通信机房建设标准化方案探讨
我国数据中心建设发展趋势
随着信息技术特别是云计算、虚拟化技术的不断发展,互联网、移动互联网、物联网也得到了快速发展,数据信息呈爆发性增长,进入了一个云计算大数据时代。随着各个行业对互联网、移动互联网和云计算的依赖程度日益加深,数据中心作为信息化产业最重要的IT基础设施,在进入高速发展期的同时,也经历着新的巨变。
传统的数据中心基础设施存在着建设周期长、高能耗、高运营成本、效率低下等问题,已不能满足企业业务快速增长、按需供应、快速扩容、节能降耗、有效控制成本等需求,诸多问题亟待解决。
一种新兴的数据中心建设模式—“模块化数据中心”以其快速部署、绿色节能、智能化、标准化、系列化等诸多特点逐步成为数据中心建设的主流趋势。
模块化数据中心集成了机柜、供配电、机房专用空调、综合布线、智能管理等子系统于一体,可有效降低数据中心的建设周期及运营成本,可使机房占地面积减少30%以上,在相同面积获得更大IT容量。
相对于传统数据中心,模块化数据中心具有如下技术优势:
1、快速部署
模块化数据中心各子系统可实现工厂预制,现场组装,系统由集成的标准化组件构成,可显著缩短部署周期,将数据中心建设周期缩短50%以上。
模块化数据中心将工程产品化,极大地简化了机房前期规划设计,对数据中心场地要求降至最低,无需架高地板,甚至无需机房装修,现场仅需接线和连管即可开机运行。
2、柔性扩容
采用模块化的部件和统一的接口标准,可实现以机架或模块为单位按需扩容,节省投资。
按需设计,通过定制方案,支持单机柜额定功率密度平滑升级。
3、智能管理
模块化数据中心内具备智能化的监控和管理系统,可实现对数据中心基础设施的动力、环境、视频、设备、门禁的全领域统一监控。集成告警管理、报表管理、工单管理、能效管理等功能,实现全面智能管理。
4、绿色节能
模块化数据中心采用封闭冷/热通道技术,可有效优化管理气流组织,减少对整个机房的无谓制冷,同时又可避免冷热风交叉混合,提高制冷设备回风温度,从而提高制冷能效。配置有变容量制冷设备的模块化数据中心,还可根据负载发热量的变化进行实时跟踪,动态调节制冷量以实现精确匹配。与传统数据中心相比,可节约30%～50%的能耗。
针对不同的客户需求和应用场景,模块化数据中心产品不断发展演变,逐渐形成产品的系列化,目前业内主流厂商的模块化数据中心解决方案有以下三种:
1、机柜式模块化数据中心
机柜式模块化数据中心将配电、UPS、电池、机架式机房精密空调、应急通风系统、机柜及气流管理系统、布线系统、智能监控管理系统等数据中心关键基础设备集中在一个或两个封闭式的机柜内,从而实现“机柜即数据中心”的创新性解决方案。适用于小微型数据中心、各类分布式营业网点、大型公司的分支机构等应用场景,真正达到即插即用,极大地加快了微型数据中心的建设速度,其产品形式如图1所示。
2、单排式模块化数据中心
单排式模块化数据中心将一排机柜式的数据中心分为配电、制冷、UPS、电池、机柜及气流管理、智能监控及管理等子模块,各子模块在工厂预制,现场将子模块进行简单拼装即可组成一列机柜式的模块化数据中心。适用于中小型数据中心、业务量较大的分布式营业网点机房、大型企事业单位的分支机构机房。
单排式模块化数据中心气流管理方式灵活多变,具备封闭冷通道、封闭热通道和冷/热通道均封闭等多种形式,可根据现场实际应用需求进行配置。制冷系统多采用近热源的行级高效精密空调,采用开放式的系统机构,可实现1拖3(一台行级精密空调带4个机柜),1拖4、2拖6或2拖8等多种方式。
单排式模块化数据中心简化了小型数据中心的建设复杂程度,降低了和土建等部门耦合关系,大幅节省工程费用,具有建设速度快、高能效、配置丰富、维护简单的优点。其产品形式如图2所示。
