模块化机房建设方案.docx
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模块化机房建设方案
吉林省某电子认证服务有限公司机房建设方案
2017年10月
正文目录
1概述
吉林省某电子认证服务有限公司机房建设工程的机房建设位置位于大楼第16层，机房面积约123平方米，根据功能区别将机房划分为3个区域：
监控区，用于人员监控机房及负责人员出入检查。
模块化机房区：
部署网络、服务器等设备机柜及配电、UPS供电区域。
屏蔽机房区：
CA核心设备区域。
我们针对某电子认证服务有限公司（以下简称“某公司”）机房建设的需求，全面、综合考虑了各种因素，充分展现了先进、完善、可靠的保障技术，完全能够满足机房系统以及工作人员对机房环境的温度、湿度、洁净度、风速度、电磁场强度、电源质量、噪音、照明、振动、防火、防盗、防雷和接地等要求。
确保计算机系统充分发挥其功能、延长设备使用寿命，保证电子计算机等网络设备能够安全、可靠运行；满足工作人员操作过程的灵活、安全和方便等性能特点。
机房建设遵循较为先进、实用高效、安全可靠、节能环保的设计理念，不仅要达到国家《电子信息系统机房设计规范》[GB50174-2008]和《电子计算机场地通用规范》（GB/T2887-2000）规定的机房要求标准进行设计建设。
同时满足国家相关消防要求。
可以满足某公司当前及未来发展对机房实体环境的需求。
总体设计方案保证安全可靠，确保系统安全可靠的运行。
保证计算机机房工作人员的身心健康，延长机房内各系统的使用寿命。
通过采用优质产品和先进工艺，为网络信息、计算机设备、以及工作人员创造一个安全、可靠美观、舒适的工作场地。
2总体设计
2.1总体设计概况
为满足现代机房快速建设、功能齐全、灵活扩展、方便管理的需求，建设一个标准化机房，整合了供配电、制冷、监控、机柜、布线等多个系统的数据中心产品解决方案，各系统采用标准化设计，既相互独立又密切配合，能够全方位的满足您的需求。
同时需设计机房供、配电系统（包括机房内的主设备用电、辅助设备用电）、防雷接地、机房新风系统、机房空调系统、机房综合布线、环境监控（漏水检测系统、温湿度探测、烟雾探测、配电柜、空调、UPS）、机房消防报警及灭火系统、机柜系统等几部分。
本机房建设包括一个主机房,主机房中包含监控室（包括操作台,显示屏幕）,一个模块化机房（包含配电列头柜,空调,网络机柜）,一个屏蔽机房,一个市电配电箱.
2.2总体设计规划
机房采用科士达IDM模块化设计，共18个可用机柜，两台25KW空调
●在规划出的机房位置先砌出机房墙体，之后墙面与棚面涂刷防尘漆。
●进行机房的基础装修，包括金属夹芯板墙面、铝扣板吊顶、静电地板铺设、空调上下水、防雷接地。
●供配电系统采用国家B类信息机房建设标准。
●单机柜功率密度按照3kW设计，电池后备时间2小时。
●精密空调采用两侧送风方式进行制冷。
●机房内采用一套动环监控系统，包括门禁及视频监控等
2.3机房平面布局图
2.3.1机房平面图
2.3.2模块化单元
根据本机房面积及结构，本次提供的模块化机房单元为每组24个机柜，其中2个强电列头，2个弱电列头，18个服务器机柜。
按每个服务器机柜3KW的功率，每个模块化机房单元的最大功率为54KW。
3建设内容
3.1供配电系统
供配电系统作为机房的动力保证系统，安全等级毋庸置疑，机房要求不间断运行，如何建设一套安全的供配电系统是本节的主要内容。
按照GB-50174-2008《电子信息系统机房设计规范》中对机房供配电的要求，配电系统采用TN-S接地系统，重要设备必须采用UPS供电。
机房供配电系统包括：
市电输入配电、UPS系统、UPS输出配电三部分组成，为了实现对机房不间断供电，UPS系统是重点建设对象。
