机房基础设施解决方案.docx
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机房基础设施解决方案
机房基础设施建议解决方案
目录
1.项目需求描述
2.基础设施的设计指导思想和原则
3.机房基础设施的初步规划
4.系统特点
5.模块化UPS主机
6.智能化精密配电柜
7.水平送风空调
8.下送风水冷模式精密空调
9.机柜系统
10.环境和设备监控管理系统
一、项目描述
由于信息化的快速发展和IT设备的快速更新，要求新建数据中心机房的基础设施建设至少能满足企业5年内的IT负载的扩容使用，因此机房布局为开放式结构，考虑到机房层高等现场实际因数，UPS电源、空调系统、走线系统都要设计成可方便扩容的模式。
同时机房的运行成本非常高，要求新建数据中心机房在结构和模式上必须是维护成本低、运行效率高、扩容简单、扩容成本低的系统。
机房基础设施是指支撑服务器、交换机等网络通讯设备能够正常工作的辅助设施，包括：
▪服务器机柜及附件系统
▪UPS供配电系统
▪机柜级别制冷系统
▪机房环境和安全监控系统
二、机房基础设施设计的指导思想和原则
随着IT技术的快速发展和机架式服务器以及更高密度的刀片式服务器的大量采用，研究表明传统的以解决机房内塔式设备正常运行的基础设施已经不能满足需求，必须提供专为机架式设备设计的解决方案，大致有22个问题是必须重新考虑的。
其中主要的几个技术问题如下：
1.扩容困难。
包括UPS输出功率、配电回路布线扩容、制冷的扩容等。
扩容成本高，扩容时间长，不能在线扩容。
2.布线方式不科学。
传统的下走线或天花吊线架走线模式在扩容、成本、机房净空、水灾、火灾、工程施工等方面都存在相应问题。
3.灵活性和适应性差。
传统的基础设施对机房布局、机房装修、机房空间高度等都有要求，占地面积大，需要单独的设备房间。
4.机房总成本高。
包括建设成本、扩容成本、运行成本、维护成本。
主要表现在系统不容易扩容，系统效率低下，运行成本高等。
5.维护不方便。
维护时间长，费用高。
因此，基于上述原因，为了解决机房内占据主导地位的机柜安装模式的IT负载的新要求，机房基础设施必须全面改进，适应IT设备的变化，技术上必须遵循下述的新的思路和设计原则：
●提供机柜级别中、高等复合密度解决方案。
当今的IT负载的趋势是高密度、机架式。
机房设计要保证每个机柜内IT负载的正常工作，提供机柜级别的解决方案。
解决从低密度到高密度负载下的配电、散热、走线、扩容、监控管理等问题，即在一个机房之中，可按照不同负载密度等级进行分区，同时满足中低、高密度设备正常运行的要求。
●适应性。
该方案应该充分考虑到机房的层高、承重、室外机安装等因数，合理设计，充分适应机房物理结构现状。
●可扩容性。
可根据今后负载的增加，方便的进行UPS输出功率、电池后备时间、配电回路、机柜、制冷容量的在线扩容。
特别是要满足高功率密度机柜的制冷扩容要求。
要求基础设施的设计最好为标准化、模块化、热插拔、冗余设计。
●可用性。
要求达到至少5个9的不间断供电、配电和制冷的可用性，保证每台IT设备都能得到安全的、稳定的、不间断的电源供应和散热能力。
同时，计算机机房要求达到A级环境标准，保证温度、湿度、洁净度、噪音、电磁干扰与屏蔽要求
●总体经济性。
提出机房经济学的概念。
需要考虑整体寿命周期总成本。
不能仅仅考虑购置成本，还必须考虑5－10年使用周期中的运行、管理、维护和扩容的总体成本。
●可管理性。
要求对UPS、电池、配电柜、空调、机柜内温度湿度、噪音、露点、风速等环境其他参数实现网络集中监控管理报警功能。
并能通过集中管理软件，实时模拟当前数据中心的运行情况，管理整个数据中心的运行效率。
●可维护性。
用户最好能自我维护。
能够提供预报警功能，在电池寿命、配电回路过载、温度湿度过高、三相负载不平衡等潜在危险降临之前发出报警提示，提醒用户尽快整改，避免断电、过温停机等更大事故发生。
