如何规划低碳机房

文/付国 林红 孙雅娟

如何规划低碳机房

文/付国 林红 孙雅娟

低碳是当前高校数据中心机房的发展趋势，怎样在规划设计中实施这一理念，并实现安全、高效、可扩展等需求，是机房建设的基础工作和关键阶段。

华北电力大学机房

新的数据中心机房于2008年开始规划设计，至2009年10月开始投入运行。机房总面积500m2，网络和服务器机房面积为310m2，由于主机房为2个独立的房间，每个房间为155m2，各配备2台93kW精密专业空调。机柜总数为86台（含列头柜、网络设备机柜、服务器机柜）。2个机房共配备2台模块化UPS电源（300KVA）。目前设备数量为130台（其中服务器115台）。经过5个月的运行统计，空调压缩机（4台空调共8台压缩机）运行时间与空调总的运行时间平均比为7.5%，运行时间比率最大的一台压缩机为16.8%（空调运行时间为3474小时，该压缩机运行时间为583小时）。目前设备容量为未来总容量的20%，整个机房运行效率达到预期设计目标。

三大规划原则

华北电力大学在新建机房的过程中确定了规划设计的总体原则：

1．各个高校机房的建设标准不宜完全统一，其功能和规模要符合本校信息化发展要求。

2．机房一般运行15～20年以上，因此要具有前瞻性，同时由于受到场地、投资条件的制约，需要按照科学合理、经济实用、统筹规划、分步实施的原则设计。

3．对未来改造困难、初期投资比重不大、运行过程中不增加耗能的设施（如强电电缆、光缆、网线、机柜等）一次规划建设到位，对UPS、空调等耗能多、初期造价高的设备，按照“统一规划、分阶段建设”的原则实施。

按照标准实施

机房是一个“按标准”建设的工程。《电子信息系统机房设计规范》（GB50174-2008），是高校数据中心机房规划设计的最重要的标准。该标准代替了《电子计算机机房设计规范》（GB50174-93），更符合信息化发展趋势。由美国国家标准学会（ANSI）2005年批准颁布的《数据中心电信基础设施标准国际标准》（ANSI/TIA-942-2005，Telecommunications Infrastructure Standard for Data Centers），可以作为机房规划的重要参考。位置与承重

原“GB50174-93”建议“电子计算机房在多层建筑或高层建筑物内宜设于第2、3层”，新的“GB50174-2008”对机房位置没有提出专门要求，只要满足机房运行环境要求标准即可。高校机房的设计一般在现有或新建楼宇内进行选择，由于楼宇结构和基础设施没有为数据中心机房专门设计，因此网络与信息中心用户单位应及早参与设计，最好从建筑图纸设计阶段时就开始参加，提出数据中心机房对电力供应、管道安装、空调室外机安装、排水、大型设备运输、楼板负荷的要求，与基建部门的建筑工程师进行协商，避免施工过程中出现不适应、很难改造的结构性问题。

如果机房楼板不是底层，应考虑楼板承重问题，如果不满足要求，要采取必要的加固措施。尤其对UPS电源、电池、精密空调、安装有小型机、存储的机柜等区域，要分别提出对楼板的荷载要求，并充分考虑未来的发展需要。“ANSI/TIA-942-2005”中按不同的级别（T1～T4）对楼板提出了不同的要求，如“设备区域的最小地板负荷”，T1级要求最低，为“7.2千帕（150磅/平方英尺）现场负荷”；T4级最高，为“12千帕（250磅/平方英尺）现场负荷”。

布局设计

“GB50174-2008”将机房分为“主机房、辅助区、支持区和行政管理区等功能区”，具体可分为主机房区（服务器、网络设备、精密空调）、通信电缆接入区、UPS配电区、蓄电池间、消防钢瓶间、操作监控间。主机房区要重点规划，选择大跨度的房间，实现相对规则形状，以保持良好的通风制冷效果。电池间、消防钢瓶间应与其他房间保持独立，用物理墙隔离。电池间、UPS间根据实际需要决定是否配备独立的空调。气体消防区和精密空调制冷区应保持一致，并与其他区域封闭隔离。

