關(guān)于小型數(shù)據(jù)中心機(jī)房的基礎(chǔ)配套設(shè)計(jì)探討

何曉飛

（中通服咨詢?cè)O(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 南京 210019）

0 引 言

數(shù)據(jù)中心是給集中放置的電子信息設(shè)備提供運(yùn)行環(huán)境的建筑場(chǎng)所，可以是一棟或幾棟建筑物，也可以是一棟建筑物的一部分。而服務(wù)器設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、存儲(chǔ)設(shè)備以及終端設(shè)備等通常被認(rèn)為是數(shù)據(jù)中心的關(guān)鍵設(shè)備。這些關(guān)鍵設(shè)備運(yùn)行所需要的環(huán)境與動(dòng)力因素，通常被認(rèn)為是數(shù)據(jù)中心中關(guān)鍵的基礎(chǔ)配套設(shè)施。這些基礎(chǔ)配套設(shè)施的建設(shè)是數(shù)據(jù)中心建設(shè)中較為重要的環(huán)節(jié)。

數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)配套建設(shè)需要多專業(yè)統(tǒng)籌、協(xié)調(diào)建設(shè)。根據(jù)建設(shè)需求，將各專業(yè)融合，設(shè)計(jì)出數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)配套建設(shè)的最優(yōu)實(shí)施方案。文章針對(duì)小型數(shù)據(jù)中心機(jī)房的基礎(chǔ)配套建設(shè)中涉及的部分專業(yè)展開(kāi)探討。

1 小型數(shù)據(jù)中心機(jī)房設(shè)計(jì)原則

數(shù)據(jù)中心的設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)營(yíng)需要采用有效的技術(shù)措施，達(dá)到綠色、節(jié)能、低碳、環(huán)保等要求。因此，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)中心時(shí)需考慮技術(shù)選用、機(jī)房工藝、制冷形式以及供配電形式等相關(guān)技術(shù)因素，降低機(jī)房電源使用效率（Power Usage Effectiveness，PUE），達(dá)到綠色節(jié)能目的。采用成熟可靠的新技術(shù)措施，在降低機(jī)房PUE 的同時(shí)減少機(jī)房后期的運(yùn)營(yíng)成本和維護(hù)風(fēng)險(xiǎn)，滿足機(jī)房可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，建設(shè)新一代綠色節(jié)能的智慧IDC 機(jī)房。

數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)配套設(shè)計(jì)原則，一般包含以下5個(gè)方面。一是建設(shè)適用、實(shí)用的數(shù)據(jù)中心，根據(jù)用戶需求，在滿足用戶基本功能、使用需求、配置需求以及維護(hù)運(yùn)營(yíng)等需求的前提下，合理設(shè)計(jì)適用、實(shí)用、有針對(duì)性的數(shù)據(jù)中心機(jī)房。二是可靠安全的供配電系統(tǒng)，要考慮供電的可靠性和安全性，采取變配電系統(tǒng)冗余供電形式，且供配電系統(tǒng)配置盡量靠近負(fù)荷中心，可以縮短供電距離，降低投資成本，增強(qiáng)供電可靠性。三是高效節(jié)能的技術(shù)措施應(yīng)用，選擇質(zhì)量可靠、技術(shù)成熟、效率高效的電源和制冷系統(tǒng)，針對(duì)不同機(jī)房，進(jìn)行各項(xiàng)技術(shù)對(duì)比分析，可有效提升設(shè)備的先進(jìn)性及可維護(hù)性。四是可擴(kuò)展的設(shè)備配置，針對(duì)機(jī)柜供電的不間斷電源系統(tǒng)，通常有不間斷電源（Uninterruptible Power Supply，UPS）系統(tǒng)和高壓直流系統(tǒng)，根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況合理選擇電源系統(tǒng)。根據(jù)項(xiàng)目需求及未來(lái)發(fā)展，合理配置可擴(kuò)展的電源系統(tǒng)同樣較為重要。五是合理的經(jīng)濟(jì)投入，提高市電電源的利用率，改善電源可靠性，減少備用電源種類和數(shù)量，延長(zhǎng)備用電源的合理使用年限。根據(jù)用戶需求，合理分類配置備用電源數(shù)量與后備時(shí)間，降低經(jīng)濟(jì)投入。

2 機(jī)房選址

一般來(lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)中心機(jī)房的選址要滿足功能、運(yùn)營(yíng)、管理及發(fā)展等需求，因地制宜地安排各個(gè)機(jī)房空間，分區(qū)規(guī)劃[1]。小型數(shù)據(jù)中心機(jī)房通常情況下大部分為改建、擴(kuò)建項(xiàng)目，利用現(xiàn)有樓宇進(jìn)行裝修改造，達(dá)到滿足數(shù)據(jù)中心機(jī)房使用的目的。