又因为机房总是随着用户的需求而始终处于不断的发展当中，这就要求在供配电系统的建设中还要考虑到未来的扩展能力，尽量避免不必要的重复建设。
3.1.1供电电源
低压配电系统采用380V/220VTN-S系统。
机房配电按一级负荷进行设计，各自使用相对独立的配电系统。
各用电设备进行分相负载，均匀合理配电，并留有扩展的余地。
机房的供电向机房内各机柜及空调等基础环境设备和照明等提供可靠的电力供应，计算机主机、涉密设备、存储、网络等信息设备由UPS提供可靠的电力供应保证。
由大楼一楼总配电室引一路市电至机房配电柜，供给UPS及动力用电。
其中，某公司机房配置1套市电配电柜、1套UPS配电柜；机房用电设备按负荷性质分为计算机设备负荷和辅助设备负荷，计算机设备和动力设备应分开供电。
市电主电缆采用一条ZR-YJV4*120+1*70电缆从大楼一楼总配电室引入机房市电配电柜。
从市电配电箱引电缆到UPS主机，再由UPS输出电缆到UPS配电柜。
市电配电箱主要为内、外网机房及相关操作间的空调及插座、办公用电和照明系统进行配电。
UPS配电箱主要为机房的各列头柜和其它重要设备进行配电。
选用智能配电柜，柜内部分器件使用高端电气产品。
3.1.2电源分类
一类电源为UPS供电电源，由UPS输出电源柜引至各机房，通过上走线桥架分路送到各模块内配电列头柜，再经柜内PDU分接计算机电源处，电缆用阻燃电缆敷设。
二类电源为市电供电电源，由市配电柜分别送至空调、照明配电和插座配电，再分路送至灯具及墙面插座。
电缆用阻燃电缆，照明支路用塑铜线，穿金属线槽及钢管敷设。
配电柜、箱应有短路、过流保护，其紧急断电按钮与火灾报警联动。
配电箱、柜安装完毕后，进行编号，并标明柜、箱内各开关的用途以便于操作和检修。
配电柜、箱内留有备用电路，作机房设备扩充时用电。
3.1.3 插座
机房内用电插座分为两大类，即UPS插座和市电插座。
机房各工作间均留有备用插座安装在墙壁下方供设备维修时用。
3.1.4 电缆（电线）
电缆（电线）在铺设时应该平直，电缆（电线）要与地面、墙壁、天花板保持一定的间隙。
不同规格的电缆（电线）在铺设时要有不同的固定距离间隔。
电缆（电线）在铺设施工中弯曲半径按厂家和当地供电部门的标准施工。
铺设电缆时要有留有适当的余度。
3.1.5UPS
UPS系统能够为您解决的问题：
根据某公司机房建设，共计建设17个服务器机柜，每个机柜满配为3kw，总功率为51KW的负载，建议采用1台100KVAUPS为负载提供纯净的正弦交流电。
3.1.6UPS后备电池
UPS配套电池组承担了在市电断电的情况下为UPS提供电源的工作，保障在市电断电的情况下机房内的计算机系统仍能在一定时间内正常工作，因此，电池组在UPS系统中充当着非常重要的角色。
考虑到成本及使用性能，作为后备电源使用，电池多采用阀控式密封铅酸蓄电池，循环充放电次数达300次以上，使用寿命5年以上。
电池计算公式：
（恒功率法）
电池恒定放电功率＝负载功率÷（n×单组电池数量×η）
η-逆变效率n-电池单体格数，12V蓄电池为6。
12V200Ah蓄电池恒功率放电时间表：
本方案采用64只12V200Ah蓄电池，能够满足UPS满载后备2小时以上的需求。
3.2空调制冷系统
3.2.1送风方式的选择
1.密闭冷通道行级水平送风：
如下图所示，两列机柜正面相对摆放，并对通道进行密封，行级空调与机柜并列安装，采用前送风后回风方式，确保制冷气流充满整个密闭通道内，保障对每个机柜的高效制冷。
该制冷方式适用于中高热密度解决方案（单机柜功率≥5KW），与传统的下送风制冷方式相比，节能25%以上。
2.密闭冷通道下送风：
封闭通道下送风方式同样能获得很好的制冷效果，但是受通孔地板和送风压力的影响，在封闭通道的宽度为标准的1.2米时，单机柜的制冷量不超过5KW时可以采用该方案。