3、双排模块化数据中心
双排模块化数据中心是由两排机柜设备配合封闭冷通道作为结构件,内含配电系统、UPS系统、机柜及气流管理系统、智能监控和管理系统、布线和管理系统等模块化子系统。各子系统的标准化程度高,可根据需求灵活配置。适用于中大型数据中心、国家机关和企事业单位信息中心、电信数据中心、信息机房等,其产品形式如图3所示。
推进通信机房标准化进程的举措
1、数据机房模块化、标准化
在现代信息社会,无论是信息化还是智能化,都离不开信息技术对传统的通信管理方式的改造,通过这些改造来提升通信业务的运行效率、服务水平和安全系数。通信机房作为承载信息化系统的关键基础设施,伴随着新业务的发展、新需求的出现和新技术的应用,迫切需要对其建设规格和标准提出新的标准和要求。
建设通信数据机房是一个复杂的系统工程,涉及建筑、制冷、供电等多个专业及不同的施工单位,建设周期长,投资巨大,但其作用和意义非常重要,直接关系着通信管理业务的高效、稳定和可靠运行。
传统数据中心因为架构问题难以实现按需扩容,而一次性建设一个严重超出初期需求的数据中心,将导致投资激增,各系统运行在低负载低效率状态,造成资源浪费与高运营成本。这种困境对数据中心系统实现在全层面、全颗粒度地根据业务需求弹性扩展提出了必然要求。
模块化数据中心作为未来数据中心建设的主流趋势,以其“按需配置、柔性扩容”、节能高效、标准化、易复制、建设周期短等得天独厚的优势,更加贴近我国通信行业发展的业务需求特点,且根据通信数据机房的不同IT需求和建筑空间,容易针对性地制定并提供标准化、系列化、易复制的模块化数据中心解决方案。
2、因地制宜,工程产品化
模块化数据中心遵循“工程产品化”的设计理念,集机柜系统、供配电系统、热管理系统、综合布线系统、智能管理等子系统于一体,提供整体设计的统一基础架构。针对各专业机房业务需求特点,可因地制宜,统筹规划,定制化的选择最佳解决方案。
以一个典型的小型通信机房为例,其面积多在20～30m2左右,内部主要安装专用服务器设备、通信系统交换机、网络终端、UPS电源和电池设备等,一般部署3～4个19″标准机柜,一个独立配电箱。针对该应用场景,可采用定制化的单排式模块化数据中心作为完整的一体化解决方案。
1、机房工艺布置
结合机房空间布局,在机房内配置一款带有封闭冷通道的单排式模块化数据中心,包括封闭冷通道、服务器机柜、网络布线柜,一台变容量机房精密空调,一套机架式配电单元和UPS供电设备,每个机柜配置1条PDU。单排式模块化数据中心布局示意图如图4所示。
该方案的封闭通道组件采用模块化设计,方便现场安装,并支持快速并柜部署。封闭冷通道的制冷方案能有效地隔离冷热气流,防止气流短路和循环,提高精密空调制冷量利用率,从而提高系统能效。同时,该方案采用的是行级制冷架构,相对传统的房间级制冷架构具有两大显著优势:一是就近送回风,减小风机功率,降低风机能耗;二是能够提高空调送/回风温度,从而提升空调压缩机运行能效。这两个优势最终都能够提高空调的运行效率,从而降低机房PUE值。
借助先进的CFD模拟仿真技术,给出图5所示的气流组织图、温度场图和风速分布图。从图5(a)中可以看出,由于采取了冷通道封闭的方案,精密空调设备送出的冷风被约束在封闭的通道中,冷热风得到有效的隔离,避免了冷风短路和热风的循环。
2、机柜系统
机柜按照功能可分为IT设备柜、电气设备柜、综合布线柜等三类。三类机柜均为19″标准机柜,采用相同的结构设计,机柜架构、外观造型以及尺寸统一,满足IEC60297-1标准,采用前进风后出风气流组织设计,采用1400mm深封闭冷通道机柜设计方案,设备安装空间和封闭通道一体化,其中封闭冷通道机柜配置前钢化玻璃门和后双开网孔门,网孔门开孔率≥70%。
