2009-04-30 10:08:43
艾默生網路能源****朱利偉
資訊化與數位化成為各個企業、行業提高速度、提高效率，獲得效益的關鍵手段，而全球資訊化與數位化的愈來愈成熟，為我們追求效益提供了方法、手段、標準。
（1）數位化：企業的業務、流程、經營、管理等等，相關活動全部進行數位化
（2）無紙化：過去基於傳真、**的定單模式不能適應數位化的要求，企業或組織的各種活動通過計算機網路自動進行，辦公方式轉為無紙化辦公。
（3）集中化：分散的資訊化不能形成規模效應，資訊孤島不能帶來速度和效率提高。當前資訊化的趨勢是集中管理、集中儲存、集中傳輸、集中交換，帶來資訊化的集中效應，這種集中效應表現在資料中心的興起（如圖1所示）。
圖1 資訊集中化的趨勢，需要資料中心承載
1 資料中心的物理模型
資料中心的作用與目的是完成資訊的集中管理、集中儲存、集中傳輸、集中交換，從而實現資訊集中效益。
在資料中心中，存在兩個層面的平台：網路平台和動力平台（如圖2所示）。
圖2 資料中心（dc）物理模型的定義
2 資料中心的級別與分類：
根據美國tia 942標準與uptime institute的定義，將資料中心的可用性等級分為四級（如表1所示）：
表1 我國新制定的《電子資訊機房設計規範》gb 50174-2008，將電子資訊機房定義為a、b、c三類，其中a類要求最高（如表2所示）。
表2 按機房的規模，可以分為超大型資料中心、大型資料中心、中型資料中心和小型資料中心等。
◆ 超大型資料中心，通常面積大於2000m2，伺服器機櫃數量大於1000個；
◆ 大型資料中心，通常介於800～2000m2，伺服器機櫃數量200～1000個；
◆ 中型資料中心，面積為200～800m2，機櫃數量為50～200個；
◆ 小型資料中心，面積為30～200m2，機櫃數量為10～50個；
◆ 無專門場所的伺服器/交換機機櫃應用等。
以上規模劃分是實際工作中的大致劃分方法，並沒有嚴格的劃分標準與參照指標體系。劃分的目的也僅僅是便於資料中心的規劃、設計與建設等。
本文專門針對中型資料中心機房，**相關規劃、設計與建設的標準、方法和實踐。
3.1 機房選址
我國《電子資訊機房設計規範》gb 50174-2008對機房選址提出了要求，綜合美國資料中心標準tia 942-2005，對資料中心選址可以參考以上標準。
實際工作中，對於中型資料中心機房的選址，使用者通常選擇與辦公大樓等設施在一起，便於管理與維護。對於辦公大樓來說，需要重點考慮以下內容：
（1）大樓的電力是否足夠給資料中心使用。辦公大樓在設計與建設的時候，主要面向人員辦公需要，屬於輕載荷的供電設計。而資料中心的裝置供電量要求巨大，這樣的重載荷設施放入辦公大樓，常常會引起供電系統容量嚴重不足。
無論是供電、亦或是製冷，都是對原有辦公大樓用電容量的巨大挑戰。
（2）是否有足夠的空間，放置機房空調的室外機系統。辦公大樓寸土寸金，面積利用率很高。而資料中心的機房需要恆溫恆濕的機房專用系統，365天×24小時的不間斷執行。
機房專用空調如果採用直接製冷制式（dx），需要足夠多的空間安裝空調室外機。如果採用冷凍水系統，需要專門的365天×24小時執行的冷凍機組，而不能與大樓的**空調系統混用。
（3）機房層高是否足夠？辦公大樓的層高為民用建築設計，層高通常為2.8～3.2m。而資料中心需要安裝靜電地板，頂部吊頂。最佳層高（無障礙物）應該大於3.2m。
（4）是否有足夠容量的載貨電梯？通常的辦公大樓載貨電梯尺寸小、載荷低。而資料中心需要的ups電源、機房空調等裝置，都是大尺寸超重型裝置。
如果電梯不能運輸，勢必導致運輸成本劇烈增加。
（5）在辦公大樓設定資料中心，因為租金高昂、場地有限、供電不足，將嚴重限制資料中心的規模和安全級別。
3.2 規劃與設計
中型資料中心機房的規劃與設計，其需求源頭來自於使用者對伺服器、軟體系統的規劃與需求。規劃分為部分，包括容量規劃（密度規劃）、供電系統規劃、製冷系統規劃、網路規劃等。
容量規劃：容量是指中型資料中心機房的初期、終期的伺服器等it裝置數量、或者面積。容量規劃可以基於兩個方面考慮，
（1）資料中心機房的機櫃數量×平均每機櫃伺服器數量。在採用普通地板送風製冷方式下，每個機櫃的熱密度為3～5kw/rack，超過這個熱密度就必須採用高熱密度的製冷解決方案（如圖3所示）。
圖3 傳統開放式機櫃+地板下送風製冷
（2）機房的電力**。當機房的供電系統（市電+發電機）容量確定之後，可以計算出伺服器的總功率。比如發電機最大容量為500kva，那麼根據機房的能效pue值（按2.