提供快速维护响应能力，800热线电话，专门项目维护主管24小时手机直线等。
根据上述的基本要求为指导，按照美国可用性研究中心对现代化机房的理念，采用XXXXXXXXXXX公司机房基础设施解决方案－英飞集成系统，为IT机架式设备提供机柜级别的高可用性、可维护性、可升容性、灵活与快速性、可管理性和最低的整个寿命周期成本。
是目前数据中心机房最先进的基础设施解决方案。
三、机房基础设施的初步规划
根据本机房的现实情况，以及IT负载的要求，结合XXXXXXXXXXX公司对于IT机架式设备和机房的最新研究成果和解决方案，提出如下基本建议：
由于在新建数据中心机房中，中低密度负载机柜约占70%，高密度机柜约占30%，因此新建数据中心机房为两个区域：
高密度区域和中低密度区域。
在高密度区域和中低密度区域最主要体现在对制冷量需求的不同，因而在制冷方式有较大的区别。
高架地板400mm。
由于中低密度区域采用下送风上回风的送风方式制冷，同时地板下会布放电源主电缆、空调冷冻水管道等，因此建议高架地板高度至少400mm。
高密度区域虽采用水平送风方式，但地板下也需要布防电源主电缆、空调冷冻水管道等，同时与低密度区保持同一高度，因此高架地板的高度与中低密度区域高架地板高度保持一致，但区域之间用隔断隔离，以避免影响中低密度区域的制冷效率。
吊顶。
吊顶可采用两种方式：
1、不做吊顶，顶部做防尘处理，刷黑，安装照明、消防等其他管道。
2、采用600*600规格形状的金属微孔板吊顶，易安装、防火、防潮、吸音等。
电源线和网线走线模式。
为方便今后IT设备和服务器机柜等的扩容，精密配电柜到服务器机柜的电源配电走线采用机柜顶部走线槽的模式，数据线也从机柜顶部走线。
空调管线的走线。
为降低空调管道对IT设备的可能的危害，空调管道走高架地板下方。
数据中心IT总负载。
在数据中心机房中，预计中低密度机柜约占70%，高密度机柜占30%，中低密度机柜的平均负载约为3KW，高密度机柜的平均负载约为10KW。
因此根据数据中心机房平面布局图，数据中心的IT总负载约为：
3KW*136+10KW*42=828KW
数据中心机房配电示意图。
数据中心机房对可用性的要求非常高，因此建议能够为市电提供2路市电和1路油机输入。
两路市电分别与油机经过ATS自动切换开关切换后，提供2路输入分别给机房配电柜1和市电配电柜2。
两个机房配电柜安装于-1楼机房
机房配电示意图如下：
整个系统组成了2（N+1）的配电方式，能够满足机房中最高级别的配电要求。
市电配电柜1需要为2个区域的UPS、照明、安防提供配电，最大功率约1020KW。
两台UPS为XXXXXXXXXXXSYPX500KW，输入电流最大为900A，照明安防预计电流100A，则市电配电柜1需要提供电流1900A。
因此配置的输入总开关为2000A，UPS输入空开为1000A，照明/安防空开为100A。
市电配电柜2需要为2个区域的UPS、照明、空调提供配电，最大功率可达1400KW。
两台UPS为XXXXXXXXXXXSYPX500KW，输入电流最大为900A，空调总功率约为500KW，输入电流为800A，则市电配电柜2需要提供电流2600A。
因此配置的输入总开关为3200A，UPS输入空开为1000A，空调配电柜空开1000A。
空调总配电柜分别为室外冷冻水机组和室内机组供电，室外冷冻水系统功率约400KW、室内机组功率约100KW。
500KWN+1模块化UPS主机和电池
根据机柜功率密度的不同，而将新建数据中心分为中密度区域和高密度区域。
中密度区域的总负载功率约为3KW*136=408KW，高密度区域的总负载为10KW*42=420KW。
由于两个区域的总负载功率都在400KW以上，因此建议为两个区域分区供电。