3、供配电系统
供配电系统主要由配电单元(PDB)、不间断电源(UPS)、电源分配单元(PDU)、后备电池等四部分组成。
机架式配电单元(PDB)提供UPS输入输出配电,空调配电以及照明、智能监控管理系统配电,满足C级防雷要求。
不间断电源(UPS)采用机架式,兼容单进单出、三进单出和三进三出多种进出线方式,支持并机,方便扩容。
电源分配单元(PDU)采用模块组合一体化设计,将配电、保护、接插(插座或端子)等集成在一起,整套可拆卸,便于安装、更换配件。
后备电池具有机架式和外置式两种可选方案,可灵活配置。
4、热管理系统
采用前出风、背回风形式的空调,与空调封闭框配合可形成封闭冷通道的气流组织形式。每个机柜配置应急风扇单元,能够缓解空调制冷中断以后机柜内的温度上升问题。
5、智能监控管理系统
智能监控管理系统可实现对配电、设备(UPS、空调等)、机房环境、机房安全、门禁系统的集中监控。以模块为单位独立运转监控管理系统,具有适应模块化数据中心快速建设、快速复制的特点。
模块化数据中心方案,是当今行业中主流及领先的应用方案,在政府、金融、医疗、国防、教育等各行业的大中小型机房中广泛应用,并受到行业专家及用户高度认可。
面对通信机房转型升级的形势和任务,当前通信机房标准化工作还存在不适应和跟不上的问题。今后还需不断整合优质资源,支持和鼓励企业参与信息化关键技术研究和标准制订,通过统一标准、规模应用等措施探寻通信机房建设最佳实践方案。
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机房为什么要设计冷热通道，设计原则及如何施工？
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3秒自动关闭窗口数据中心机房中，为什么将服务器机柜按冷热通道布置？-百谷歌机房节能改造采用冷风道技术效果好,冷热通道封闭系统介绍
北京市华宇众工中央空调有限公司
机房冷热通道封闭节能系统介绍
机房冷热通道节能封闭系统背景：
冷/热通道封闭系统是一项应用于降低因工作而发热的设备温度的技术。主要应用于数据中心机房。
企业数据中心机房普遍面临设备发热密度高电力能耗大、机房及机柜的空间不足，机房规划跟不上业
务需求的增长。一直以来、为了满足数据中心机房不断上升的散热要求，机房空调配备也持续地增加和更
换，然而机房内部仍然存在局部热岛问题，冷空气与热空气直接混合，冷量的浪费很大。机柜上部的设备
得不到需求的冷量，进行设备降温，整体的能耗PUE值偏高。
随着服务器设备的功耗不断提高，机柜所需的散热能力将需要大大的加强。合理地使用冷通道方案，可大
大提升数据中心的散热能力，充分有效地使用机柜和机房空间。
冷热通道适用机房类型:
下送风现网运行机房或新建机房
实施必要性：
下送风机房气流分布为下送上回方式，送风方式为单台或多台空调采用地板下送风在通过地板风口送至列间冷区，因冷区为敞开形式冷空气并不是全部经过通信设备，不能有效地利用空调送出的冷量和风量
，与通讯设备的发热量进行充分交换，产生无效的制冷功率增加能耗，易出现高温或局部过热现象，为降
低能耗减少热点发生，根据机房现场情况及机架功率采用冷通道半封闭或全封闭势在必行。
冷通道封闭冷池系统原理：
冷通道封闭系统是基于冷热空气分离有序流动的原理，冷空气由高架地板下吹出，进入密闭的冷池通
道，机柜前端的设备吸入冷气，通过给设备降温后，形成热空气由机柜后端排出至热通道。热通道的气体
迅速返回到空调回风口。
热回风与冷量完全隔离。因此提高内部的冷气利用率，带走更多设备产生热量，降低设备温度。冷通道最