0考慮），得出機房最大承載伺服器容量為250kva（如圖4所示）。
pue能量使用效率的定義: power usage effectiveness。
圖4 pue指標曲線
3.3 供電系統的規劃與設計
當中型資料中心機房的最大容量確定後，使用者可以根據預算、機房重要程度，結合《電子計算機機房設計規範》gb 50174-2008和美國tia 942-2005的標準，確定供電系統與製冷系統。
對於供電系統，包括從市電、發電機到配電、ups、輸出配電、伺服器電源管理系統（列頭櫃）、機櫃pdu等一系列環節（如圖5所示）。
圖5 資料中心供電系統示意圖
上述標準列出了n、n+1、2n、2（n+1）等冗餘方式。
在中型資料中心機房的市電、發電機等系統，使用者可以根據實際情況選擇n+1或者2n系統。而ups供電系統，建議使用者採用2n或者2（n+1）方式，確保供電可靠性（如圖6、7所示）。
圖6 2n式供電系統
圖7 2（n+1）式供電系統
使用者選擇ups時，建議採用高頻式ups，因為採用高頻igbt整流+無隔離變壓器式設計，輸入功率因數高、輸入電流諧波小、功率密度高等特點。同時因為ups占地面積小重量小，搬運方便。
ups的電池容量建議根據市電與發電機系統配置，通常為30分鐘左右。一般不建議超過2小時的電池配置，重量大、成本高，投資不經濟。
在ups之後，需安裝伺服器電源管理系統spm（又叫列頭櫃），為伺服器機櫃提供配電與保護。為提供伺服器電源的配電可靠性，建議每乙個配電迴路都採用監控與管理系統，監控每一路迴路的電流、電壓、功率、功率因數、諧波、電量等引數，實現配電的安全管理和成本的細緻化管理（如圖8所示）。
3.4 製冷系統規劃與設計
製冷系統是機房另外乙個關鍵的基礎設施。在中型資料中心機房，製冷系統設計包括：地板下送風系統、伺服器機櫃、機房專用空調等。
按照機房節能設計實踐和標準，通常採用地板下送風、機櫃布置按冷熱通道方式，是製冷效率比較高的設計方式（如圖9所示）。
圖9 地板下送風+冷熱通道設計
機房的伺服器機櫃也是製冷的關鍵之一。在很多執行的機房中，不少使用者對機櫃不重視，通常採購一些廉價伺服器機櫃。而這樣的機櫃必然帶來通風面積小、伺服器發熱等問題。
tia 942標準規定機櫃的通風面積比通孔率大於50%。而當伺服器的熱密度達到4kw左右是，建議使用者採用通孔率大於70%的伺服器機櫃，確保伺服器等it裝置通風量、風速正常。
此外，為了冷熱通道隔離，建議使用擋板，將伺服器機櫃上空閒的u空間擋住，減少冷空氣與熱空氣的無效熱交換。
進一步的節能設計包括完全封閉的冷通道，實現冷空氣與熱空氣的完全隔離。當然這樣封閉式冷通道（或熱通道設計），必須符合消防防火等規範（如圖10所示）。
考慮到投資成本、運營成本、維護成本等，建議採用風冷式機房專用空調（dx式）。而水冷或者冷凍水式機房專用空調不適合於在中型機房中使用與推廣（如11所示）。
圖11 風冷式機房專用空調（dx式）
風冷式機房專用空調，按照上述標準，採用n+1（2或3）即可實現製冷系統較高的可靠性。在空調的供電上採取分組供電方式，避免單一供電迴路導致的單點故障。
3.5 監控系統的規劃與設計
中型資料中心機房的安全與運營監控管理是使用者關注的核心內容之一。而這些資料中心機房通常採用無人值守工作模式，機房的安全與運營監控是無人值守的重要手段和工具。它包括：
機房**監控系統。**監控實現機房365天×24小時監控下執行，任何故意或無意的破壞都將記錄在案。
機房裝置與環境的監控系統。根據標準，必須實時監控機房的溫度、濕度、水浸、供電系統工作引數與狀態、空調系統工作引數與狀態等，並在故障下主動提示使用者採取措施，及時修復故障，確保機房安全穩定執行（如圖12所示）。
