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现代数据中心 机房建设中值得注意的几个问题

   近年来,随着计算机技 术的飞速发展,数据中心机房 技术的发展更是日新月异,笔者最近三年 先后参与了苏州建行(全国建行系统 五大城市行之一)数据中心机房、建设银行总行 苏州信用卡分中心(存储和处理中 国南方地区的信用卡数据与交易)的数据中心主 机房的设计与建设以及苏州建行新区主机房的改建等项目,在这期间也得 到了中国信息化推进联盟数据中心技术专委会副理事长沈卫东老师等业内专家的指导帮助,参观学习了上 海农行计算机主机房、厦门建行计算 机主机房、中国建设银行 数据中心(上海)计算机主机房 等业内较先进的数据中心机房,感受颇多。在此,就自己参与的 以上项目实践经验,总结了几点在 机房建设中值得注意的问题,与大家共同交流探讨。同时也希望能 起到抛砖引玉的作用,愿能看到更多 有价值的经验与业界的同仁分享。

一、 精密空调容量规划

    近年来,随着银行电算 化业务量的迅猛发展和以刀片式服务器等为代表的新一代高集成度设备的大量投放到机房中运行,数据中心机房 内单位面积的热负荷正日渐增大,已远非往昔,不可同日而语,如国家标准(GB50174-93)及中国建设银行2000年分布的《计算机机房装修规范》等文件中都将200~250W/m2作为数据中心 机房的制冷量标准,而实际上现在 装载着刀片式服务器的机柜,负载容量超过5kW以上是很平常的事,而随着计算机 和大规模集成电路技术的进一步发展,计算机设备的 功率密集度将呈现越来越高的发展趋势,机房内设备功 率密集度的增加势必会导致发热量也越来越高,如果我们仍按 照过去有关标准所规定的200W/m2的制冷量来设计,将无法满足现 今新一代数据中心机房制冷需要。如我们苏州建 行数据中心机房各种计算机设备的装机容量从2005年7月至2008年1月的两年半的 时间就近翻了一番多,而且增加的多是P550、P570以及大量的刀 片式服务器等功率密度非常高的IT设备,整个装机功率 已由原来的66kVA骤增到了目前的138kVA,机房原来尚余 占总面积约五分之二的空间也几乎全被新装的各种服务器、小型机所逐渐占据,原来我们的精 密空调是按照 415W /m2配置的,在2005年9月机房刚启用之时,整个精密空调 几乎有一倍左右的余量,而现在每当时 临夏季高温就有捉襟见肘的感觉了,盛夏来临,最担心的是邻 近的两个以上精密空调模块同时发生故障,如果这样就极 易造成机房局部区域制冷能力不足而导致过热的现象发生,据了解,像这种因对机 房内设备功率增加估计不足而导致机房空调制冷无法满足需求的情况是相当普遍的,如果我们在早 期对机房日后负荷的增加估计不足,今后想要在已 经正常运行的机房中再进行空调增容,安装新的精密空调,其难度与风险 都将是非常大的,因为在负荷很 大的机房中要想关掉精密空调一个甚或半个小时再施工,实际上是不太 现实的事情。尤其值得注意 的是新增空调当其数量众多的铜管在运行着的机房内烧焊时,稍有不慎就会 因机房内运行空调出风助燃火势而引发火灾等重大事故。因此,最好的办法是 能够在机房初期规划阶段就对这些问题都予以充分的考虑,放足余量。根据目前计算 机设备的制冷需要并考虑到今后一段时间内的发展需求,我们认为,数据中心机房 的精密空调制冷量至少应配置到每平方米700W左右,密度特别大的 机房甚至还要放大。