大程度地利用空调送出的冷量和风量，与通讯设备的发热量进行交换，有效避免通讯设备出现高温或局部
过热现象的发生，以降低空调无效部分的制冷功率，达到降耗节能，冷通道半封闭方式为在冷通道两端安
装端门，冷通道列间顶部采取局部封闭或走线架安装时位置尽量占用冷通道顶部形成局部气流组档。冷通
道全封闭方式为在冷通道两端安装端门，通道顶部采用模块化自动开启天窗全部封闭，发生火灾告警时与
消防告警联动天窗自动打开。
冷热通道封闭系统技术要求：
1）应采用与机房消防系统联合动作的方式解决冷通道内消防要求问题。冷通道顶部应具备消防联动自动
翻开顶盖功能，工作方式：在正常状态下,翻板顶盖由通电的磁铁吸合，翻板面处于与走道平行达到密封
效果,当一旦发生火警，在消防系统启动之前，翻板顶盖的电磁铁断电并脱扣，翻板顶盖由于重力的作用
迅速打开，保证消防系统启动后灭火气体由翻板顶盖处进入封闭的冷通道空间内。
2）冷通道消防天窗框架采用为保证通道内透光性，玻璃面积应不小于天窗的70%，顶盖框架采用专业磁力
吸锁，每五个天窗安装烟感。
3）冷通道要求密封性能达到IP30，符合消防规范。
冷热通道施工、运行安全分析：
在机房内施工时采取模块化安装2个机柜1个模块，施工简单易行可实时性强，施工时对机房影响较小
运行时送风均匀，实现了冷热空气分离，彻底解决了热点问题，发生火灾告警时与消防告警联动天窗
自动打开符合消防要求。
运行节能分析：
改造后通过手动调节地板风口风阀实现每列按需送风，根据各机房情况不同，关停空调约35%左右，
经改造前后测试比较空调全年节电量30%以上。
冷热通道图片
关键词：冷热通道，机房节能，机房空调，节能机房空调
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北京市华宇众工空调设备有限公司技术部咨询电话： 张工 QQ： 微信：zch2706
版权所有：北京市华宇众工空调设备有限公司 京ICP备号-1机房冷热通道系统整体解决方案
机房冷热通道系统整体解决方案
莱安智能化
整体概述 越来越强处理能力的服务器,越来越大容量的数据存储设备和网络设备,需要消耗更多的电能。而集成度越来越高的设备,发热量越加集中,导致机房温度控制是个很大的问题。只有对降低机房能耗的新技术与新方法进行研究,力求通过合理选用服务器机架、合理进行散热规划、优化机房设计、布局、使用等方面,提高机房散热效率,降低数据中心机房的整体能耗,才能达到节能减排的目标。　随着人们对讯息的需求,各行业都在不断地提高着数据处理的能力,也随着对节能减排的要求,有效降低耗能成为数据处理机房在建造之前必需要考虑的因素之一,为满足这一需要，鼎龙公司根据多年的实践经验,通过改善空气循环的管理,可以有效减低PUE值，为客户量身订做了一套灵活实用、多功能的机柜冷热通道分隔解决方案。实现依据　依据美国2005年4月发布的TIA942《数据申心通信基础架构标准》中要求机房内计算机设备及机架采用“冷热通道”的安装方式。“冷热通道”的设备布置方式，打破常规，将机柜采用“背靠背、面对面”摆放，这样在两排机柜的正面面对通道中间布置冷风出口，形成一个冷空气区“冷通道”，冷空气流经设备后形成的热空气，排放到两排机柜背面中的“热通道”中，通过热通道上方布置的回风口回到空调系统，使整个机房气流、能量流流动通畅，提高了机房精密空调的利用率，进一步提高制冷效果，如图下图所示。方案设计 机柜长排列的方式也为低成本处理冷热通道的隔离提供了条件,在机房内气流组织完成冷热通道隔离,这样最大限度地提高能效,从而达到节能减排的目的。