數據中心機房設計及各專業技術平衡
發布時間：
2025-09-15
數據中心機房設計及各專業技術平衡
數據中心機房是為電子信息設備提供運行環境的場所,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。
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境的場所,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。
圖1
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、柴油發電機組)、主機房、監控室、會商間和辦公區等。在實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、管理要求及其在經濟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,必然會受到外部環境的干擾,從而影響數據中心機房內電子信息設備的正常運行,輕者遭到經濟損失,重者可能影響社會穩定,造成不可估量的重大災難。外部環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險識別和控制措施如圖2所示。
圖2
基于數據中心的特殊性和風險控制的需要,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 機房區環境工程;
② 辦公區環境工程;
③ 監控區環境工程;
④ 動力區環境工程。
(2)電氣工程
① 柴油發電機系統;
② 不間斷電源配電系統;
③ 動力配電系統;
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 專用空調系統;
② 輔助空調系統;
③ 新排風系統工程。
(4)消防工程
① 自動報警系統;
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 通信網絡自動化管理系統;
④ 結構化布線系統;
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業分布如圖3所示。
圖3
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程中應著重解決如下問題:可用性、可管理性、安全可靠、節能環保。
為了更好地解決上述問題,數據中心機房工程設計、施工等參與各方應綜合各專業的技術要求,并進行有效的整合、協調和集成,使得各專業在數據中心機房中發揮應有的作用,并形成一個有效的整體,為其中的電子信息設備運行提供高效、平穩的運行環境。
數據中心機房工程設計和施工所涉及的問題極多。文中就幾個橫跨多個專業的問題展開討論,并結合筆者多年的工程經驗提出相應解決方案:冷熱通道的氣流組織;管線綜合平衡;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、風口及送回風溫差如表1所示。
表1
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、設備發熱量大或熱負荷大,一般采用活動地板下送風、上回風的方式。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,將會達到極好的散熱效果,如圖4所示。
圖4
按照上述氣流組織的要求,以下問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,活動地板下的空間作為靜壓箱時,地板高度不宜小于400mm。活動地板下空間作為靜壓箱還應做好如下工作:
① 應盡量選擇優質的活動地板,以保證在長期低溫恒濕環境下材料不變形,不膨脹。
② 活動地板的鋪裝應加強質量管理,尤其在邊角處理上一定要牢固,以免發生變形影響靜壓箱的密閉性。
③ 活動地板下的空間應做好封堵工作,尤其在管槽出入處、門(洞)口、輕質隔斷等部位的封堵,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線口應保證密封。
(2)保溫處理
目前,多數數據中心機房工程選用機房專用空調。為了將機房溫度控制在23℃±1℃,無論是水冷還是風冷系統,空調機組的出風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足消防要求,并應采用環保材料。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,數據中心機房內設備布置應有利于空調送回風。目前廣泛采用的方式為設備列與空調機組送風方向保持水平,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。
機柜或機架的前門應朝向冷通道,而后門則朝向熱通道。因為大量電子信息設備的風扇安裝在設備后側,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行設備布置。
(4)地板排布及風口安裝
數據中心機房工程在采用冷熱通道送回風方式時一般采用架空活動地板。目前,機房工程大量采用的是600×600(mm)的抗靜電地板。選擇風口地板時,應盡量選擇與相應地板配套的風口地板。按照冷熱通道氣流組織要求,冷通道應安裝風口地板,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,冷通道(設備列中)安裝的風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調。
數據中心機房設計時,設計人員應在地板平面圖中注明風口地板安裝數量和位置。風口地板的數量及安裝位置應按照設備散熱量、風口地板通風率、室內溫差控制等因素綜合考慮,由空調專業人員計算設計。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口地板的數量和安裝位置,但必須經過設計單位同意。