多台精密空调集中部署，为多个模块单元制冷，每个模块单元为20个机柜，多台精密空调通过地板下风道为每个模块单元制冷，根据每个具体模块的实际总功率，可以通过调节模块化单元的风道大小的方式调节制冷量。
本次方案建议使用封闭通道下送风方式部署制冷系统，此方案比传统机房的制冷方式耗电量节省25%。
杜绝冷热空气混合，提高机柜级的制冷效率，比常规的送风方式更高效节能，降低运维成本。
空调负荷计算方法
拥有足够的制冷量是调节机房温湿度环境的首要保证，合理的计算机房制冷量需求，不但能够保障机房合理的温湿度环境，还能节约成本。
机房内主要热量的来源如下：
●设备负荷（计算机及机柜热负荷）；
●机房照明负荷；
●建筑维护结构负荷；
●补充的新风负荷；
●人员的散热负荷等。
●其他
1.传统机房热负荷分析：
根据以上各部分对热负荷的计算要求我们可以知道，机房主要的热负荷来源于设备的发热量及维护结构的热负荷。
因此，我们要了解主设备的数量及用电情况以确定精密空调的容量及配置。
根据以往经验，除主要的设备热负荷之外的其他负荷，如机房照明负荷、建筑维护结构负荷补充的新风负荷、人员的散热负荷等，可根据计算机房的面积测算。
根据本项目机房的用途，可考虑按照机房设备发热量和机房面积两部分进行测算。
具体如下：
功率及面积法：
Qt=Q1+Q2
Qt：
总制冷量（KW）
Q1：
室内设备负荷（设备铭牌功率×同时系数0.6~0.8）
Q2：
环境热负荷（=0.10～0.18kW/m2×机房面积）。
2.模块化机房热负荷分析
在模块化机房中，由于封闭了制冷通道，热负荷的主要来源为IT设备散热及结构热负荷，计算中可以不用考虑其他的负荷，如照明、人员等的散热。
结构热负荷主要表现为模块温度（集中于冷通道）低于外部环境温度发生的热交换，考虑该因素，为了保证充分制冷，特别是在中高密度机柜功率（>5KW）设计时，需要额外增加10—20%的制冷冗余，确保充分制冷，避免局部热点的产生。
功率冗余法：
Qt=Q1（1+Q2）
Qt：
总制冷量（KW）
Q1：
室内设备负荷（设备铭牌功率×同时系数0.6~0.8）
Q2：
制冷冗余（设备负荷的10-20%）
3.2.2制冷方式的选择
常规精密空调的制冷方式有风冷、水冷、冷冻水冷、乙二醇冷等四种，考虑到对环境的适应性，在数据机房中，主要运用的是风冷和冷冻水冷两种精密空调机组。
现针对风冷和冷冻水冷机组的特点进行相关对比，以便提供最优的解决方案。
1.风冷、冷冻水冷空调的原理
风冷机组分为室内机和室外机，管路循环制冷剂为R22/R410A等气液态混合冷媒，通过压缩机进行气态液态的转换来进行制冷，而冷冻水冷机组分为室内机、冷水主机和冷凝器/冷却塔，管路循环制冷剂为冷冻水，通过冷水主机制造冷冻水来进行制冷。
2.机组特点对比：
名称
风冷机组
水冷机组
设备造价
低
较高
建造工程量
无需专业工程设计，工程量小，工期短
需专业设计，工程量主要集中于管路建设，工期偏长
安全可靠性
机房内进水仅为加湿水管，对机房影响小
循环冷媒为水，管路出现泄漏会严重威胁机房安全
能耗
适中
较风冷节能
安装要求
室外机相对于室内机的垂直高度在-5~20m以内，管程60m内为宜，增加需配延迟组件。
无特别硬性要求，适应现场环境能力强
后期维护
仅室内机与室外机维护，工作量小
室内机、冷却塔、水冷主机，管路、水泵都需要定期巡检维护，更换循环水，过滤器等，工程量大，成本高
环境要求
-40℃～＋45℃
-35℃～＋45℃
综合考虑，冷冻水机组的建造成本和后期运维成本较风冷机组更高，同时因为在机房内引入了水源，降低了机房安全可靠性。
本方案中我们推荐采用风冷型精密空调机组，普遍适用于各类机房，建造成本低，后期维护简单，安全可靠。
3.2.3自热冷节能技术
机房内部常年维持在24度左右，且机房精密空调一年四季都在制冷，当室外环境温度低于机房内部温度时，自然界存在丰富的冷源，如何有效利用自然界冷源成为数据中心节能的重要途径。