在本项目中,机房内冷热通道隔离的设计是在仅在D、E列有刀片机的区域的通道上部安装具备防火耐冲击的PC耐力板,D、E列机柜两头安装封闭的平移门，使得机柜的前面形成一个封闭的冷通道,使热气流从机柜的后面流出，符合气流组织原理　在对新一代数据中心机房的设计和工程实践当中,通过全面的整体规划,对机房的关键设备、UPS电源、空调机房、场地布局等进行综合的考虑和节能设计是能达到节能减排的目标。 冷热通道隔离封闭是机房节能减排的措施之一。机柜布置可以适当改变排列方式以及采取适当的措施形成冷热通道的隔离,改变环境气流组织和减低冷通道的温度梯度,改良机柜内的有效制冷效果,从而达到节能的目的。一、双排机柜设计1、在双排机柜的正面通道将冷气密封起来，形成一个封闭的冷通道，其热气从机柜后面排出。2、在双排机柜的两端的侧面安装平移门将通道封闭起来，并且做相应的隔热隔音除理，不让冷从门两端泄漏出去，影响整体效果。3、在门框的上面安装半自动平移门系统，让其带动门来自动关闭。4、门框采用1.4mm厚的铝合金材料，增加隔热、隔音效果；5、门的玻璃采用5+9(中空)+5mm钢化玻璃，不会产品雾化6、门框采用双轨道两扇门的方式布置，方便对双排机柜两端的侧门的开启。7、在门的外侧安装平移门的侧板，颜色与机柜致。8、门与门之间使用宽密封带，使密封性更加好。9、所有的固定都在机柜的侧面。但是不影响机柜的门的开启。10、在双排机柜的上面前部，安装密封槽，用来密封通道气流泄漏。11、顶棚采用防火、防震、抗击力强、透明性好的4mm厚PC为主要材料，通过直角转接件与密封件直接插入机柜上前部的密封槽中。可以方便安装与拆除。而且是针对每个机柜都会有这样一个模块。系统特点1、灵活性强　冷通道为单元模块式设计，相对应的两台机柜占用1个单元，每个单元均能独立安装与拆卸，并能与相邻的单元连接，方便拆装。同时也适应了对通道上面的其他设备进行维护与管理。2、密封性好1)冷热通道顶棚的单元模块之间的连接紧密，有效防止气流泄漏。2)通道头尾安装的半自动系统平移门与机柜侧门之间采用的是密封性好的1.4mm厚的铝合金材料，3)门的玻璃采用5+9(中空)+5mm钢化玻璃，不会产品雾化，有效地增加了隔热、隔音的效果。4） 门框之间使用密封性好的密封条。可以防止冷通道的冷气泄漏。3、安全性强　冷热通道顶棚的单元模块采用的材料为透明性好、防火、防震的PC板材，安装后基本不会影响通道内的光线需求,而PC板本身即使是遇上火警也不会燃烧而产生火焰或烟雾。抗震效果比普通的钢化玻璃强好几十倍。4、自动性好　由于系统加装了半自动系统器件，即使人员进入后，也不用考虑进入通道后再把门关闭来防止冷气泄漏。因为系统本身就具备自动延时关闭门的功能。有效的防止人员忘记关门的情况下而使得冷气流无形中的浪费。5、模块化安装　整套系统的所有安装都是通过工厂加工成模块化的形式到现场。方便安装。6、定制化功能　我们可以根据客户现场的不同需求，来定制出不同的系统模块，可适应不同的冷热通道场合，单排与双排都可以适应。7、防火、抗震性强　整套冷热通道系统都是严格按照抗震的要求来进行模块化选材，PC板、铝合金型材都具备防火、抗震性能。 冷热通道安装于两列机柜正面的顶部，列头与列尾间各设置一付半自动系统平移门，以此成一个密封的空间，让机房空调非常有效地在进入设备中满足其散热要求。 采用冷通道封闭的方案是近年来在大型的数据中心，尤其是中高密度的数据中心多为采用的一种冷却方法。此方案有效的解决了高密度机柜的冷却问题，降低了由于设备过热造成的宕机的风险，消防联动的设计，也解决了消防风险的问题。通过实践证明，冷通道封闭（冷池）方案适合在大型的，高密度的数据中心中进行推广！
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