数据中心机房系统设计

珠海拓普智能电气股份有限公司,数据中心机房系统,吕红义,目录,拓普公司简介,数据中心机房范围/术语/定义,数据中心机房分级,数据中心机房位置及布置,数据中心机房的架构系统,3,一、拓普公司简介,二十多年的专业化经营，自主研发生产了上百种智能设备、软件产品和应用系统，产品通过了“电力工业电力设备及仪表检测中心、国家继电保护及自动化设备质量监督检验中心、国家消防电子产品质量监督检验中心、国家安全生产重庆矿用设备检测检验中心、国家矿用产品安全标志中心”等权威部门的检测认证。我们特别重视对客户的服务，郑重承诺“724小时响应，终身维护”，建立了覆盖全国的营销服务网络。用户已遍布国内外，有上千套系统、十几万台设备在各种现场长期稳定运行，赢得了广大用户的赞誉。,数据中心机房建设规范标准给出了数据中心机房的建设要求，包括数据中心机房分级与性能要求，机房位置选择及设备布置，环境要求，建筑与结构、空气调节、电气技术，电磁屏蔽、机房布线、机房监控与安全防范，给水排水、消防的技术要求。,二、数据中心机房的范围/依据/定义,电子计算机机房设计规范（GB501742008）电子计算机机房施工及验收规范（SJ/T3000393）计算机机房用活动地板技术条件（GB665086）计算场场地安全要求（GB936188）计算机场地技术条件（GB288789）机要屏蔽室电信间技术要求计算机场地技术条件（GB288789）涉密信息设备使用现场的电磁泄露发射防护要求（BMZ12000）涉及国家机密的计算机信息系统保密技术要求（BMZ12000）涉及国家机密的计算机信息系统安全保密方案设计指南（BMZ22001）涉及国家计算机信息系统安全保密测试指南（BMZ32001）建筑与建筑群综合布线系统工程设计规范（GBT/T50311-2000）建筑与建筑群综合布线系统工程施工及验收规范（GBT/T50312-2000）建筑设计防火规范（GBJ16-87）火灾自动报警系统施工及验收规范（GB50116920）低压配电设计规范（GB5005495）供配电系统设计规范（GB5005295）智能建筑设计标准（GB/T50314-2000）高层民用建筑设计防火规范（GBJ4582）电气装置安装工程施工及验收规范（GB5025496）建筑物防雷设计规范（GB50057-94）电子计算机场地通用规范（GB/T28872000）防静电活动地板通用规范（SJ/T10796-2001）通信局（站）防雷与接地工程设计规范(YD5098-2005)通信电源设备安装工程设计（YD5040-2005）,二、数据中心机房的范围/依据/定义,2.1术语和定义,GB50174-2008确定的以及下列术语和定义适用于本标准。,1、数据中心2、总部级数据中心机房3、区域级数据中心机房4、企事业单位级数据中心机房5、A级数据中心机房6、B级数据中心机房7、C级数据中心机房,二、数据中心机房的范围/依据/定义,数据中心datacenter容纳机房及其支持区域的一个建筑物或一个建筑物的一部分。,总部级数据中心机房headquarters-leveldatacenterroom由总部统一规划建设，主要承载总部统一建设，集中部署的信息系统和灾难恢复信息系统的机房,区域级数据中心机房regionaldatacenterroom由总部统一规划建设，主要承载本区域各企事业单位和分支机构接入中国石油骨干网络，承载总部统一建设、分布部署的信息系统的机房。,企事业单位级数据中心机房localdatacenterroom由各企事业单位自行建设，承载本单位内部信息系统运行和网络接入的机房。,二、数据中心机房的范围/依据/定义,A级数据中心机房classAdatacenterroom按容错系统配置，在系统运行期间，其场地设施不应因为操作失误，设备故障，外电源中断，维护和检修而导致信息系统运行中断。