nèi),空氣的流動是十分順暢的。這要求在氣流組織通道內(nèi)必須做好防塵處理。

地板下原地面應(yīng)做好防塵處理。在地面保溫和地板施工前,原地面應(yīng)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(zhuǎn)換層)做好防塵處理。在吊頂或轉(zhuǎn)換層施工前,原樓板(或有效轉(zhuǎn)換層)做好潔凈處理,并刷(噴)防塵涂料,做好隱蔽檢查記錄。

數(shù)據(jù)中心機(jī)房內(nèi)風(fēng)管等保溫材料應(yīng)盡量避免使用玻璃絲綿等易起塵的材料。

(8)環(huán)保和節(jié)能措施

最新數(shù)據(jù)中心機(jī)房工程要求綠色和可持續(xù)發(fā)展,綠色數(shù)據(jù)中心機(jī)房是設(shè)計和施工參與人員今后長期一段時間共同的目標(biāo)。

綠色數(shù)據(jù)中心工程涉及的專業(yè)多、內(nèi)容也十分復(fù)雜。筆者結(jié)合工程實踐經(jīng)驗,就采用冷熱通道氣流組織的機(jī)房工程在環(huán)保和節(jié)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(jī)房的凈空不宜小于2.6m。但并不是說機(jī)房的凈高越高越好。因為機(jī)房凈空過高,氣流組織空間加大,空調(diào)的負(fù)荷將加大,不利于節(jié)能。而機(jī)房凈高在2.6～3.0m之間將會在回風(fēng)和節(jié)能方面達(dá)到平衡。所以,機(jī)房選址時應(yīng)盡量考慮這方面的因素。如果機(jī)房層高過高,一般建議增加二次吊頂及轉(zhuǎn)換層,以降低機(jī)房凈高。

為了保證氣流通暢,機(jī)房空調(diào)機(jī)組將加壓送風(fēng)?？照{(diào)設(shè)備出風(fēng)口至最遠(yuǎn)端風(fēng)口地板的距離俗稱送風(fēng)距離。送風(fēng)距離如果較遠(yuǎn),設(shè)備送風(fēng)壓力就大,而壓力越大,機(jī)房噪聲也將越大,而且空調(diào)效率也會大大降低。有人值守的主機(jī)房和輔助區(qū),在電子信息設(shè)備停機(jī)時,在主操作員位置測量的噪聲值應(yīng)小于65dB(A)。為了降低機(jī)房噪聲、提高空調(diào)設(shè)備效率,送風(fēng)距離不宜超過15m。在機(jī)房選址、設(shè)計、平面規(guī)劃時應(yīng)考慮這方面的問題。

3管線綜合平衡

數(shù)據(jù)中心機(jī)房是涉及多專業(yè)的集成工程。為了更好地解決數(shù)據(jù)中心工程專業(yè)協(xié)調(diào)、環(huán)保節(jié)能、使用方便、可擴(kuò)展性和觀感美觀等關(guān)鍵問題,數(shù)據(jù)中心管線綜合是一項十分必要而又復(fù)雜的工作。在項目設(shè)計和施工前、過程中,設(shè)計和施工等參與人員應(yīng)該結(jié)合本工程做好規(guī)劃和落實。

目前,更多的數(shù)據(jù)中心工程采用上走線無吊頂方式進(jìn)行管線綜合設(shè)計。筆者就此類典型的數(shù)據(jù)中心機(jī)房工程在管線綜合方面做如下介紹。

(1)頂部聯(lián)合支架安裝

在采用上走線方式的數(shù)據(jù)中心機(jī)房中,頂部會有大量的機(jī)電安裝工作,比如燈具、強(qiáng)弱電橋架、風(fēng)管、消防報警、氣體滅火管道、攝像機(jī)等。按照傳統(tǒng)的安裝方式,施工人員將在機(jī)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(jié)構(gòu);

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

③可擴(kuò)展性較差。隨著機(jī)房后期發(fā)展,機(jī)房內(nèi)設(shè)備有可能增加,相應(yīng)強(qiáng)弱電線槽等將增加。如果采用傳統(tǒng)的安裝方式,勢必在后期安裝時將重新打孔,成品保護(hù)將是一個難題。

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(zhuǎn)換層。上述所有安裝工作均在轉(zhuǎn)換層受力,并與轉(zhuǎn)換層卡接,而不是焊接。這樣所安裝的設(shè)備將可以在轉(zhuǎn)換層上滑動,這樣可以提高機(jī)房的靈活性及可擴(kuò)展性。燈具的安裝則采用倒∏型大龍骨,相應(yīng)電源線敷設(shè)在大龍骨內(nèi),而燈具也可以根據(jù)實際需要在大龍骨上滑動。圖5所示頂部聯(lián)合支架安裝實例。(未完待續(xù))



(2)頂部氣體滅火管道和報警管線排布和安裝

頂部無吊頂?shù)臋C(jī)房內(nèi)只在頂部安裝一層氣體滅火管道和報警。消防報警應(yīng)安裝在頂部最高處,而氣體滅火管道則緊貼轉(zhuǎn)換層安裝。

(3)頂部新排風(fēng)管道排布和安裝

為了保證機(jī)房內(nèi)凈高和氣流組織順暢,新排風(fēng)管道排布應(yīng)在滿足規(guī)范的前提下盡量沿機(jī)房墻體貼頂安裝,但不得安裝在空調(diào)機(jī)組上前方或正上方,以免影響空調(diào)回風(fēng)。此外,風(fēng)管排布應(yīng)與空調(diào)送回風(fēng)方向順直,不宜交叉甚至垂直。

(4)燈具排布和安裝

無吊頂機(jī)房頂部的燈具應(yīng)安裝在設(shè)備或機(jī)柜列中上方,不宜安裝在設(shè)備或機(jī)柜正上方。這樣可以保證操作人員作業(yè)時有效利用照明。燈具的安裝高度應(yīng)在消防設(shè)施(氣體滅火和報警)和強(qiáng)弱電管槽之間。

(5)上走線強(qiáng)弱電橋架排布和安裝

采用上走線方式的機(jī)房在強(qiáng)弱電橋架安裝時應(yīng)結(jié)合機(jī)柜或設(shè)備的下線方式排布。比如某些機(jī)柜或設(shè)備在其背側(cè)下線，相應(yīng)橋架安裝時應(yīng)靠后側(cè)安裝,反之亦然。此外，為了保證橋架至設(shè)備下線彎曲半徑符合規(guī)范，并且順直美觀，橋架高度以高出機(jī)柜200～400mm為宜，但距裝修完成地面不宜低于2.2m，并要求機(jī)房內(nèi)同類橋架高度盡量一致。

強(qiáng)弱電橋架安裝時應(yīng)與空調(diào)回風(fēng)方向順直,不宜交叉甚至垂直,尤其要避免在空調(diào)機(jī)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排布和安裝

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

(7)地板下線槽排布和安裝

目前,無吊頂機(jī)房大部分采用弱電上走線,強(qiáng)電下走線。強(qiáng)電線槽在地板下安裝時應(yīng)與空調(diào)送風(fēng)方向順直,不宜交叉甚至垂直,尤其要避免在空調(diào)機(jī)組送風(fēng)口附近交叉或垂直。

為了保證送風(fēng)順暢,線槽應(yīng)在熱通道地板下敷設(shè)。這里要特別說明空調(diào)機(jī)組電源電纜敷設(shè)時,線槽應(yīng)在機(jī)組后側(cè)安裝,以免影響空調(diào)機(jī)組送風(fēng)。