综合布线

新的数据中心机房网络线缆均采用六类线缆或光缆。布线方式可采用桥架上走线或线槽地板下走线方式。采用何种布线方式，与层高、空调送风方式密切相关。高校机房多采用风冷空调和下送风上回风的方式。“GB50174-2008”规定“主机房净高应根据机柜高度及通风要求确定，且不宜小于2.6m”。如果机房净高足够高，强电和弱电布线均可采用上走线方式；也可采用强电地板下走线，弱电下走线的方式。建议布线采用以下设计方式：强电电缆采用地板下线槽走线，地板下兼做空调静压箱，保持至少400mm的地板高度，以保证良好的通风制冷效果。弱电采用桥架上走线，并保持2.6m的机房净高，以利于以后布线管理和维护。

空调系统

高校机房普遍采用风冷式精密专业空调。机房内空调制冷量由机房内的热负荷估算，夏季热负荷包括：设备散热量、围护结构的传热量、照明散热量、人体散热量、新风热负荷。

图1 机柜按“冷”“热”通道排列位置

空调所需制冷量根据以下公式估算：

空调机所需的制冷量=设备总散热量+智能建筑每平米所需冷量×机房面积

设备总散热量=∑（单台设备用电量(VA)×功率因数）

如果设备用电量不确定，则根据UPS的容量乘以功率因数和使用系数来估算。除设备散热量外的其他类散热量可参照智能建筑所需冷量（70～110w/m2）。

空调宜配备2台以上，采用1+1或N+1方式工作，以保障机房的高效制冷和备份。

机柜的排列应采用冷热通道的方式，“ANSI/TIA-942-2005”建议机柜排列方式如图1所示。

由于地板作为空调静压箱，地板要保持足够的高度（参照“GB50174-2008”规范，地板高度应为：250mm～400mm）。活动地板铺高增加，可以减少空气在活动地板下水平方向的流速，增加静压和减少阻力损失，使活动地板风口出风速度在机房各处相对均匀。提高了制冷效率，也增加了机柜设备容积量，为将来机房内设备增加和规模扩展创造条件。对于高密度、散热量大的的机柜（用于安装刀片服务器、小型机、存储设备等），可通过靠近空调位置安装、调节出风口增加风速或加装封闭性热回风通道的方式来解决制冷问题。

UPS供电系统

数据中心机房的供配电系统是一个综合性的系统，负责解决电子信息设备、照明、精密空调、安全消防等系统的用电。高校数据中心机房供配电设计要综合考虑机房的设计等级及学校的实际供电情况两个因素。

“GB50174-2008”按照不同的等级对机房的电气要求分别进行了规定。以B级机房为例，要求两个电源供电；配备柴油发电机；柴油发电机的燃料储存量满足24小时需要；不间断电源（UPS）系统按N+X冗余配置，电池备用时间可根据实际需要确定。以上原则可以灵活掌握，按照学校电力系统的实际状况和数据中心现有规模、发展趋势来确定。高校机房目前普遍采用模块化UPS电源，初期按照1+1或N+1模块并联冗余模式工作，实现了供电“热备份”，提高了可用性和安全性；后期扩容只需增加模块即可。

环境监控

高校机房普遍采用现场无人值守、远程监控管理方式。机房监控管理系统技术、产品已经非常成熟，关键是要选择和设计适应学校信息化管理模式的功能。监控系统功能要全面，应包括动力环境监控（UPS、精密空调）、安防视频监控、消防、KVM、门禁系统。动力环境监控要涵盖水、电、烟、火、温度、湿度等内容。监控传感器数量布局设计要科学合理，做到无死角。

管理设计

对电流、电压的监控要精确到机柜，这样能及时对设备用电负荷进行动态监控，为将来增加设备提供依据，以保证机房内科学分配冷量、避免局部过热，实现机房高效节能。监控的报警方式应做到全方位、多层次，与机房管理制度构成完整的保障体系。例如：空调发生故障，致使温度升高，应该同时从机房的监控状态、机房内温度获得报警，并设置为不同的级别和层次，达到及时预警、快速处理的目的。报警方式应该通过固定电话、手机、现场声光电等多种方式进行。如果没有24小时专人值守制度，应该建立机房巡视制度，并将机房内报警系统纳入到学校消防监控体系内。

（作者单位为华北电力大学网络与信息中心）