,B级数据中心机房classBdatacenterroom按冗余要求配置，在系统运行期间，其场地在冗余能力范围内，不应因设备故障而导致信息系统运行中断。,C级数据中心机房classCdatacenterroom按基本需求配置，在场地设施正常运行情况下，应保证信息系统运行不中断。,三、数据中心机房的范围/依据/定义,分级要求根据信息系统使用性质、管理要求及由于场地设备故障导致运行中断对生产、经营和公共秩序造成的损失或影响程度，将数据中心机房划分为A、B、C三级。在异地建立的备份机房，设计时应与主机房等级相同。同一个机房内的不同部分可根据实际情况，按照不同的标准进行设计。,三、数据中心机房的分级,A级数据中心机房符合下列情况之一的数据中心机房应为A级：信息系统运行中断将造成重大的经济损失信息系统运行中断将对业务、公共秩序造成重大影响。总部级数据中心机房宜建设成A级。B级数据中心机房符合下列情况之一的数据中心机房应为B级：信息系统运行中断将造成较大的经济损失信息系统运行中断将对业务、公共秩序造成较大影响。区域级数据中心机房、区域网络中心机房和企事业单位级数据中心机房宜建设成B级。C级数据中心机房不属于A级或B级的数据中心机房应为C级。,二、数据中心机房的范围/依据/定义,二、数据中心机房的范围/依据/定义,根据GB50174-2008电子信息系统机房设计规范要求，机房位置选择应符合以下要求：远离水灾和火灾隐患区域；远离强振源和强噪声源；远离产生粉尘、油烟、有害气体以及生产或贮存具有腐蚀性、易燃、易爆物品的工厂、仓库、堆场等；避开强电磁场干扰。多层或高层建筑物内的主机房不应选在建筑物的地下底层。水源充足，电力比较稳定可靠，交通通信方便，自然环境清洁；机房电力供给、交通、通信、自然坏境要求及场所选择，按GB50174-2008中4.1.1和4.1.2的规定。,四、数据中心机房的选址要求,五、数据中心机房的架构,门禁管制,保安监控,机柜,动力环境,KVM,显示系统,动力供配电,UPS供配电,接地系统,防雷系统,照明系统,发电机系统,气体灭火,自动报警,极早期报警,精密空调,辅助区空调,新风排气,机房区工程,支持区工程,辅助区工程,综合布线,5.1、数据中心机房的装修工程,按照电子信息系统机房设计规范（GB50147-2008）电子信息系统机房包括主机房、辅助区、支持区和行政管理区。主机房:包括服务器机房、网络机房、存储机房、小型机机房等。辅助区:用于电子信息系统设备和软件的安装、调试、维护、运行监控和管理的场所。包括进线间、测试机房、监控中心、备件库、打印机室、维修室。支持区:支持并保障完成信息处理过程和必要的技术作业，包括变配电室、柴油发电机机房、不间断电源系统室、电池室、空调机房、动力站房、消防设施用房、消防和安防控制室。行政管理区：用于日常行政管理及客户对托管设备进行管理的场所，包括工作人员办公室、门厅、值班室、盥洗室、更衣间、用户工作室等。,本次设计房间包括主服务器区、服务器一区、服务器二区、综合布线区、数据库区、辅助区:内走道。支持区:支持区、及气瓶间。,5.1、数据中心机房的装修工程,本次机房核心机柜按照6KW用电量设计（满配），机柜发热量为6KW*0.8*0.7=3.3KW，通过APC公司的“地板架高与机柜发热量”表可知，地板架应高550mm。,机房内玻璃隔断可以优化空间组合，提高机房空间的实用性，改善机房的环境，提高机房区域的整体形象。体灭火系统设计规范(GB50370-2005)要求：防护区围护结构承受内压的允许压强，不低于1200Pa称帕，（即牛顿平方米）。通过下面公式：玻璃隔断两面支撑：W=0.507*a*t*t/f/L/L摘自防火科学与技术杂志W为风荷载标准值，单位KPa；a为抗风系数，1.5-3之间；f为安全因子，一般取2.5；L为跨度，单位m；t为玻璃厚度，单位mm。