本次机房建设可自然冷节能精密空调，根据统计，北方地区，全年节能率达20%以上，长春节能可达近40%。
计算条件：
空调回风温度按37度，机组按全年8760个小时不间断运行；
计算全国主要城市全年平均节能率如图所示：
自然冷节能精密空调运行原理：
夏天或者过度季节，室外环境温度高于机房内部温度或者室外环境温度低于机房内部温度但没有达到开启制冷泵开启条件，开启压缩机制冷运行；
•冬季或者过度季节，室外环境温度低于机房内部温度且达到开启制冷剂泵开启条件，关闭压缩机，开启制冷剂泵制冷运行；
自然冷节能精密空调特点：
•在一套制冷系统中实现了常规压缩机制冷循环，节能制冷循环两套循环系统；
•氟泵自然冷节能精密空调作为一体化的设计，现场安装和普通的风冷精密空调差不多，只要焊接连接管即可，安装简单且安装成本较低。
•氟泵自然冷节能精密空调作为一整套产品，现在安装的零部件很少，投入运行后几乎不需要专业的维护人员维护，且维护简单（只需清洗过滤网和室外机换热器即可）。
•不引入新风，保持机房密闭性、洁净度，不需要在外墙上开设风口。
•可在常规风冷直接膨胀式精密空调空调基础上进行改造，实现常规制冷、节能系统制冷双循环。
3.2.4空调机组的安装
1.室内机
室内机为IT机柜风格，配合密闭冷通道使用，因此室内机可直接与机柜并接在一起安置，但是要合理规划室内机在密闭冷通道中的位置，使整个冷通道内部送风均衡。
给水要求：
●进水水质：
洁净的自来水；电极加湿器不能使用去离子水或蒸馏水。
●电导率：
350～750μs/cm；
●进水水温：
0～40℃；
●进水压力：
0.1～0.8Mpa。
供电要求：
机组采用三相五线制供电方式（3L+N+PE），根据机组满载电流合理选择电缆和断路器的规格；因机组启动电流较大，不宜接入UPS后端供电。
2.室外机
根据室外场地的不同情况，机组可由以下原则来确定室外机配置方案等。
1）为保证冷凝器的散热性能，请将冷凝器安装于室外气流顺畅的场合，并且避开存在灰尘、积雪等可能造成冷凝器盘管堵塞的场所，同时确保机组周围无蒸汽、废热气、酸性或碱性气体等。
2）建议用户在安装条件允许的情况下，采用水平安装，有利于提高进风效率，降低噪音。
3）安装方向请参照KC风冷式冷凝器上安装指示箭头的标识。
4）务必不能使电弧焊的地线与冷凝器接触，避免因产生电弧击穿盘管内的焊点。
5）室内机与室外机不在同一水平面时，室外机一般不低于室内机5m，不得高于室内机20m，管路尽量避免转弯；连接铜管等效长度一般在30m以内，尽量避免超过60m；
室外机水平安装要求：
●
安装距离及落差安装设计建议
精密空调系统压缩机安装在室内机内，以压缩机为基点，系统安装形式分为正落差和负落差两种形式（该安装形式只适用于风冷系列机组）。
正负落差取值（标配）
形式
垂直高度取值
备注
正落差
最大：
+20m
室内机低于室外机
负落差
最大：
-5m
室内机高于室外机
1）正落差安装时，需在室外机的进气管和排液管上需加装反向弯，避免停机时液体的回流。
安装反向弯时，必须保证反向弯顶端弯管要高于室外机盘管最高一排铜管；
2）如正落差大于20m或连管长度超过30m时，需增加延长组件；
3）安装垂直高度超过10m时,建议气管在每6m的垂直高度位置上安装存油弯；
4）液管不得受阳光直射；
5）室内机系统气管和凝结水排水管应按一定角度（排气管≥0.3°的水平倾角）倾斜走管；
6）负落差安装时，冷凝器出口液管应按应按一定角度（气管≥0.3°的水平倾角）倾斜走管。
3.3新风系统
3.3.1新风量计算
机房新风量计算
机房建设面积约为175平方米房内空间净高2.5米，机房的有效空气总容积：
V=175×2.5=437.5m³
通风换气量的计算：
