數據中心機房設計的探討

朱和泉

南京東大智能化系統有限公司 江蘇南京 210042

數據中心機房應根據建筑防火規范、《數據中心機房設計規范》（GB50174-2017）等規范的各項要求設計，一般機房根據業主的各項功能需求，把機房平面劃分為主機房工作區、輔助工作區、支持工作區、管理工作區等區域。機房的管理要求、使用性質、重要性等功能要求確定所屬機房級別，采用A類或B類機房進行設計。

數據中心機房設計采用一體化集成、微模塊化理念，具體設計從機房裝修工程、供配電系統、暖通系統（精密空調制冷系統、新風系統）、機房環境監控系統、防雷接地系統、弱電綜合布線系統、消防報警氣體滅火系統、微模塊化封閉冷通道機柜等系統。

1 機房裝修工程

機房裝修是機房建設的具體實現，是至關重要的一環。因機房內放置種類復雜、對運行環境要求高的電子設備和機電設備，故在裝飾材料選用方面應滿足技術要求為原則，同時也應具有易保潔、防塵、防火、防潮、防水、防靜電、抗干擾等特性，使裝飾完成后的整體機房達到色調柔和、通透寬敞、不壓抑、舒適，具有現代化的裝飾水平和視覺美感效果。機房裝修包括頂面、墻面、門窗、地面、承重處理等分項工程。

1.1 頂面設計

機房頂部采用防塵+橡塑保溫處理；吊頂用微孔吸音鋁板。

1.2 墻面設計

實墻墻面和立柱設計統一設置為墻面涂刷防塵漆（保證墻面平整），安裝輕鋼龍骨支架和防火板基層，外部安裝彩鋼板。

1.3 地面設計

地面找平、刷涂防塵漆+橡塑保溫處理+安裝防靜電活動地板。機房空調下部地面做防水圍堰，并安裝泄水管路，確保機房安全。

1.4 門窗設計

甲級防火門或防火玻璃門，主通道門用寬度大于1.5米。

1.5 承重設計

模塊化冷通道機柜組、精密空調、UPS主機及電池架、配電柜等重型設備下均須做槽鋼支架，使負載均衡，確保整體負荷的可承受范圍。

1.6 其他部分

機房內過道設置數據中心形象墻。操作間安裝液晶拼接屏，用于顯示和監控機房環境、機房設備運行狀態等。

2 供配電系統

2.1 供電總體設計

按一級負荷，電源質量等級達到國家A級標準設計，根據機房內設備核算負荷大小，同時考慮部分設備未計算在內和今后擴展預留的容量。

機房供電由大樓總配電房提供兩路市電進入機房總配電柜，總配電柜分別給UPS主機、空調、照明及輔助用電設備提供動力。UPS主機輸出總線接入UPS輸出配電柜、精密列頭柜。

微模塊封閉冷通道的精密列頭柜提供動力分配給機房相應機柜內的服務器、存儲、計算機網絡安全、交換路由、應急照明燈具、視頻監控系統、指紋門禁系統、消防氣體滅火系統等設備使用。機柜內重要的服務器、存儲、計算機網絡安全、交換路由等設備使用雙路冗余供電設計，避免線路出現單點故障的問題，從而有效的保障機房核心設備24H的不間斷穩定運行。

2.2 UPS設計，UPS主要為中心機房機柜內設備不間斷供電

按一個機柜業務功耗3-5KW核算UPS所需容量，其中UPS負載率為80%，超過80%視為滿載，UPS負載功率因數為1.0，采用2N架構、模塊化設計，一般選用兩臺的模塊化UPS主機并配置相應數量的蓄電池提供不間斷電源。UPS主機應配置手動維修旁路開關，當UPS整機需要進行維護檢修，檢修人員可以將開關推送至手動維修旁路位置，此時UPS已移出，主機可以進行各項檢修、維護。UPS主機正常工作時，手動維修旁路開關處于鎖定狀態并做好嚴禁合閘標牌，避免非維修人員由于誤操作引起電氣事故[1]。

3 暖通系統（精密空調制冷系統、新風系統）

數據中心機房主機房工作區、輔助工作區空調采用獨立的精密空調系統，具有制冷，加濕、除濕功能。一般一組冷通道機柜模塊設計為20個機柜位置，采用25kW風冷行級溫控系統。每個模塊內用電量為54.6KW，模塊內制冷量需要約54.6＊0.8=43.68KW大卡，43.68/25=1.74，考慮N+1冗余，每個模塊內配置3臺25KW風冷行級空調。此外，整個機房額外安裝一套中央空調系統，用于輔助操作間空調室內機獨立控制。

新風設計采取維持主機房10PA的微正壓，約需要室內空氣容積2倍的新風量。風機選型上，為節省空間，選擇吊頂式正壓潔凈新風處理機，除可維持機房內正壓外且自備粗效、中效、亞高效三級過濾外，還可凈化空氣中的灰塵及細菌。