其中抗风系数、安全因子摘自建筑用安全玻璃钢化玻璃GB15763.2-2005。本次玻璃高度设计2.8米，通过计算12mm厚钢化玻璃隔断：W=0.507*1.5*12*12/2.5/2.8/2.8=4.48KPa。满足消防要求。由于防火玻璃隔断的强度是钢化玻璃的1.5到3倍对于2.6米高的12mm厚防火玻璃隔断W=6.48*1.5=9.72KPa。根据上述计算钢化、防火玻璃的安装高度2.8米时，满足消防要求。,夏季大气压力100.2KPa室内设计温度23相对湿度为50时，室内露点温度11.88室内设计温度23相对湿度为60时，室内露点温度14.66专用空调制冷量44.3KW显冷量42.9KW风量12510m3/h送风温度12.72地板下：通过楼板如果不加保温，在楼上楼下中央空调开启时大于露点，不至于结露但热损失为48.75*270=13.2KW如果不加保温，在楼上楼下中央空调关闭时小于空气露点温度，会出现形成结露经过上述热工计算，本项目采取在机房区顶、地以及在地板下的装饰板表面分别做15-35MM保温处理，防止出现冷凝的情况。,5.1、数据中心机房的装修工程,建筑设计防火规范GB50016-2006：一类建筑疏散走到两侧的隔墙用不燃烧体，时间1小时；房间隔墙用不燃烧体，时间0.75小时；吊顶用不燃烧体，时间0.25小时。建筑内部装修设计防火规范GB50222-95：装修材料燃烧性能：A不燃性。B1难燃性。B2可燃性。B3易燃性。大中型电子计算机房、中央控制室、电话总机房等放置特殊贵重设备的房间，其顶棚和寺面应采用A级装修材料，地面及其他装修应采用不低于B1级的装修材料。主机房的顶棚和壁板(包括夹芯材料)应为不燃烧体，且不得采用有机复合材料。顶棚的耐火极限不应低于0.4h，疏散走道顶棚的耐火极限不应低于1.0h。综上所述：机房内顶棚，材料为A级，不燃烧体，耐火极限不应低于0.4h：机房内壁板应为不燃烧体，耐火极限不应低于0.75h：机房内地面不低于B1级:疏散走道墙面应为A级，不燃烧体，耐火极限不应低于1.0h。疏散走道顶棚应为A级，不燃烧体，耐火极限不应低于1.0h。本次设计：机房内彩涂钢板燃烧性能为A级，不燃性，耐火性能大于90分钟，填充岩棉后可达4小时：机房内防火玻璃燃烧性能为A不燃性，耐火性能大于90分钟。机房内复合地板为B1级难燃材料。机房内吊顶采用20厚铝箔海绵+石膏板，燃烧性能为A不燃性，耐火性能大于30分钟。,机房材料防火设计,5.1、数据中心机房的装修工程,机房装饰设计,防尘设计：,防水设计：,声学设计：,抗震动设计：,保温设计：,防静电及电磁防护设计：,装饰安全设计：,5.1、数据中心机房的装修工程,机房屏蔽体设计,5.1、数据中心机房的装修工程,机房屏蔽体设计,5.2、数据中心机房的供配电工程,第一步：确定机房等级；第二步：确定关键负载；第三步：确定未来负载；第四步：计算实际负载；第五步：根据负载总和计算电源容量；第六步：根据设备规划计算UPS规模；第七部：根据UPS规模计算发电机配置。,四个在动力供配电选型时的重要参数指标：大多数IT设备的额定功率至少超出实际运算负载的33%；实际上典型安装中的UPS效率约为88%；电池充电功率可占UPS额定负载的20%；通常每个机柜（设备运行柜）制冷负载会保持在1KW的量级上。,5.2、数据中心机房的供配电工程,动力供配电计算,5.3、数据中心机房的空调子系统,暖通系统设计说明,5.3、数据中心机房的空调子系统,机房室内环境参数夏季：温度232，相对湿度50%冬季：温度202，相对湿度50%机房共采用模块化精密空调，采取下送风、上回风的送风方式达到恒温恒湿的目的。,5.3、数据中心机房的空调工程,机房精密空调设计,机房空调的特点：大风量、小焓差可保证恒温恒湿送回风方式多样高效过滤可靠性较高全年制冷运行设计点对应运行点运行条件宽松智能监控节能,机房精密空调设计,5.3、数据中心机房的空调子系统,空气调节无论是在无论送风还是回风系统中，空气载体的输送都有三种基本方式：开启方式（洪灌方式）。