依照国家有关标准，工作间所需通风换气次数按每小时换气3～5次计算，机房所需新风量计算（换气次数按每小时换气4次计算）为：
机房新风量为Q=4×V（m3/h）=4*437.5=1750（m3/h）
3.3.2新风系统设计
根据计算，本次设计在主机房安装吊顶式新风机两台。
新风机总换风量为1500m³/h，达到机房总面积所需新风量计算（1200m³/h）要求。
本工程新风机设计采用吊顶上送风方式，新风经新风管、百叶风口直接送到机房内，在排除室内污浊空气的同时，将室外新鲜空气经过滤后送入机房内，在机房内形成正压箱，达到良好的通风换气及防尘效果。
设计在主机房区域内的顶棚上安装风口作为风口，同时将吊顶的微孔铝板作为回风口。
设计主机房区域的气压大于其他区域，以保证主机房区域的空气洁净度。
☆低噪音、高效能量回收
☆适用于中心机房、办公室、实验室、宾馆、会计室、医院病房等场所
☆采用吊顶暗装方式，不影响室内装修，安装维修简单
新风换气机的六点要求
1、双向换气
室内外双向换气，新风等量置换。
冬天通风，清新温暖
夏季换气，凉爽自然
2、过滤处理
新风过滤处理符合建筑法规要求。
配装不同的过滤器可有效阻止灰尘和有害气体等污染物进入室内。
3、高效节能
内置静止热交换器，热交换效率大于70%，冷热负荷（室温）不受新风影响，大幅度降低新风处理所需能量，实现高效节能。
荣获北京市节能认证证书。
4、应用简便
多种机型，适合从15m2到1100m2的建筑单元，一体化结构，内置热交换器、双风机、过滤器，只需接通电源和风口（道）即可使用，不但简化设计，而且适应各种改造工程。
5、安全可靠
低噪声风机和内部降噪处理，防止了对现场的干扰，整机除风机外无运动部件，几乎无需维护，可确保长期稳定可靠工作，一劳永逸。
6、低费用高效益
替代新风处理设备，不必单设操作间，可减少设备投资和建筑面积，利用热回收技术节能降耗，大幅度降低运行费用，节约新风处理能耗30%以上，无冷热源供应，一体化结构减少维护工作量，节能人工费。
7、过滤器自动报警装置（可选）
当空气过滤器积聚了大量灰尘，需要清洗或更换滤材时，机器自动显示报警提示。
8、智能控制（可选）
先进的液晶智能控制显示技术，使室内空气品质状态一目了然，智能控制换气方式：
冬夏使用热交换，春秋采用旁通式。
3.3.3机柜及封闭通道系统
为了实现更好的制冷效果和更高的节能特性，仅仅在空调本身上下功夫已经难以满足日益苛刻的要求，因此对机房现场制冷的规划设计就显得尤为重要，传统机房多采用高架地板下送风制冷解决方案，虽然能保证IT设备能够得到充分的制冷效果，但是较低的制冷效率却增加了机房的能耗，如下图所示的传统下送风模型，可以看到通孔地板送出的冷风有一部分直接回到了精密空调中，降低了空调的冷量利用率和回风温度，从而增加了制冷能耗。
所以合理的设计机房现场及冷热通道，避免冷热气流非必要的混合能够实现更好的制冷效果和节能，封闭通道系统就是这样一种产品化的设计解决方案，它将空调的送风路径进行全密闭处理，确保制冷气流能够几乎全部到达机柜内，如下图所示：
封闭通道系统主要由机柜、通道门、顶板天窗等组成，并且可以在内部集成行级空调、配电柜、UPS等设备。
各部件采用一体化设计，确保相互之间无缝衔接，并且该系统还提供自动门、手动门、消防联动、顶部走线部件等选配功能，更好的适应不同用户的需求。
本方案中，IT机柜采用600*1100*2000mm的尺寸，配套的列头柜和行级精密空调尺寸统一为600*1100*2000mm，实现微模块整体的外观统一，提升美观性。
服务器机柜，前后门通孔率达75%，配合行级空调实现更好的制冷效果，机柜采用九折型材，静态承重达1300KG，满足高密度的设备安装需求。
模块化机房承重需求：
本次模块单元共计24个机柜，2个弱电列头，两个强电列头，18个网络机柜，机房承重需求如下表：
设备名称
