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高密度机房规划设计探讨

来源:《机房技术与管理》2010.05 作者:中国石油集团东方地球物理公司研究院 易良坤 更新时间:2010-6-24 17:29:26

摘要:本文结合功率密度和制冷技术的变化,把高密度机房分为三个等级,其中第一、二级为常规高密度机房,第三级为超常规高密度机房。文中提出用全模块化和能量逆向法作为高密度机房规划的基本思路。把常规高密度机房垂直分成六层,给出送风层和回风层高度与功率密度和送风距离的经验关系式。接着就机房节能进行整体性思考,并把机房节能分成设施层、主机房层、主机设备层和业务层等共四个层次,并就机房节能的评估做了初步分析。最后,本文还就常见的500平米标准高密度机房模块的规划设计以案例形式进行了探讨。

  单机柜满配IBMP595、1U集群功耗均超过10KVA,满配刀片集群功耗接近40KVA。毫无疑问,计算机主机系统的高密度化必然推动计算机房的高密度化。目前,国内有的主机房功率密度已达到每平米2KVA,正在规划和设计中的主机房已达到每平米5KVA以上。高密度、超高密度机房的规划、设计、改造提上日程。
  
  一、高密度机房分级
  
  根据功率密度、制冷方式的差异,以主机房每平米视载功率为主要依据,结合机柜制冷方式的技术变革,可以把高密度机房分成一、二、三等共三个等级,分类标准详见表1。
  
  表1:高密度机房分级标准
  
  一级高密度机房单机柜最高功耗为10KVA,在常规制冷技术的基础上,采取初级的冷热通道分离等措施,即可满足设备散热要求;二级高密度机房单机柜最高功耗为20KVA,在制冷方式上要采取较为严格的冷热通道分离、提高环境温湿度、加装制冷风帽、辅助气流组织等措施,才能满足设备的散热要求;三级高密度机房单机柜最高功耗在20KVA以上,需要采用冷冻水机柜、芯片制冷等特殊措施,才能满足机器设备的散热要求。因此,第一、二级高密度机房可以称为“常规高密度机房”,第三级高密度机房可称为“超常规高密度机房”。
  
  二、高密度机房规划思路
  
  围绕机房的规划与设计标准,我国国家标准有《电子信息系统机房设计规范》GB50174-2008及相关的设计图集和施工验收规范,国外有美国电信产业协会和美国标准学会共同颁布的《数据中心电信基础设施标准》TIA942-2005。美国暖通空调工程师协会组建9.9技术委员会(简称:ASHREATC9.9),就数据通讯基础设施有关的热工、用电、设计思路、流体制冷、结构与抗震、节能、高密度数据中心、颗粒与气体污染物等进行系统研究,先后出版了八本专著。
  
  大型高密度机房的规划,个人认为要采用“全模块化”的设计思路进行规划,按照功率密度即能量进行逆向设计。全模块化要综合考虑业务需求、功率密度、供配电、制冷、建筑平面、综合布线等因素,按照业务需求及相关性、设备功耗、可用性级别进行归并,然后设计成不同用途的机房模块(参见表2.大型高密度机房模块规划示范表);供配电从变电站开始,进行模块化按序列编组,相邻模块的配电系统编排到不同组别,互为备用(参见图5);在系统级,供配电、制冷、综合布线等要参照国家标准A级机房进行规划设计,如供配电要采用一级双回路市电,配备一定量的自备柴油发电机,制冷要采用环路系统等(参见图6)。具体单个模块的可用级别,可以按国家标准A级、B级、C级甚至低于C级进行考虑。
  
  表2.大型高密度机房模块规划示范表
  
  计算机房建筑承重,国家标准、TIA942和ASHREATC9.9均给出了一些标准或参考。但对常规高密度机房,建议建筑承重要达到每平米1000-1500Kg,对超常规高密度机房,建筑承重要达到每平米1500-2000Kg。结构强度增加对项目总费用增加影响不大,但结构强度设计的不足,对后期机房的适应性和扩展性具有致命影响。我接触的不少机房改造,不少都受到承重不足的影响。
  
  对大型高密度机房而言,采用自备柴油发电机对所有设施提供第三路应急供电是不现实的,其总用电容量可能超过一个小型电站的发电能力。根据业务需要和可用性要求进行的模块化设计,合理配备一定量的自备柴油发电机,就显得非常重要。

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