局部管道方式；全管道方式；,采用精密空调是机房必须的选择，其理由有如下：温度的调节；湿度的调节；不间断运行的能力。,普通空调与精密空调的区别：总制冷能力=显热负荷+潜热负荷显热比率（SHR）=显热冷却/总冷却,5.3、数据中心机房的空调子系统,5.1、数据中心机房的空调工程,案例系统：为一个面积为450平方米，额定功率为250kW的数据中心，内有150个机架，最多有20位人员。我们按照惯例假设该数据中心的功率负载为额定功率的30%。这样，数据中心的IT设备总负载功率为250kW的30%，即75kW。在上述条件下，数据中心的总发热量为108kW，约为IT设备负载的1.5倍。150台机柜设备的IT总发热量为108KW，占总系统比的70%；在某灾备机房的实例中，230台机柜按照该比例计算应该在165W，平均每台机柜负载0.72W热量，需用系数0.70，这和前文内容所论述的配电需求是一致的。,空气调节系统计算的逆推,空气调节系统计算的逆推,5.3、数据中心机房的空调子系统,空气调节系统计算的逆推,每个机房采用N+1运行方式，当一台空调发生故障时可以自动切换至备机运行，核心设备间和前置设备及开发设备间预留增容空间。电池室、配电室和开发室分别采用5P分体空调制冷，一备一用.监控室采用5P分体吸顶空调,5.3、数据中心机房的空调子系统,5.4、数据中心机房的新风排烟工程,机房新风系统,5.4、数据中心机房的新风排烟子系统,机房消防排气,5.5、数据中心机房的消防子系统,5.5、数据中心机房的消防子系统,气体灭火系统,有管网系统一个防护区的面积不宜大于800m2，且容积不宜大于3600m3。最多8个防护区,无管网系统一个防护区的面积不宜大于500m2，且容积不宜大于1600m3单层保护,七氟丙烷气体分类,火灾报警系统,机房气体灭火分类,5.5、数据中心机房的消防子系统,通过两种探测报警后自动启动,手工启动喷洒,声光报警，延时30秒喷放,警铃报警,自动启动,手动启动,一路温感报警,一路烟感报警,手自动方式失效时，应急启动喷洒,5.5、数据中心机房的消防子系统,在通讯机房和电子计算机房等防护区，设计喷放时间不应大于8s。七氟丙烷灭火系统的灭火设计浓度不应小于灭火浓度的1.3倍。油浸变压器室、带油开关的配电室和自备发电机房等防护区，灭火设计浓度宜采用9%。通讯机房和电子计算机房等防护区，灭火设计浓度宜采用8%。通讯机房、电子计算机房内的电气设备火灾，应灭火浸渍5min。气体用量W=K*V/SC/（100C）喷头的保护高度和保护半径，应符合下列规定：最大保护高度不宜大于6.5m；最小保护高度不应小于0.3m；喷头安装高度小于1.5m时，保护半径不宜大于4.5m；喷头安装高度不小于1.5m时，保护半径不应大于7.5m。喷头宜贴近防护区顶面安装，距顶面的最大距离不宜大于0.5m。根据建筑灭火器配置设计规范GB50140-2005，在机房中配备一定数量的择硫酸铵盐干粉灭火器、碳酸氢钠干粉灭火器、卤代烷灭火器或二氧化碳灭火器来扑灭E类火灾（电气着火）。切断空调、照明、新风机、其他动力用电、关闭新风阀；切断门禁用电。,机房气体灭火设计说明,5.6、数据中心机房的安防子系统,安全可靠,先进性,信价比,监控无死角监控清晰度7*24小时运行长时间录像照度保证,与其他安防联动超级动态超低照度视屏传输带宽录像清晰度,Text,产品选型,5.6、数据中心机房的安防子系统,Text,通过网络将保安监控集成到动力环境监控软件中,5.6、数据中心机房的安防子系统,Text,5.6、数据中心机房的安防子系统,Text,安全可靠,先进性,信价比,分区设计进出逻辑关系门锁的选择紧急开门措施(进门遥控钥匙、出门玻璃破碎按钮)消防联动,与其他安防联动生物识别技术多种开门方式一卡通技术,产品选型,5.6、数据中心机房的安防子系统,Text,监控软件集成到动力环境监控软件中,门禁一,门禁N,5.6、数据中心机房的安防子系统,Text,整个机房区根据安防级别的不同设计成不同的安防分区，如配电室、机房区等属于高度风险区，本次对于高度风险区的机房门禁设计为进出门双向刷卡的形式。