部分企業(yè)通常會(huì)將企業(yè)內(nèi)部樓宇的某一層或某幾個(gè)房間改造為數(shù)據(jù)中心機(jī)房使用。設(shè)計(jì)規(guī)劃過(guò)程中，參照《數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50174—2017），應(yīng)優(yōu)先考慮其機(jī)房承重情況、層高情況以及市電電源情況[2]。

小微型數(shù)據(jù)中心，最好選在無(wú)地下室的樓宇一層，這樣主機(jī)房及其他輔助用房的承重，甚至蓄電池的承重，通常情況下可滿足使用需求。如果無(wú)法避免地選址在二層以上樓層，則需承重復(fù)核現(xiàn)有樓層的承重情況，需要用戶提供該樓宇建設(shè)時(shí)的建筑結(jié)構(gòu)圖紙，并結(jié)合實(shí)際使用情況進(jìn)行判定。如果用戶無(wú)法提供原始圖紙，在無(wú)任何依據(jù)判定樓層承重情況下，需尋求第三方專業(yè)機(jī)構(gòu)鑒定樓層承重情況。對(duì)于不滿足的情況，需結(jié)合實(shí)際情況判斷采取承重加固措施或更換選址來(lái)解決。

確定承重情況后，結(jié)合機(jī)房的層高情況，來(lái)確定機(jī)房?jī)?nèi)機(jī)柜規(guī)劃形式。同時(shí)，市電電源是數(shù)據(jù)機(jī)房設(shè)計(jì)的重要前提條件，市電電源的可靠性、冗余情況、容量大小也是決定數(shù)據(jù)中心機(jī)房設(shè)計(jì)等級(jí)的重要因素。

3 機(jī)房土建裝修

機(jī)房的土建裝修既是規(guī)劃設(shè)計(jì)考慮的第一步，又是中間環(huán)節(jié)。因?yàn)闄C(jī)房的土建裝修需要確定機(jī)房的功能分區(qū)，而機(jī)房的功能分區(qū)又是根據(jù)具體的機(jī)柜、電源等設(shè)備規(guī)劃位置確定，所以機(jī)房規(guī)劃設(shè)計(jì)，就是各個(gè)專業(yè)融合、溝通、協(xié)調(diào)的過(guò)程。

首先，根據(jù)用戶需求如單機(jī)柜功耗、機(jī)柜數(shù)量需求等，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，如層高、空間、位置等，確定空調(diào)制冷形式；其次，工藝設(shè)計(jì)人員對(duì)機(jī)柜、冷通道等擺放位置進(jìn)行初步確定；最后，待機(jī)柜位置初步確定后，建筑專業(yè)人員結(jié)合消防疏散等規(guī)范，確認(rèn)機(jī)房隔斷分區(qū)是否合理，機(jī)房疏散門的數(shù)量及位置是否滿足要求。對(duì)機(jī)房平面進(jìn)行調(diào)整后，再次返回給工藝設(shè)計(jì)人員，調(diào)整機(jī)柜位置，最終達(dá)到各專業(yè)統(tǒng)一。機(jī)房的土建裝修需要根據(jù)機(jī)房設(shè)備的制冷形式來(lái)確定機(jī)房地板高度、是否鋪設(shè)地板、是否設(shè)置空調(diào)區(qū)；還需要根據(jù)機(jī)房性質(zhì)、機(jī)柜位置確定吊頂、燈具、電氣等系統(tǒng)的安裝位置。

4 機(jī)房系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1 供配電系統(tǒng)

供配電系統(tǒng)是機(jī)房等級(jí)選定的重要前提。根據(jù)規(guī)范，不同等級(jí)的機(jī)房供配電電源的冗余配置各不相同。對(duì)于可靠性要求較高的機(jī)房，供配電系統(tǒng)建議選用2N冗余配置形式[3]。因此，初步規(guī)劃的階段，就需要與用戶確認(rèn)機(jī)房選址位置的供配電情況為雙路電源引入，否則無(wú)法滿足其高可靠性要求，機(jī)房建設(shè)等級(jí)也會(huì)相應(yīng)下降。

