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数据中心在线改造的规划和实施

来源:中国人民银行清算总中心 作者:王红峰,王军 更新时间:2009-6-17 14:18:32

摘要:对数据中心进行在线改造,是很多银行科技部门面临的重要任务。然而,数据中心在线改造管理程序复杂,涉及专业技术面广,受到各类条件限制多,工程规划和实施难度较大。

   二、工程规划
  
  机房工程建设是基本建设的重要内容,也是行业主管部门和上级机关严格管理的领域,有专门管理规定和强制性国家技术标准,建设方对此应有基本了解,并在此基础上,依据有关规定进行工程规划。
  
  (一)规划依据
  
  1、管理要求
  
  根据行内具体情况,人总行2007年发布了《数据中心计算机机房建设指引》,除简明扼要列出了机房涉及各专业的技术要求,还重点描述了建设原则、建设流程、工作程序、质量控制和测试验收要求。该文件涵盖了数据中心机房建设中涉及的各方面要求,是一份重要工作依据。
  
  2、技术标准与要求
  
  国家技术标准按专业划分,对机房工程提出了具体的技术要求、工程规划和施工规范。常用的国家技术标准涉及场地、电气、暖通、弱电、消防等几类,主要包括:
  
  (1)机房(计算场、站)标准和规范:涉及对机房场地条件的通用技术要求,包括选址、组成,设备布置、建筑装修、环境条件、供配电、综合布线、接地、入侵检测、视频监控、消防安全等。
  
  (2)电气系统标准和规范:主要包括对场地供配电、照明、雷电防护等电气专业的设计和工程技术要求。
  
  (3)综合布线系统标准和规范:主要包括对智能系统、综合布线、安全防范系统等相关专业的设计要求、程序要求和验收规范。
  
  (4)空调通风系统标准和规范:主要包括对通风与空调工程设计、施工与验收的技术规范。
  
  (5)消防系统标准和规范:主要包括对建筑设计防火、火灾自动报警系统、气体灭火系统、灭火器材的设计规范、施工要求与验收规范。
  
  (二)工程内容规划
  
  按照国标《电子计算机场地通用规范》(GB/T2887-2000)的具体要求,结合本改造项目的具体情况和实际需要,规划工程内容为:
  
  1、布局调整与建筑加固
  
  机房初建为一个消防分区,后被改造分割成多个功能区。新规划按照人机分开、扩展核心区面积的思路,将多个功能区合并恢复成原来的一个消防分区,设置为无人工作的核心设备区,恢复机房消防安全措施。因建筑承重与国标要求相差较远,拟进行结构加固。
  
  2、供配电系统
  
  因改造需要,增加大量新的IT设备,UPS与配电系统扩容为原来的2.5倍。考虑原供配电系统经过多次临时改造,维护困难,规划按调整后的新布局和容量需求更新UPS和配电系统。
  
  3、空调与通风系统
  
  原机房空调容量不能满足IT设备运行需要,且设备已运行10年,故障频发,规划按照新需求更新设备。根据本机房现有新风系统的使用效果,参照部分电信单位及本单位生产系统等取消新风的经验,规划取消新风系统。
  
  4、接地系统
  
  接地系统涉及机房电气和所有用电设备的安全,是机房安全可靠性的重要保证。因原机房接地系统与现行国家技术规范相差很远,须按现有规范增加安装接地系统。
  
  5、综合布线系统
  
  根据各类设备的不同特点,规划按照设备类型分区摆放。为便于管理和维护,综合布线系统引入管理子系统(弱电列头柜),按照上走线方式使用6类线全部重新布线。引入KVM系统对IT设备进行远程操作控制。
  
  6、安防系统
  
  根据人总行对数据中心计算机房要求,建设红外入侵检测、视频监控、门禁等安全防护系统。
  
  7、环境监控系统
  
  为提高机房管理水平,增加建设环境监控系统,统一监视配电、空调、环境、安防等场地设施的运转情况。
  
  8、照明系统
  
  按照新的布局和机房照明要求,安装工作照明、值班照明和应急照明系统。安装疏散照明和安全出口标志灯,并采用红外感应式开关。
  
  9、消防系统
  
  考虑到消防系统改造需要专门资质的单位设计和施工,审批复杂,而原有消防系统运转良好,施工验收和年度审验合格。所以,决定不改造消防系统。
  
  10、电磁屏蔽室
  
  考虑测试中心没有真实业务,不存在业务信息通过电磁辐射泄密问题,所以也不进行电磁屏蔽室的建设。
  
  (三)节能规划
  
  在机房设计、建设过程中充分考虑节能问题,采取何种措施降低机房运行及维护成本,不仅是行业管理部门的要求,也是建设方关注的重要问题。使用发现,改造前测试中心原核心机房区面积刚刚一百平米,年电费已超过100万,能耗惊人。改造后,核心机房区面积扩大三倍多,节能问题将会更加突出。
  