开发室、会议室、经理室等属于中度风险区，中度风险区的门禁设计为进门刷卡，出门按按钮的形式；机房门禁系统集成到动力环境监控系统中统一管理。,5.6、数据中心机房的安防子系统,Text,设计在监控室安装N*MW块46寸超窄边显示器，前端视频信号、门禁信号和机房的KVM信号以及环境动力监控系统显示的信号都可以在大屏上显示。管理人员通过中控系统将监控室工位监控的信息传输到画面处理器实现在大屏上面拖拉、漫游、重叠等功能。,5.6、数据中心机房的安防子系统,Text,视频信号,网络信号,10/100M以太网,视频矩阵切换器,数字RGB信号,模拟RGB信号,模拟RGB信号,视频信号,多屏拼接控制器,摄像机、播放机,联网计算机,未联网计算机,信号处理,RGB矩阵切换器,大屏切换原理,5.7、数据中心机房的防雷接地子系统,共用,共用,UPS输出地、IT设备供电地接在电源进线地上，电源进线地与等电位地在机房内连在一起。,机房内所有机柜、配电柜、空调金属外壳、地板腿、金属墙板顶板接在一起构成安全保护地与防雷地引入楼层等电位。,UPS输出中性线引入大楼联合接地体上，防止零地漂移。,机房接地系统,5.7、数据中心机房的防雷接地子系统,单独接地，分开引线,六面体接地，法拉第笼结构,完善的静电泄漏系统,有利于抑制中性点漂移,当引向不间断电源供电侧的中性线意外断开时，可确保不间断电源输出端不会引起电压升高而损坏由其供电的重要用电设备,建筑电气工程质量验收规范（GB50303-2002）中第9条关于不间断电源安装中的9.1.4款中：“不间断电源输出端的中性线（N极），必须与由接地装置直接引来的接地干线相连接，做重复接地。”,接地系统,5.7、数据中心机房的防雷接地子系统,SPD,大楼总配电柜,SPD,机房总输入配电柜,SPD,UPS输出列头柜,负载,一级防雷由配电室实现,二级防雷,三级防雷（补充）,最大放电电流60KA,防浪涌PDU,末端PDU,三级防雷,逐级滤波，每级防雷距离保证大于10米，轻松拦截雷电,最大放电电流50KA,最大放电电流10KA,机房防雷系统,5.8、数据中心机房的动力环境监控子系统,安全可靠,先进性,信价比,模块带光电隔离组态架构软件防死机功能通讯失败次数报警失败次数,ALL-IN-ONE监控设备之间联动与其他系统的兼容性短信查询,产品选型,环境动力监控设计说明,5.8、数据中心机房的动力环境监控子系统,集中监控,机房环境监控管理系统软件,温湿度,TCP/IP,远程浏览、大屏幕、电话短信报警,UPS,精密空调：7台,新风压差:2个,配电柜进线：,漏水监控：油机室和空调周围,设备的人工巡视操作成为设备的计算机自动实时巡视操作使设备的分散巡视操作成为集中巡视操作设备的现场巡视操作成为远程巡视操作操作管理简单、一机控制、节省投资、扩充简单,智能配电柜,门禁系统,5.8、数据中心机房的动力环境监控子系统,集中监控,本监控系统对机房设备（空调，配电，UPS）和机房环境实施集中监控管理，就是对各个分散的设备进行遥测、遥信、遥控；实时监视各设备的运行状态，记录和处理相关数据，及时侦测故障和告警，并通知人员处理。可实现机房电源、空调和环境的集中监控维护管理，提高供电系统的可靠性和计算机设备运行的安全性。它具有以下的几个特点：,使设备的人工巡视操作成为设备的计算机自动实时巡视操作,使设备的现场巡视操作成为远程巡视操作,使设备的分散巡视操作成为集中巡视操作,操作管理简单、一机控制、节省投