在中密度区域中，IT设备的总负载功率约为408KW，因此决定采用XXXXXXXXXXX最先进的英飞系列SYPX500模块化、热插拔式UPS电源，配置18个25KW功率模块，使整机能够提供425KWN+1的输出功率，并预留2个功率模块（50KW）作为后期扩容使用，最大可提供475KWN+1的输出功率。
为提供整个的供电的可靠性，数据中心机房采用了双总线的供电方式，因此需要配置2台SYPX450K500HUPS。
在高密度区域中，IT设备的总负载功率约为420KW，高密度区域的XXXXXXXXXXXInRowRC空调需要由UPS供电，RC空调的总功率为2KW*24=48KW，高密度区域的总功率为468KW，因此决定采用XXXXXXXXXXX最先进的英飞系列SYPX500模块化、热插拔式UPS电源，配置20个25KW功率模块，使整机能够提供475KWN+1的输出功率。
为提供整个的供电的可靠性，数据中心机房采用了双总线的供电方式，因此需要配置2台SYPX450K500HUPS。
由于大楼提供双路双总线供电方式，并配置了发电机，且电池系统为损耗品，每3－4年更换一次，因此，建议电池配备500KW满载下15分钟。
SYPX500的每组电池数量为48只，当负载为500KW，后备延时15分钟时需要5组48只12V100AH电池，或采用2V、每组288只的电池组。
UPS输出精密配电柜。
为提高配电系统的可用性，方便今后配电回路的扩容，实现对每条配电回路的电流监控，了解每个服务器机柜的负载功率，达到精密配电目的，决定采用XXXXXXXXXXX最新的精密配电系统。
在机房配电示意图中，将机房中采用的配电柜按照黄、绿、蓝三种颜色表示。
黄色配电柜为高密度区域中所使用的精密配电柜。
在高密度区域中，一共使用4台XXXXXXXXXXX½机柜精密配电柜，每条总线使用2台。
由于在高密度区域中一共有42个机柜，每个机柜功率为10KW，因此需要为每个机柜提供2*2路单相32A的配电回路.。
同时在高密度区域中，每台InRowRC中的1个输入回路使用UPS供电，一共有24台RC，即需要24路单相16A配电回路。
还剩余96个输出回路，可供高密度区域扩容使用。
蓝色为与高密度区域相邻的中密度区域，一共安装36个中密度机柜，每个机柜平均功率约3KW，因此需要为每个机柜提供1*2路单相16A配电回路，配置4个XXXXXXXXXXX5U精密配电盘，可安装在列头的机柜之中，只占用5U的机柜空间。
绿色为中密度区域，一共安装100个中密度机柜，每个机柜平均功率约3KW，一次需要为每个机柜提供1*2路单相16A配电回路，一共需要配置4台XXXXXXXXXXX½机柜精密配电柜，每条总线使用2台。
剩余88个输出回路，可供后期扩容使用。
制冷系统。
由于在数据中心机房中按照每个机柜功率密度的不同而分为了高密度区域和中密度区域。
在高密度区域中使用XXXXXXXXXXX针对高密度机房所研发的InRowRC水平送风空调，在中密度区域中使用StulzCyberairCW冷冻水下送风空调。
当市电停电后，空调冷冻水机组也会停止工作，而数据中心机房中的高密度区域在UPS供电下几分钟即会达到温度保护而停机，因此还需要在冷冻水系统中储存大量的冷冻水，以满足500KW高密度机房15分钟的制冷要求。
根据上面对各个区域的基础计算，可以计算出需求的制冷量，如下表：
序号
区域
冷负荷（KW）
备注
1
数据机房
1000KW
根据以上制冷量的要求，计算需要提供的单组模块化风冷冷水机组的制冷量为：
444kw，共需要3组。
设备名称
制冷量
（kw/单元）
制冷量
（kw/组）
数量
总制冷量
（kw）
模块化风冷
冷水机组
148
444
3
1332
注：
1、每一组模块化风冷冷水机组配置一套独立的控制器，可以控制3个模块单元的运行。
2、每一组模块由3个模块单元组成，即3组模块由9个模块单元组成。
3、其中的2个模块单元为备份模块。