  据IDC预测,典型的数据中心中,空调系统消耗了约45%的电能,UPS供配电系统消耗了约24%的电能,最终IT设备得到的电能仅占30%,广州省电信规划设计院提供的数据与该比例基本吻合。因此,业界普遍认为机房节能应从制冷、电气系统的效率与节能角度综合考虑。测试中心改造项目主要从以下方面规划节能:
  
  1、改善维护结构
  
  机房东向墙体有大面积推拉普通玻璃窗,阳光可直射入室,引入不必要热负荷,且外部为一层庭院,安全性较差。规划用水泥板在内部封闭窗体,降低热负荷,提高安全性。
  
  机房精密空调采用下送风上回风方式工作,使用地板下空间做冷风静压箱。考虑大厦外墙很厚但楼层地板不足20厘米,且地下为大厦强电室,为防止冷量耗散及凝露积水,规划在地板上安装保温层。
  
  2、取消新风系统
  
  测试中心所在大厦紧临北京交通动脉三环路,处于拥塞路段,室外空气质量很差。机房改造前安装有新风系统但基本未使用,维护人员发现设备经常很快积存灰尘,分析其原因,可能受新风系统管道进风的影响。参照本单位生产系统机房的使用经验,规划改造后取消新风系统,减少进入污染源,并可减少新风热负荷。
  
  3、合理配备机房空调
  
  据研究机构UptimeInstitute在2006年对美国19个数据中心的研究中发现,数据中心的过度冷却(Overcooling)差不多达到实际所需要的2倍。目前85%以上的数据中心机房存在过度制冷问题,对应的机房空调机组耗能也会比设计工况增加能耗50%以上,最终造成机房空调居高不下的高额运行费用及能源的浪费。
  
  测试中心机房制冷规划中,详细计算了IT设备的额定总功率,实际测量了IT设备真实用电功率,相对精确地计算了总热负荷,合理调整了制冷能力配置。经仔细计算,改造前机房空调功率配备为950W/平米,规划改造后调整为790W/平米。同时,规划空调系统采用3+1备份模式,提高了系统可靠性。该配备方式的得到相关专家的认可。
  
  4、合理规划设备布局
  
  在总制冷量足够情况下,如果设备布局或空调气流组织设计不合理,常会导致设备局部过热,造成空调频繁启动。因此,空调和IT设备布放规划应充分考虑气流设计合理性、气流对设备机柜布局的要求、空调送风距离的考虑、与室外机的距离等因素,提高制冷的效率,避免局部过热存在。
  
  具体做法是,在需求分析和布局规划中,将设备规划上架,注意重量和功率不要过高,然后以机柜为单位,分析设备功率和规划布放。机房使用面积340平米,规划布放设备机架70个,密度在国标规定的合理范围内(4.5-5.5平米/个)。设备摆放采取面对面、背靠背方式,气流空间分布具有清晰的冷热通道设计。区分不同类型的设备,将磁盘阵列、功率密度较高的IBM570等设备尽量摆放在送风情况最好的区域;要求设计方精确计算风口板数量,合理规划位置;要求施工方在机房投入使用后测试并调整风口板等。
  
  5、合理配备电气系统设备
  
  供配电系统存在固定损耗并转换成热量散发,是机房能耗的重要组成部分。如规划容量过大,负载率过低,不仅系统效率降低,电气系统固有能耗还会超过有功功率,增加了从电网索取的电量,提高了机房热负荷,因此,合理配置电力系统设备,避免电力过度规划对数据中心节能很重要。
  
  结合规划目标,经反复计算和分析IT设备用电情况,明确了IT设备容量增长规律、电气系统设计目标和策略。测试中心UPS系统改造采用边成长边扩容策略,初期按照1+1模式配备UPS设备,容量为200KVA,以后需要时采用直接并机扩容。首批UPS设备配备后,使用效率在45%左右,系统运行在较好的效率指标区间,降低了能耗。

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