单位重量
数量
总重量
机柜
180
22
3960.00
配电柜
210
2
420.00
桥架
3
24
72.00
单扇门
30
4
120.00
门槛
60
4
240.00
设备
300
22
6600.00
模块单元总重量
（公斤）
11412.00
模块单元总面积
（平方米）
31.68
承重
（公斤/平方米）
360.23
根据上表所示：
本次机房承重需大于360.23公斤/平方米。
3.4机房智能化系统
3.4.1数据中心可视化
以3D形式展现数据中心机房所在建筑、机房布局、设备及网络链路，实现3D场景中设备及网络链路的可视化管理。
实现以机柜为单位的数据中心机房容量管理，对于机柜的空间、电力和承重等容量信息进行统计和展现，并与主机监控、网管监控和日志监控系统集成，实现对设备性能、告警的实时监控。
3.4.1.1资产可视化
可采用Excel导入方式，将各个机柜及机柜内设备的基本配置信息纳入可视化平台，通过任何物理可见的设备就可查找到相关的配置信息，通过任何一条配置信息也可以查找到相关设备，完成资产配置可视化。
●信息查询：
支持在3D可视化环境中通过鼠标点击操作实现对设备台帐信息的直观查询。
●机柜搜索、定位:
通过输入机柜模糊查询条件检索机柜，系统在当前视图范围内列出符合条件的机柜名列表。
根据用户选择的机柜进行定位，未被选择的机柜以虚化表示。
机柜模糊查询的条件包括此机柜所有资产信息属性名称。
●设备搜索、定位：
通过输入设备模糊查询条件，系统在当前视图范围内列出符合条件的设备ID列表，并根据选择的设备进行设备定位，未被选择的设备以虚化表示。
设备模糊查询的条件包括此设备所有资产信息属性名称。
●设备位置跟踪：
当上架设备物理位置发生变化时，在3D场景中自动变更设备物理位置。
●设备信息管理：
支持基于现场实际机柜布局和已有设备台账数据自动生成机房3D场景。
在相关场景中，机柜间的位置关系、设备在机柜中的位置与实际中的布局一致。
●设备端口管理：
以3D可视环境中直观展现实现配线架，和设备前后面板、端口占用情况的直观展现和信息查询。
配线可视化
可采用自管理或集成其它资源管理系统的方式，将各个机柜内设备的连接信息信息纳入可视化平台，通过任何物理可见的设备就可以查找到相关的链路信息，通过任何一条链路信息也可以查找到相关设备端口信息，完成链路配置可视化。
●按设备连接查看：
查看一个设备的所有对外的网络连接，包括经过的每一个中间设备的每一个端口信息。
●按线路连接查看：
查看一条网络链路的所有跳线信息，包括经过的每一个中间设备的每一个端口信息。
●设备端口管理：
以3D可视环境中直观展现实现配线架和设备前后面板和端口占用情况的直观展现和信息查询。
●设备链路管理：
以3D可视环境中管理设备之间的物理连接关系。
包括：
跳线查询和展示、基础布线查询和展示、链路查询和展示。
3.4.1.2容量可视化
将数据中心机房机房的机柜剩余空间、机房的各个区域的承重情况、电力负荷等以图景形式展现，以便数据中心机房应用运维人员快速掌握机房情况。
支持对机房容量的可视化管理，包括机位、U位、承重与功耗等，对相关的容量数据需要按图形进行可视化展现，并能进行容量统计，包括总容量与已用容量。
●空间统计及查询：
在3D可视化环境中支持对机房中所有机柜的连续可用空间分布查询，统计结果能够在3D环境中以柱状图方式直观表现。
●功率统计可视化：
在3D可视化环境中支持机房机柜额定功率分布统计，能根据不同的颜色区分相关的机柜功率大小；支持对机房机柜功率的分布图可视化渲染展现。
●承重统计可视化：
在3D可视化环境中支持对机房承重分布情况统计，能够以柱状图方式直观展现数据中心机房机房中每个
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