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典型数据中心机房的风险识别和控制措施如图2所示,数据中心机房内部设备密集

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1、数据中心机房模型介绍

数据中心机房内部设备密集,运转起来所有设备都产生热量,发热量还大,这时必须要进行通风降温,尽可能给设备提供一个恒温恒湿的运行环境。其实,数据中心里的很多设备都是很娇贵的,工作温度范围很窄,一般在20~45摄氏度之间,而且温度频繁变化对设备运行寿命也有影响,那些动辄上百万的设备,如果用一两年就坏掉,对数据中心来说损失不小,延长设备使用寿命,本身就可以给数据中心节省成本。运行中的设备不断产生热量,并且随着业务量大小的变化,散热量也在变化之中,这就需要有合理的气流组织分配和分布,有效移除这些设备产生的热量,确保机房内保持恒温恒湿的环境。

数据中心机房是为电子信息设备提供运行环境的场所,可以是一幢建筑物或建筑物的一部分,包括主机房、辅助区、支持区和行政管理区等。典型数据中心机房模型如图1所示。

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保持机房内环境的恒温恒湿离不开空调,当然那些处于特定物理环境的除外,这些数据中心利用自然条件进行自然散热,绝大部分的数据中心都是需要利用空调来保持恒温恒湿环境。我们在家里使用空调不难发现,虽然一个屋子里随着空调的开启,慢慢整体变得凉快起来了,但站在空调的出风口处,还是能感到比其它地方要凉,其实空气温度传导速度是比较慢的,所以在屋子里面,部分位置的温度会有差别。数据中心的机房面积可比家里大得多,这时在机房里简单地放置几台空调是无法满足的,必须要进行通风系统设计,设计通风通道。让机房内的冷热空气有序循环起来,这样才能达到恒温恒湿的目的,也使得机房内的热交换效果最高,节约数据中心能耗,要知道数据中心的能耗中,空调部分一般就占了三分之一,那让我们看看数据中心内部有哪些通风方式。数据中心机房内部,按照送、回风口布置位置和形式的不同,可以有各种各样的通风形式,大致可以归纳为以下五种:上送下回、侧送侧回、中送上下回、上送上回及下送上回。

典型数据中心机房工程按照功能划分,主要包括辅助设备区(UPS及其电池、柴油发电机组)、主机房、监控室、会商间和办公区等。在实际建设中数据中心机房功能区域的设置和平面布置可以视具体情况有所不同。

上送下回指的是冷气从机房上面注入,热气从下面地板带走,这种方式在日常的办公写字楼都是这种。屋顶有多个进风口,不断将冷空气注入,给室内降温,不过办公室的地板下一般不会有通风口,所以热风还是要通过空调带走。在数据中心机房内,地板都是由很多块孔板组成的,方便将热量从地板带走。这种方式送风经过顶棚上的空调风口往下送冷空气,至室内先与机房内的空气混合,通过设备自带的风机,再进入需送风冷却的设备。不过我们知道这样一个常识,就是空气随着温度的升高而密度会变小,这样热空气会变轻,热空气会慢慢向上聚积而不是向下,这样热空气不容易从下部出去,影响散热效果。所以这种方式,要想达到散热效果,必须要加大上面送入冷空气的力度,从而使得能源消耗较大。因此上送下回方式适宜在机房面积不大于100m2,散热量较小的中小型数据中心使用,在大型的数据中心机房,效果并不理想。

数据中心机房的使用性质、管理要求及其在经济和社会中的重要性决定了其特殊性和安全性。它作为建筑物或建筑物的一部分,必然会受到外部环境的干扰,从而影响数据中心机房内电子信息设备的正常运行,轻者遭到经济损失,重者可能影响社会稳定,造成不可估量的重大灾难。外部环境主要包括不安全人员、雷电、水灾、电磁干扰、地震等。典型数据中心机房的风险识别和控制措施如图2所示。

侧送侧回的冷气是通过机房的侧墙上横向送入,气流吹对面墙上转折下落到机柜区以较低速度流过机柜,再由布置在同侧的回风口送出。根据机房内部两侧墙面跨度大小,可以布置成单侧回和双侧送双侧回。由于送风射流在到达机柜之前,已与房间空气进行了比较充分的混合,速度场与温度场都趋于均匀和稳定,能保证机柜气流速度和温度的均匀性。侧送侧回方式,随着距离送风墙越远,风力越小,甚至如果两侧墙距离很远,距离送风墙远的地方甚至没有冷风,这样局部降温效果会很差。侧送侧回会使距离送风墙近的地方效果很好,随着距离的拉开,效果不断降低,为了维持降温效果,就要加大送风风力,所以这种方式能耗也不低,如果机房两侧距离过远,不宜采用这种方式,一般在普通建筑中侧送侧回用得较多。