二、 UPS三相输入的零 线线径要适当加粗

     按照通常的电 工标准和经验数据,零线线径一般 取相线的50% ~75%,而实际上,由于计算机机 房内小型机、服务器等容性 负载的非线性特性和由此而带来的谐波等的干扰以及三相负载不平衡的影响等,使其零线电流 往往要接近或者超过相线的电流值,有的地方甚至 还会出现零线电流加倍超过相线电流的情况。因此,如果我们的零 线不具有能够承载足够载流量的线径,就会使零线线 阻变得很大,零线电压(零地电压)随之升高,严重的还会使 零线的导线发热,甚至造成零线开路(脱零)等严重事故。根据我们的经验,在以容性负载 为主的计算机机房中,建议将UPS三相输入的零 线线径放宽到相线线径的1.2 ~ 1.5倍,这样可以十分 有效地减少谐波的干扰,降低零地间的电压。

三、 关于“零地短接”问题

    我们建行总行 苏州信用卡分中心机房建成后发现,UPS输出端的零地 电压高达3.6V居高不下,当时考虑过用 再打接地桩的办法来抑制零地电压,却因该大楼位 居闹市中心,周围全被高楼 大厦包围,实在难于实施;但如果放任不管,则如此高的零 地电压对于主机房内重要的计算机设备的上线使用,存在严重隐患。因此,我们尝试用零 地短接的方法来消除零地电压,因为一旦零地短接,零地电压必然会下降。然而按照过去的规定,供配电采用“TN-S”接法的电源系 统是严格禁止将零地进行短接的,怎么办呢?之后,我们参考了大 量资料后,在《建筑电气工程 施工质量验收规范》(GB50303 - 2002)中找到了答案,该规范的第9条在关于不间 断电源安装中的 9.1.4 款中明确指出:“不间断电源输 出端的中性线(N极)通过接地装置 引入干线做重复接地,有利于抑制中 性点漂移,使三相电压均 衡度提高。同时,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,以保证整幢建 筑物的安全使用 ”。因此,我们在经过反 复讨论后决定在机房UPS输出尚未接上 重要负载之前,按上述接法接 上若干台旧的微机与服务器试运行了一段时间,发现一切正常,这才正式将IBMP550、P570、NET7000等数十台小型 机和服务器等上线运行。上线至今的二年里该UPS供电系统一直 保持着良好的运行状态,从未损坏过一 个电源或硬盘。实践证明,《GB50303 - 2002》规范中关于UPS电源输出零地 必须短接的要求不失为一种切实可行的好办法。

四、 互为备份的UPS备份余量必须充足

    互为备份UPS就是指当一台UPS出现故障无法 运行时由另一台UPS将它的负载全 部接管过去,同时不允许产 生任何短时间的停电间隙。因此对互为备 份的两组UPS来说都必须具 备足够的承载余量,否则的话,一旦切换,后果将不堪设想,如某单位有两组UPS,2*100kVA冗余的一组加100kVA单机的一组,它们分别供给 双电源服务器的两个电源输入插座中,其中双机冗余的UPS目前每台的三 相负载分别为 25%、27%、24%;单机UPS目前的三相负 载分别为47%、49%、46%,虽然看起来它 们的负荷都不算大,但是从原理上而言,该UPS系统实际上已 经失去了互为备份的作用,在本例中如果单机UPS发生故障时其 负载切入冗余并机的UPS中是完全没有问题的,因为切入时冗余并机UPS每台的各相分 别只承载单机UPS负载的 23.5%、24.5%和23%,加上冗余并机UPS本身的负载一 共也只有 48.5%、51.5%、47%的负载,余量还是非常之大;但是当并机UPS发生故障时,则切到单机上 的将分别是 50%、54%和48%,加上单机原来的负载,总共负载为 97%、103%、94%显然已经超出了单机UPS的负荷承载能力,一旦切换必将 会引起单机UPS的宕机(三相电源中任 何一相超载都会引发宕机事故)。