新風系統應與消防系統進行聯動，管道上需設置防火閥，平時開啟，火災時接24v消防信號關閉，待消防氣體排除后，手動打開，為室內補風。

4 機房環境監控系統

環境監控系統設計采集器、傳感器，一體化嵌入式管理單元等設備，可實現對機房基礎設施層的動力設備、環境監控、視頻監控、門禁一卡通等設備的實時數據、設備狀態、告警等的管理，對機房UPS主機、精密空調、動力配電柜、溫濕度、漏水檢測、消防報系統的煙感24小時監測和控制管理。

當機房發生報警、警告是能夠通過網絡郵件、報警短信、電話報警等多種方式將報警信息發送至機房管理人員，實現及時、有效地處理，提高機房環境安全維護。在操作輔助區工作站上可以將機房視圖和報表展現，用戶可方便查看機房設備實時狀態。環境監控系統平臺應具有良好的可視化界面，通過設置多屏顯卡或用戶擴展卡，可將相關的環境監控系統平臺的監測信號顯示在液晶拼接屏上[2]。

5 防雷接地系統

機房要求采用三級防雷技術。一級防雷為市電總配電柜防雷，二級防雷為UPS前端防雷，在設備機柜內設置三級防雷。接地系統作如下設計：

（1）采用聯合接地方式，要求建筑物綜合接地電阻不大于1歐姆。

（2）安裝接地紫銅排（40＊4mm），每個區域的接地紫銅排與就近的機柜組內匯流排互聯，最后接入機房各等電位體。

（3）一個螺栓孔和一個螺栓只連接一根接地線，用焊接、銅鉚接或銅線耳，銅螺栓、銅螺母緊固等方式與地線匯流排連接牢固，保證接地效果良好。

（4）機柜、服務器、計算機網絡交換路由、安全設備、配電柜、空調設備、消防設備等設備、金屬橋架、吊頂龍骨、墻面彩鋼板的龍骨都要求進行良好接地。

6 機房弱電綜合布線系統

機柜采用模塊化設計，機房綜合布線采用機柜頂部上走線方式，安裝網絡金屬橋架，根據系統布線設計選用相應大小規格的橋架。

弱電橋架敷設沿機柜正面上部敷，分別送到各套網絡機柜組上方，做到各套網橋架分離。吊頂橋架主要為機柜組間的布線，此橋架敷設主要至各組機柜排頭部位置，每排機柜間布線采用機柜頂部小橋架敷設。本排所有機柜走線可以互通，對面兩排機柜間也可以互通。

每排機柜組的前1臺機柜作為這組機柜的網絡配線列頭柜，組內其他機柜安裝1套24口數據配線架和1套24口光纖配線架與網絡配線列頭柜相連；每個機柜組的網絡配線列頭柜與總配線柜采用24芯萬兆多模光纖連接；每個機柜組中按相關標準規定做好標簽，形成機柜綜合布線系統標簽系統，避免后期增加設備需要重新放線或線路狀態不明等的困擾。

7 消防系統

消防系統所保護的區域為主機房工作區、輔助工作區，設計采用一套組合分配保護系統，設計規劃、建設鋼瓶間、消防控制間和一些管道，從而達到全方位報警、分區滅火，最大限度地提高對火災的防范能力。

根據現場特點對保護區的吊頂、活動空間及地板內同時進行火災探測，吊頂和活動區域內采用點型感溫，煙感雙結合雙重探測方式。地板內采用感溫線纜進行探測，同時在防護區內設置聲光報警器、警鈴、緊急啟動停止按鈕，放氣指示燈，當任何一保護區發生火災時，即對其進行噴放動作[3]。

8 封閉冷通道機柜系統

微模塊化冷通道機柜組設計最多可支持48個柜位，含服務器機柜、綜合布線柜、行間精密空調、UPS主機、精密列頭配電柜。

內部采用安裝標準19″機架式設備，包括服務器、語音、數據、網絡設備、UPS等，封閉框用于與機柜配合形成封閉冷通道或封閉熱通道的氣流空間。機房冷通道兩側入口處設置通道防火玻璃門，機房冷通道頂部模塊采用防火玻璃通透設計，即可實現封閉，也可便于視頻監控進行觀察，一旦消防系統報警，頂部模塊和通道門可自動打開，可實現人員逃生及自動滅火。

雙排密封冷通道由防火透明有機玻璃板天窗、兩端玻璃移門、與機柜連接組合而成。冷通道內部的天窗采用平頂、防火透明有機玻璃板結構，由旋轉天窗、頂板、側板組成。旋轉天窗通過電磁鎖與頂板連接，平時工作狀態下旋轉天窗處于水平狀態，當發生消防報警時，電磁鎖通電打開，旋轉天窗在自身重力作用下自動打開，從而保證滅火氣體進入密封冷通道內。

9 結語

總之，機房設計要從以上幾點出發考慮，還應同時結合機房規范更新、機房子系統各類新產品、新技術快速應用發展，及時掌握市場的動態，從而更好地設計數據中心機房。