从上表可以看出，机组在正常满负荷运行时，提供148kw/台*7台=1036kw的制冷量，另外的148kw/台*2台=296kw作为备份，在其中一台模块发生故障时，备用模块可以自动投入运行。
如果有一组模块发生故障，则其余二组模块可以提供的制冷量为444kw/组*2组=888kw，可以满足总负荷94%的制冷量，完全可以满足机房正常运行所需冷量。
冷冻水系统管路采用双管制，即A管+B管，A管和B管各自负责每个房间50%的设备。
这样做的好处在于可以在线维修管路和阀门的同时，可以保证每个房间还可以继续正常使用50%的冷量。
A管和B管将在现场分别标注不同的颜色，加以区分。
冷水机组所需要的水泵采用3用1备方式设计，在其中任意一台水泵发生故障时，备用泵会自动切换投入运行，且具备来电自启动功能。
布局图一：
高密度和中密度区域机房示意图
布局图二：
中密度区域机房示意图
机柜系统。
新建数据中心机房一共配置178台高散热能力的高承重的高兼容性的XXXXXXXXXXX服务器机柜和6台网络机柜。
在高密度区域的服务器机柜内垂直安装4个32A机架式配电条，在中密度区域的服务器机柜和网络机柜中垂直安装2个16A机架式配电条。
为避免冷空气和热空气通过机柜中未安装设备的部分混合，安装U挡板，从而提高机柜的散热能力，提高空调效率，降低运行成本。
机房环境和设备及安防管理间监控。
选用英飞中央管理服务器1套，通过网络监控UPS主机、配电柜、精密空调，再配置机柜级的温湿度传感器监控系统，可监控重要机柜的温湿度。
配置IP摄像监控系统，监控机房视频状况。
通过数据中心模型对实际的电源、制冷和机柜容量的运用进行规划和优化，能够使用户高效地确定设备方案并合理确定数据中心的规模
四、系统特点
本方案完全按照现代化机房基础设施的设计思路来构建，具有如下特点：
▪高可用性。
数据中心机房采用双路市电输入和油机切换，每条总线均使用冗余模块化N+1UPS供配电系统，达到2（N+1）级别的高可靠性。
带支路电流检测的智能化精密配电柜，机柜内专业插线板。
冗余的制冷系统，采用高性能服务器机柜及机柜级配电，以及可提前预报警的监控系统，均有效提高了系统的可用性。
▪高可扩容能力。
UPS供电系统、配电系统、走线系统、机柜级别制冷系统、机柜系统均为模块化设计，非常方便在线扩容。
▪系统性。
为机柜级别的中高功率密度机房系统解决方案。
采用完全系统的、整体的方式来构建基础设施，各个部件之间完美有机结合。
▪可维护性。
采用IT产品的设计思路，标准化、模块化、热插拔结构。
多个场地只需要库存很少的备件，而且用户可自己更换维修，大大缩短维修时间，减少维修成本。
▪总体拥有成本低，考虑到10年的总体采购、运行、维护管理、扩容的成本，该方案由于效率高、维护简单、扩容成本低，导致总体成本比传统方案低15－30％。
▪工期短。
系统为插拔式结构，运输、安装、就位、连接、布线都非常简单。
工程量小，可快速安装与布置。
施工难度小。
▪适应性好。
对机房地板、天花、墙体等的装修工程的要求低。
对地板高度、机房净空的要求低。
衔接容易。
▪易于搬迁。
由于采用模块化热插拔结构，机柜顶部走线模式，因此非常容易搬迁并异地组装。
五、模块化UPS主机
模块化UPS为XXXXXXXXXXX公司在1997年首次推向市场，发展到今天，技术成熟，稳定可靠，性能优异，用户众多。
由于模块化热插拔结构的UPS完全按照IT设备的思路和结构设计，为标准化、即插即用结构，在可用性、可维护性、扩容性方面具有传统1+1外部并联不可比拟的优点。
考虑到今后机房的IT负载最终会达到500KW，基于上述原因，我们决定选用XXXXXXXXXXX公司推出的新型SymmetraPX500系列模块化电源。
该产品为三进三出的大功率UPS电源。
为标准42U机架式外观设计，黑色，由多种可热插拔的模块组成，如：