五、 关于机房装修 中的几个结构方面的问题

    1、因为计算机机 房建成后在相当长的一段时间里经常还将会有各种计算机设备进入或移出主机房,而到时唯一的 路径就是包括各道隔断门和通道门(包括消防安全门)等在内的机房通道,不到万不得已 是绝对不可能去拆除隔断或玻璃的,因为彩钢板、玻璃等拆了以 后即使装得再好,也总会留下形状、色差等的不协调之处,给我们漂亮的 机房带来难以挽回的缺憾。因此,在机房设计之初,就必须充分考 虑到日后大型设备进出时的尺寸所需,如门的高度要有2200mm,因为现在很多 计算机设备高度都是达到2000mm的,搬运时还必须 考虑到装载设备的车的高度;横向尽量做成双开门,尺寸应不小于1500mm。转角的尺寸也 要考虑到今后比较长的设备能转得进去,而消防应急门 平时一般不开启,所以不如将其 做得大一些,以备今后应急之需。今后计算机设 备的数量和功率密集度的发展趋向难以预计,因此,空调、UPS等设备的扩容 也将是很多见的事情,因此像此类大 型设备的日后增容等情况也都必须要加以充分的考虑。
    2、 新风机尽量不 要装在吊顶上,有些地方在机 房建设时为了节省空间和使机房下面显得更为整洁,将新风机装在吊顶上,实际上这样做 给日后的维护修理带来了无穷的麻烦,因为这样一来 每次检修都必须要爬上3米左右高的顶上,还得拆掉吊顶板,才能实施。因而有些地方 实在怕麻烦就干脆不做清理维护或干脆将新风机内的滤网全部拆掉。但事实上不进 行清理除尘等维护,风阻会逐渐增 大而新风量会变得很小;如果将新风机 的滤网拆去,则会使室外的 灰尘失去阻拦长驱直入,机房的净化保 洁功能从此无法实现,长久下来,必将会影响到 计算机设备的安全正常运行,而按照正常要 求新风机一般每二个月就必须要更换一次滤网,因此,我们在设计时 应该尽量将它安装在容易进行维护操作的地方,使它的功能能 够正常发挥,其次再考虑机 房的整洁与美观等。
    3、VRV空调的下水管 道不得并入大楼雨水管  VRV空调因为其具 有吸顶的内机和集中式的外机以及自上而下的送风形式等特点,因此不失为一 种节省空间、节省电力,并且能给人员 带来舒适感的空调设备,因此,在现代化人机 分离的计算机机房中,除了主机房等 机器设备密集的地方,如监控机房、终端设备机房 等操作人员集中的地方一般都会采用VRV空调来满足机 房操作人员的需求,但是因为VRV空调安装在机房之中,受环境与空间 等因素局限,给它冷凝水的 泄放带来了困难,有的工程承包 公司为了图省事,往往将其下水 管道直接接入到大楼的雨水管中,其实,这样做的危害 是相当大的,雨水管因其有 时的设计流量非常小,容易引起泥沙 等的淤积,而淤积后一旦 碰上下大雨,雨水来不及排出,就会从VRV空调冷凝水管 接入口处外溢,有时外溢水量 甚至很大,威胁到整个计 算机机房的安全。为了避免日后 事故隐患的发生,我们应当在机 房建设之初即行严格把关,将VRV空调的冷凝水 下水管单独铺设,这看起来算不 上什么大事,但如果不注意 也会给我们带来不小的麻烦,而当机房投入 运行后再要整改就是难上加难了。
    4、精密空调下水 管的管径尺寸应尽粗,距离应尽短,坡度应尽大,精密空调的冷 凝水不像自来水上水管那样具有较高的压力,可以将泥沙冲走,冷凝水一般流 速都比较缓慢,因此管径细、距离长、坡度小的下水 管极易造成泥沙淤塞,淤塞后冷凝水 失去下水通道,无路可走就会 从精密空调积水盘中溢出,在机房内形成水患,管径越细、距离越长、坡度越缓的下 水管则越会加剧泥沙的淤塞,一般来说,淤塞发生的程 度与下水管道的长度成正比,与管径和坡度成反比,因为坡度受到 地板下高度和空调类型的制约,一般比较难以改变,因此,我们在选择冷 凝水出水口位置时应尽量选取离精密空调距离较近的地方,如距离远、管道长的问题 实在无法解决,则我们可以用 适当放粗管径的办法或将冷凝水管的一部分穿过楼板在下层的吊顶上来加大坡度的办法予以弥补和解决。

 

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