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下送上回的冷气通过在活动地板上装设的送风口进入机房或机柜内,回风通过机房顶棚上装设的风口回至空调装置。下送风机房活动地板的空调送风风口一般布置在机柜近侧或机柜底部,冷却空气从设在机柜近侧或机柜底部的活动地板风口送出,送出的低温空气只在瞬间与机房内的热空气混合,即刻从机柜的进风口进入机柜,有效地提高了送入机柜冷却空气的质量,用较少的风量,提高了机柜的冷却效果。下送上回方式,活动地板下用作送风静压箱,当机房内的设备进行增减或更新时,可方便地调动或新增地板送风口及机柜接线口的位置及数量,机房顶部留有的空间既可用作回风静压箱,又可敷设各种管线。从制冷效果和效率来看,下送风方式优于其它送风方式,所以在机房条件允许的前提下,可以确定以下送风为主,上送风为辅的设计方式。实际上,在如今的数据中心机房,下送上回已经成为了实践中的默认标准。下送上回方式的优点很多:地板下送风与走线架上走线方式,兼顾了地板高效制冷与送风、安静整洁、走线架易于电缆扩容与维护等两方面优点,下送上回制冷效率较高、安装简单、安装整洁等。下送上回已经成为数据中心制冷中机房送风方式的最佳方式之一,在金融信息中心、企业数据中心、运营商IDC等各行各业的数据中心中都有广泛使用,成为新一代数据中心通风方式的标准使用方式。不过有一点要注意下,有的数据中心采用地板下方作为电缆走线空间,使用中容易出现的问题是,地板下走线拥堵,送风不畅导致空调耗能增加。

基于数据中心的特殊性和风险控制的需要,典型数据中心机房工程所涵盖的工程内容主要包括以下几方面。

中送上下回和上送上回方式也是可以采用的通风方式,实际数据中心里使用较少,在此不再详述,实质上就是机房内部空气流动的方向差异而已。

(1)装饰装修工程

【编辑推荐】

①机房区环境工程;

②办公区环境工程;

③监控区环境工程;

④动力区环境工程。

(2)电气工程

①柴油发电机系统;

②不间断电源配电系统;

③动力配电系统;

④照明配电系统;

⑤电源防雷系统;

⑥机房接地系统。

(3)空调工程

①专用空调系统;

②辅助空调系统;

③新排风系统工程。

(4)消防工程

①自动报警系统;

②分区气体灭火系统;

③分区水喷淋系统。

(5)弱电工程

①楼宇设备自控系统;

②安防控制管理系统;

③通信网络自动化管理系统;

④结构化布线系统;

⑤公共信息系统;

⑥监控中心控制系统。

典型数据中心机房专业分布如图3所示。

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数据中心机房工程的用途决定了其设计和建设的复杂性。在工程设计和施工过程中应着重解决如下问题:可用性、可管理性、安全可靠、节能环保。

为了更好地解决上述问题,数据中心机房工程设计、施工等参与各方应综合各专业的技术要求,并进行有效的整合、协调和集成,使得各专业在数据中心机房中发挥应有的作用,并形成一个有效的整体,为其中的电子信息设备运行提供高效、平稳的运行环境。

数据中心机房工程设计和施工所涉及的问题极多。文中就几个横跨多个专业的问题展开讨论,并结合笔者多年的工程经验提出相应解决方案:冷热通道的气流组织;管线综合平衡;集中监控平台。

2 冷热通道的气流组织

数据中心机房的气流组织形式应根据电子信息设备本身的冷却方式、设备布置方式、布置密度、设备散热量、设备散热方式、室内风速、防尘、噪声等要求,并结合建筑条件确定。机房气流组织形式、风口及送回风温差如表1所示。

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数据中心机房工程中机柜或机架高度应大于1.8m、设备热密度大、设备发热量大或热负荷大,一般采用活动地板下送风、上回风的方式。目前应用最广泛、最适用的气流组织形式为冷热通道的送回风方式。冷空气从机柜或机架的前面吸入,热空气从机柜后面排除。设备放置在机柜或机架内,将会达到极好的散热效果,如图4所示。

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按照上述气流组织的要求,以下问题应得到很好的解决:

(1)静压箱的形成

根据《电子信息系统机房设计规范GB50174-2008》的要求,活动地板下的空间作为静压箱时,地板高度不宜小于400mm。活动地板下空间作为静压箱还应做好如下工作:

①应尽量选择优质的活动地板,以保证在长期低温恒湿环境下材料不变形,不膨胀。

②活动地板的铺装应加强质量管理,尤其在边角处理上一定要牢固,以免发生变形影响静压箱的密闭性。

③活动地板下的空间应做好封堵工作,尤其在管槽出入处、门(洞)口、轻质隔断等部位的封堵,以保证静压箱的密闭性。

④机柜或其它电子信息设备下方及下进线口应保证密封。

(2)保温处理

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