備用電源是數(shù)據(jù)中心機(jī)房基礎(chǔ)配套建設(shè)的重要組成部分，通常情況下可選用柴油發(fā)電機(jī)組為機(jī)房提供后備電源。針對(duì)現(xiàn)有樓宇改造的情況，一般室內(nèi)是不具備安裝柴油發(fā)電機(jī)組的條件，常選用室外型柴油發(fā)電機(jī)建設(shè)模式，將柴油發(fā)電機(jī)做成靜音箱的模式安置在樓宇外側(cè)的合理位置。但此種情況下，需調(diào)研周邊環(huán)境，因?yàn)橛蜋C(jī)啟動(dòng)會(huì)產(chǎn)生噪聲，如周圍是居民區(qū)，需采取相應(yīng)措施，盡可能降低噪聲。柴油發(fā)電機(jī)組的后備儲(chǔ)油量也需根據(jù)規(guī)范要求設(shè)置，同時(shí)需要滿足消防相關(guān)規(guī)范，且需考慮用戶簽署供油協(xié)議的供油時(shí)間。

4.2 機(jī)柜系統(tǒng)

機(jī)房的機(jī)柜系統(tǒng)即機(jī)房工藝設(shè)計(jì)，需要根據(jù)用戶需求，確定單機(jī)柜功耗，同時(shí)根據(jù)用戶需求及機(jī)房層高、空間等因素，確定機(jī)柜尺寸、高度等相關(guān)配置參數(shù)。機(jī)柜系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，需要根據(jù)空調(diào)專業(yè)采取的制冷形式，來(lái)確定機(jī)柜的布置形式，如采取封閉冷通道-房間級(jí)空調(diào)制冷，封閉冷通道-列間空調(diào)制冷，背板空調(diào)制冷等，這些形式的機(jī)柜布置形式均不相同。同時(shí)，機(jī)房?jī)?nèi)各個(gè)通道的寬度、長(zhǎng)度以及定位的確定，如設(shè)備主通道寬度、面對(duì)面背對(duì)背設(shè)置的機(jī)柜正面及背面的間距要求、單個(gè)冷通道的長(zhǎng)度等均需合理滿足相關(guān)規(guī)范要求。此外，需根據(jù)機(jī)房的層高、機(jī)柜的交流/直流的供電形式、接地方式等，確定走線架的層數(shù)、寬度以及不同種類的電纜或通信線纜分別布放于哪層走線架。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，需合理避免走線架的交叉以及高度定位。設(shè)計(jì)人員需對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行反復(fù)勘察，了解情況，最終設(shè)計(jì)走線架的平面圖和剖面圖，以便指導(dǎo)施工。

4.3 電源系統(tǒng)

機(jī)柜電源系統(tǒng)需要根據(jù)用戶的需求確定。通常情況下，一些企業(yè)用戶機(jī)房的電源系統(tǒng)需求大部分為交流電源供電，因此常選用交流UPS。而一些運(yùn)營(yíng)商用戶的機(jī)柜供電電源常常會(huì)支持交流和直流2 種形式供電，因此又多了一種供電形式，即高壓直流供電系統(tǒng)。

高壓直流供電系統(tǒng)的電壓等級(jí)一般有2 種，分別為240 V 和336 V。高壓直流供電系統(tǒng)與UPS 系統(tǒng)相比，造價(jià)相對(duì)較低，所以在運(yùn)營(yíng)商的數(shù)據(jù)中心機(jī)房?jī)?nèi)，高壓直流供電系統(tǒng)的建設(shè)也是發(fā)展的趨勢(shì)之一。

電源系統(tǒng)在供電形式上也有不同種類區(qū)分，如常規(guī)的UPS 和高壓直流系統(tǒng)均為集中式不間斷電源系統(tǒng)，還有一種供電形式為分布式UPS。分布式UPS 系統(tǒng)安裝在每一個(gè)機(jī)柜內(nèi)，占用機(jī)柜底部大約6 U 的空間，將不間斷電源系統(tǒng)和蓄電池組高度集成。該系統(tǒng)可根據(jù)機(jī)柜安裝服務(wù)器的情況，選擇性、針對(duì)性開(kāi)啟運(yùn)行，有效提高電源系統(tǒng)的利用率，同時(shí)省去了傳統(tǒng)電源設(shè)備安裝需要的電力室、電池室空間，有效增加機(jī)柜數(shù)量。

4.4 空調(diào)系統(tǒng)