功率模块、控制模块、控制电源模块、液晶显示模块、通讯模块、电池监控模块、静态旁路模块组成。
每个功率模块的功率为25KVA/KW。
该模块化UPS给用户带来的利益如下：
▪UPS主机为模块化、热插拔结构、模块冗余并联输出
▪可用性高。
控制模块、控制低压电源模块均为两块冗余配备，功率模块冗余并联输出，实际最大可形成19+1冗余。
▪可维护性高。
全模块化热插拔设计，包括功率模块、控制模块、控制低压电源模块、通讯模块、显示模块、静态旁路模块、电池监控模块、外部维修旁路设计，均使得该系统维修时间缩短，维修难度降低。
▪适应性好。
该产品输入参数为功率因数0.99，输入谐波<5%，输出功率最大为500KW，实际功率大，满足新型IT负载和发电机的要求。
▪可管理性好。
该产品标配多种通讯和管理卡，RS232，IP45，继电器接口，EPO，功能强大。
▪柜体为黑色，机架式外观。
与服务器机柜外观一致，可直接放在机房里面，和负载机柜并排安放。
减少中间环节，提高系统可用性。
降低其他配套系统的投资,缩短安装施工时间。
▪采用外部维修旁路开关，提供真正意义上的不间断供电。
▪占地面积小。
▪只操作一套系统，操作简单，降低误操作的可能性，提高可用性。
SYPX500每组需要48节12V电池，为满足满载后备15分钟，则需要配置5
组48只100AH电池。
电池组安装在-1楼UPS间或其他房间。
六、智能化精密配电柜
XXXXXXXXXXXInfraStruXureModularITPowerDistributionUnit系列高精密智能配电柜是XXXXXXXXXXX公司根据IDC机房的特点开发的专门用于IDC机房的最新智能列头配电柜。
为满足IDC机房的高可管理性，高可用性，高密度等需求，最大输出功率达到277KW,在设计中充分考虑了配电柜的管理通讯功能，可扩展易维护功能，同时为配电柜设计了大量适用的配套附件可以使用户在机房建设中通过使用该产品解决以往机房配电工程量大，牵扯面复杂和设备外观性能不匹配等一系列问题。
模块化三相电源分配系统有以下主要部件组成：
断路器电源分配模块（PDM）将符合工业标准的断路器、分支电流监测（BCM）、输出电缆及连接头集成到一个可热插拔的模块中，该模块插入“touch-safe”结构设计的背板；这种“touch-safe”结构的背板不再需要在充满火线的环境下对PDU柜中的线缆进行管理，安全方便。
电源分配单元（PDU）是三相电源分配的主体框架柜，装配有可热插拔的电源背板,主电流监控总线,断路器电源分配模块（PDM）插槽和智能模块及通讯电路卡。
每款模块化PDU采用同样的设计便于所有分配模块（PDM）即插即用。
该革新设计使久负盛誉的InfraStruXure®的模块化、可升级的关键性电源和制冷架构如虎添翼，为您的可升级、模块化的关键性电源部署提供一个真正的热更换、热插装的三相断路器和电源分配的解决方案。
主要特点：
可重复的数据中心设计
可重复性、可靠性及安全性是关键性电源和制冷环境的设计标准，模块化电源分配系统包括两个简单的组件：
设计更加紧凑的电源分配单元柜体和预配置并经过测试的集成了断路器的电源分配模块。
完美的设计和优化空间的配置可使数据中心设计者进一步减少IT机柜行中电源分配柜的占地空间，并将设备使用者可能遇到任何风险降到最低。
数据中心的空间寸土寸金，模块化远程配电柜（RPP）宽度只有300mm进一步优化占地空间，该400安培，硬线连接的双路进线的配电盘只占用半个机柜的行空间，这意味着在机柜行中可留出一个750mm的IT宽机柜位置。
每台RPP提供72pole的位置,最多可装载24个电源分配模块，高达277kW。
超级安全的电源分配安装
所有数据中心项目最注重的就是时间、费用和对关键电源和制冷电路复杂的接线和接线装置的严格的质量要求，人为错误在许多要求严格的设计和集成项目中经常被引入，它能体现部署成功与失败之间的差异。