(5)管線綜合
數據中心機房管線綜合是一項復雜又必要的工作,具體解決方案詳見后文。在采用冷熱通道氣流組織的機房工程中,管線綜合應按照有利于氣流組織順暢的原則進行綜合。
(6)回風保證措施
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要求。按照工程經驗,機柜或設備的高度一般不超過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,尤其是上走線方式的機房更應該保證不小于2.6m的凈高。機房選址時應充分考慮建筑物的層高,以保證機房的凈高。
在上走線機房內,管線綜合時應充分考慮有利于回風的原則。
空調機組回風口應保證回風通暢,不應有遮擋。
(7)防塵處理
按照數據中心機房要求,靜態條件下測試,機房內≥0.5μm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內,空氣的流動是十分順暢的。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。
數據中心機房內風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展,綠色數據中心機房是設計和施工參與人員今后長期一段時間共同的目標。
綠色數據中心工程涉及的專業多、內容也十分復雜。筆者結合工程實踐經驗,就采用冷熱通道氣流組織的機房工程在環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,機房的凈空不宜小于2.6m。但并不是說機房的凈高越高越好。因為機房凈空過高,氣流組織空間加大,空調的負荷將加大,不利于節能。而機房凈高在2.6～3.0m之間將會在回風和節能方面達到平衡。所以,機房選址時應盡量考慮這方面的因素。如果機房層高過高,一般建議增加二次吊頂及轉換層,以降低機房凈高。
為了保證氣流通暢,機房空調機組將加壓送風。空調設備出風口至最遠端風口地板的距離俗稱送風距離。送風距離如果較遠,設備送風壓力就大,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,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,送風距離不宜超過15m。在機房選址、設計、平面規劃時應考慮這方面的問題。
3 管線綜合平衡
數據中心機房是涉及多專業的集成工程。為了更好地解決數據中心工程專業協調、環保節能、使用方便、可擴展性和觀感美觀等關鍵問題,數據中心管線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。
目前,更多的數據中心工程采用上走線無吊頂方式進行管線綜合設計。筆者就此類典型的數據中心機房工程在管線綜合方面做如下介紹。
(1)頂部聯合支架安裝
在采用上走線方式的數據中心機房中,頂部會有大量的機電安裝工作,比如燈具、強弱電橋架、風管、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。隨著機房后期發展,機房內設備有可能增加,相應強弱電線槽等將增加。如果采用傳統的安裝方式,勢必在后期安裝時將重新打孔,成品保護將是一個難題。
頂部聯合支架安裝方式將很好地解決上述不利影響。所謂頂部聯合支架是指在原樓板下安裝一層1200mm×1200mm網格∏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,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,相應電源線敷設在大龍骨內,而燈具也可以根據實際需要在大龍骨上滑動。圖5所示頂部聯合支架安裝實例。
圖5
(2)頂部氣體滅火管道和報警管線排布和安裝
頂部無吊頂的機房內只在頂部安裝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)頂部新排風管道排布和安裝
為了保證機房內凈高和氣流組織順暢,新排風管道排布應在滿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。此外,風管排布應與空調送回風方向順直,不宜交叉甚至垂直。
(4)燈具排布和安裝
無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時有效利用照明。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)上走線強弱電橋架排布和安裝
采用上走線方式的機房在強弱電橋架安裝時應結合機柜或設備的下線方式排布。比如某些機柜或設備在其背側下線，相應橋架安裝時應靠后側安裝,反之亦然。此外，為了保證橋架至設備下線彎曲半徑符合規范，并且順直美觀，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，并要求機房內同類橋架高度盡量一致。
強弱電橋架安裝時應與空調回風方向順直,不宜交叉甚至垂直,尤其要避免在空調機組回風口附近交叉或垂直。
(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盡量貼近活動地板底部安裝,并且與空調送風方向順直,不宜交叉甚至垂直,尤其要避免在空調機組送風口附近交叉或垂直。
(7)地板下線槽排布和安裝
目前,無吊頂機房大部分采用弱電上走線,強電下走線。強電線槽在地板下安裝時應與空調送風方向順直,不宜交叉甚至垂直,尤其要避免在空調機組送風口附近交叉或垂直。
為了保證送風順暢,線槽應在熱通道地板下敷設。
這里要特別說明空調機組電源電纜敷設時,線槽應在機組后側安裝,以免影響空調機組送風。
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