數(shù)據(jù)中心機(jī)房的空調(diào)系統(tǒng)，是機(jī)房建設(shè)節(jié)能相關(guān)指標(biāo)的重要因素，機(jī)房空調(diào)形式的選取影響了機(jī)房PUE 的指標(biāo)情況。一般情況下，當(dāng)單機(jī)柜功耗小于3 kW 時(shí)，可選用房間級(jí)空調(diào)地板下送風(fēng)制冷形式+開(kāi)放式冷熱通道/下送風(fēng)機(jī)柜形式；當(dāng)單機(jī)柜功耗大于等于3 kW、小于6 kW 時(shí)，可選用房間級(jí)空調(diào)地板下送風(fēng)制冷形式+封閉冷/熱通道形式；當(dāng)單機(jī)柜功耗大于等于6 kW、小于15 kW 時(shí)，可選用列間空調(diào)形式+封閉冷、熱通道/機(jī)柜級(jí)空調(diào)形式；當(dāng)單機(jī)柜功耗大于等于15 kW 時(shí)，建議選用機(jī)柜級(jí)空調(diào)等形式。機(jī)柜級(jí)空調(diào)通常情況下為背板空調(diào)形式，分為動(dòng)力型熱管背板空調(diào)和重力型熱管背板空調(diào)。重力型熱管背板空調(diào)是利用換熱器與背板空調(diào)的高度差進(jìn)行制冷劑的循環(huán)，相對(duì)動(dòng)力型熱管背板空調(diào)，省掉了動(dòng)力泵，節(jié)約能耗。

機(jī)房設(shè)備的制冷形式及氣流組織要求也決定了機(jī)房工藝設(shè)計(jì)形式。面對(duì)中小型數(shù)據(jù)中心機(jī)房眾多的設(shè)備數(shù)量，對(duì)氣流組織通暢度的控制，決定了如何保證空調(diào)最佳的制冷效果[4]。不同的氣流組織形式和制冷類型，對(duì)于機(jī)柜擺放、地板敷設(shè)、冷通道封閉形式起到了決定性作用。

4.5 監(jiān)控系統(tǒng)

數(shù)據(jù)中心機(jī)房的監(jiān)控系統(tǒng)是后期機(jī)房維護(hù)的前提條件。監(jiān)控系統(tǒng)包含動(dòng)力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)等。針對(duì)不同類型的機(jī)房，其維護(hù)部門要求的監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)等級(jí)也不相同，但對(duì)動(dòng)環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)，主要采集的動(dòng)力設(shè)備參數(shù)和環(huán)境參數(shù)也有著基本的要求。

數(shù)據(jù)中心管理系統(tǒng)（Data Center Infrastructure Management，DCIM）是將各個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)集成在一個(gè)云上平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)各個(gè)系統(tǒng)的基本功能，同時(shí)智能調(diào)取分析各系統(tǒng)數(shù)據(jù)，從而呈現(xiàn)一個(gè)可視化監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)，在數(shù)據(jù)中心機(jī)房建設(shè)中逐漸廣泛應(yīng)用。

4.6 消防系統(tǒng)

數(shù)據(jù)中心機(jī)房的消防系統(tǒng)大多數(shù)情況下選用氣體滅火系統(tǒng)，而根據(jù)機(jī)房的面積容積、不同，相對(duì)應(yīng)也分為無(wú)管網(wǎng)氣體滅火系統(tǒng)和有管網(wǎng)氣體滅火系統(tǒng)。合理設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)中心機(jī)房的自動(dòng)滅火系統(tǒng)，可為機(jī)房設(shè)備提供安全保障，并優(yōu)化消防系統(tǒng)投資[5]。

針對(duì)機(jī)房容積較小的機(jī)房，在機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)置七氟丙烷氣體滅火柜，各防護(hù)區(qū)采用全淹沒(méi)滅火方式，系統(tǒng)設(shè)計(jì)溫度為20 ℃，防護(hù)區(qū)域內(nèi)具有獨(dú)立的火災(zāi)自動(dòng)探測(cè)、自動(dòng)報(bào)警及氣體滅火功能。系統(tǒng)具有自動(dòng)控制和手動(dòng)控制2 種啟動(dòng)方式。針對(duì)機(jī)房容積較大的機(jī)房，則設(shè)置獨(dú)立的有管網(wǎng)氣體滅火系統(tǒng)，并結(jié)合機(jī)房實(shí)際情況確定管網(wǎng)路由。

5 結(jié) 論

數(shù)據(jù)中心機(jī)房基礎(chǔ)配套設(shè)施規(guī)劃設(shè)計(jì)，就是涉及的各個(gè)專業(yè)相融合、相協(xié)調(diào)、相補(bǔ)充、交叉設(shè)計(jì)的過(guò)程，在以用戶需求為前提的指引下，逐一確認(rèn)各個(gè)系統(tǒng)配置和解決方案，從而達(dá)到適用、實(shí)用的目的，進(jìn)而建設(shè)綠色、節(jié)能、低碳以及高效的數(shù)據(jù)中心機(jī)房。