由于没有两个数据中心甚至分支电路是一样的，要避免人为错误有效的途径就是预配置并在工厂环境测试所有电路。
模块化电源分配通过提供预配置的线缆，将经过测试的断路器安装在封闭的分配模块中，大大消除安装中可能遇到的风险提高安装质量。
现在电气承包商可向用户提供超级安全的三相电力安装，免除技术人员受到电伤害的危险。
RPP和RDP均采用经过UL认证的“touch-safe”结构设计的背板，将3相电与安装者有效隔离，多级电路安装只需通过一条硬件连接的400安培或200安培的连接便可连接到任一机柜，在硬线连接这些机柜馈电后，为确保关键电力设计的安全性、实施正确性和保护特性，电工可采用传统的方法通过测量和测试每个模块化的断路器的位置和所支持的分支电流来确定。
可预见的容量便于企业扩展
在将新设备集成到现有系统的过程中，许多数据中心管理者或最终用户都经历过计划断电及协调困难的问题，通过采用模块化电源分配子系统，其热更换功能使您无需宕机及高温作业，对已有的关键电源分配进行重新设计，实现可预见的、简便的管理方式。
这一业界最为灵活的电源分配理念使用户无需为数据计算和存储、交换机或辅助功能的提成来预测未来机柜功率需求。
这些随需而变的策略，由屡获殊荣的InfraStruXure®第一次提出，并广泛应用于数据中心和服务器机房，在当今的高密度环境中更是如虎添翼。
标配了自动检测断路器大小、PDU电路位置和分支电流监控功能，为用户带来更多受益。
这些功能也与InfraStruXure®的容量和变化管理模块兼容，更好地实现自动分支电流设置、调整和平衡。
特点：
1、采用半机柜宽外观/5U机柜，与机房内服务器机柜保持一致风格；喷塑表面处理，黑色，细沙质感，同时具备金属光泽；用材：
优质冷轧钢板；防护等级：
IP20。
2、配电柜带液晶显示模块，液晶显示多种参数指标，包括输入输出的电压、电流、频率、中线电流、地线电流、三相负载KVA数、三相负载KW数、功率因数。
3、智能化。
配置网卡、监控线路、支路电流监控器，可通过网络实现对配电柜各参数、状态、历史纪录和报警信息。
可设定报警阀值。
对可能出现的过载进行预警。
4、输出端提供热插拔配电模块，最多可安装24/6个配电模块，每个配电模块可安装3个单相开关或1个三相开关,最多72路单路输出。
5、灵活性。
超越XXXXXXXXXXX第一代精密配电柜采用的热插拔开关方式，使用了最新施耐德专利产品—热插拔配电模块，避免火线母排可见，免除技术人员受到电伤害的危险做到真正在线安全的增减配电模块，非常方便扩容。
6、精密配电。
加装支路电流检测回路后，可以实现对每个机柜电流的监控和报警，实现精密配电，降低用户的误操作引起的局部断电事故。
7、高功率密度，该配电柜仅半个服务器机柜大小，可最大输出277KW。
5U精密配电盘可提供138KW输出功率
8、同时支持上走线与下走线方式，输出线缆配套与机柜PDU相配的防水插座。
七、水平送风空调
由于数据中心机房高密度区域每个机柜的负载功率预计为10KW，考虑到今后IT设备的运行、总风量需求，以及运行成本等，建议机房选用目前最先进的专为机柜式负载设计的水平送风的XXXXXXXXXXX的InRowRC系列空调机组。
每台InRowRC空调机组送风量为2900CFM，每台InRowRC空调机组能提供18KW制冷量（在安装围栏框架时最大可提供30KW制冷量）。
机柜的排列严格按照面对面的摆放模式。
每台空调机组可自动根据热负载调节制冷量输出，每台RC空调可为2-3个机柜服务，可显示每台空调的真实制冷量。
在最大27.2KW的热负荷情况下，根据计算，RC空调每年的电费大约为5.5万,而采用传统下送风空调假定在没有气流和效率损失的情况下每年电费大约为8.8万。
5年节省电费16万。
这已经是很理想的
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