圖12 資料中心的機房監控系統
特別需要說明的是，中型資料中心機房通常不會配置電源專業人員，日常的管理與維護工作通常外包給專業類公司，it使用者僅僅督導與監控系統的運營維護工作。
而在眾多裝置與環境中，電池的監控是比較容易忽視的環節。但是電池恰恰又是系統最後的安全保障，所以對電池的監控建議採用單體電壓、單體內阻監控系統，實時**監控電池的電壓與阻抗變化，及時找出弱化電池與系統短木板。
tia 942和gb 50174-2008也建議在最重要一級機房，實現對電池組中每乙個電池單體電壓、單體阻抗的監控。確保系統中所有環節都處於監控之下，實現系統的安全可靠執行。電池單體電壓與內阻監控系統圖（如圖13所示）。
圖13 電池單體電壓、內阻監控示意圖
4 中型資料中心機房的建設與概念誤區
4.1 關於機房的負載計算與熱密度
it使用者在規劃或者設計機房時，普遍遇到的問題就是伺服器負載計算問題。購買的伺服器，根據廠家給出的功耗累計，往往會得出乙個很大的累計功率。可是如果按照這樣的累計功率配置供電系統、空調系統，將會出現巨大的投資浪費。
如何才能得出比較可靠的負載功率呢？建議it使用者對伺服器廠家的功耗引數刨根尋底，一定要廠家給出所需配置下實際功率需求。
比如ibm某型號伺服器2023年功耗為（如表3所示）：
表3： 表3中，單機最大功耗與配置密切相關，而這個資料遠遠小於銘牌功率，當配置確定後，採用伺服器的實際執行功率計算，才能避免供電系統、空調系統的巨大浪費。
4.2 為了創新而使用水系統空調系統
很多it使用者喜歡創新，在機房建設上根據部分廠商推薦，盲目採用水系統的空調。實際上水系統機房空調在中型資料中心機房並不能節能。
首先，中型機房的熱負荷是有限的，而小容量的冷凍機組的能效比，並不比風冷式空調高。如果採用大樓的冷凍機組，必然又出現在冬天大馬拉小車的問題，效率低下。只有當機房規模巨集大，採用水系統機房空調才是節能的。
其次，水系統機房空調容易導致系統的單點故障、單點瓶頸。按照標準，採用水系統時，強烈建議按照2n系統配置，而這樣的配置在中型機房無疑是投資巨大、毫無積極性可言。
第三，水系統的安裝、維護成本很高。尤其是維護成本居高不下。因為水系統需用定期的換水維護，這樣資料中心可能長時間停機問題。
國內第一批使用水系統的大型銀行資料中心，在建設新的資料中心時，紛紛棄用水系統，而改用風冷式機房空調系統。
資料中心機房搬遷方案
以上為系統遷移的流程圖，各單位資料中心分系統均按該流程進行，做到系統遷移的有序進行。遷移的準備工作是整個遷移工作的極其重要的部分，充分的做好本次遷移的準備工作，是保證遷移工作順利進行的首要條件，並可有效的減少遷移過程中的事故隱患，以下將對遷移前的準備工作做詳細描述。在此過程中需和使用者方確認遷移的網...
資料中心機房搬遷方案
機房搬遷方案 通訊機房搬遷包括四個方面的內容 1 新機房平面規劃 機房平公尺布局 動力配電系統 2 新裝置安裝 主要是新程式控制交換機的安裝及除錯 此部分由業主方負責 3 使用者規劃 主要對新辦公樓內個房間 進行規劃，簡歷相關資料文件 次部分由業主方負責 4 新機房與原部分使用者的接入 主要包括醫院...
資料中心機房建設方案
公司資料機房 建設方案 吉林省正先網路工程 2011年9月15日星期四 資料中心基礎設施的建設，很重要的乙個環節就是計算機機房的建設。計算機機房工程不僅集建築 電氣 安裝 網路等多個專業技術於一體，更需要豐富的工程實施和管理經驗。計算機房設計與施工的優劣直接關係到機房內計算機系統是否能穩定可靠地執行...