本科毕业设计论文中小型机房数据中心机房基础系统apc英飞解决方案.docx
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本科毕业设计论文中小型机房数据中心机房基础系统apc英飞解决方案
中小型机房（约100平方）
数据中心机房基础系统APC英飞解决方案
一、项目基本情况描述
二、基础设施的设计指导思想
三、机房基础设施的设计
四、配置清单
五、系统特点
六、模块化UPS主机介绍
七、智能5U机架式精密配电系统介绍
八、电池系统
九、主设备尺寸及重量
十、机房热负荷计算
十一、空调系统介绍
十二、机柜系统介绍
十三、环境和设备监控系统介绍
一、项目基本情况描述
为提高新校区信息化系统的可用性，满足今后机房应用的长期发展需求，要求新机房的基础设施建设要具有可靠性、先进性，不仅需要满足当前校园网网络的营运，同时考虑学院未来5年内IT负载扩容的需求。
数据中心机房位于学院一期实训楼一层南侧，其中设备间计划105m2，宽7.2米，长14.5米。
机房室外有平台可安放空调外机。
机房的总层高为4.2米，梁下到地面为3.65米。
大楼采用框架剪力墙结构设计，1楼下无地下室。
机房建设完毕后的负载估计为20KVA（19KW），大致包括：
1、网络设备：
5KW
2、存储：
4KW
3、服务器：
7KW
4、其他：
3KW
以上负载为设备厂商公布的额定功耗，实际功耗应该为14KW左右。
同时将来机房实际的IT负载随着业务的扩展将会不断增加，预计本机房未来最大的IT负载不超过30KW。
机房的外部供电情况为：
两路不同供电局的市电。
无柴油发电机
机房需要配置精密空调，且空调系统必须考虑冗余。
根据目前负载情况及设备功率，目前机房考虑配置4个网络机柜，11个服务器机柜，共15个。
机柜的摆放需要同时考虑以后负载扩容时机柜的布局。
同时机房的运行成本非常高，要求新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。
二、机房基础设施设计的指导思想
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：
●服务器机柜系统
●UPS供配电系统
●机柜级别制冷系统
●机房设备、环境和安全监控系统
随着IT负载的快速变化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负载的新的要求，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。
●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。
●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APC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、机房基础设施的设计
根据本机房的实际情况，以及IT负载的要求，结合APC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，提出如下基本设计：
1、机房布局。
主机房采用开放式布局，不单设传统的配电间，UPS主机、机房总配电柜、电池柜全部采用标准的机柜式外观，和服务器及网络机柜外观完全一致，如下图：
平面布局图一：
当前机房平面布局
如图所示，机房长14.5米，宽7.2米，机房内“RACK”标识的为服务器机柜和网络机柜，“INPUT”标识的为定制的输入输出总配电柜，“UPS”标识的为APC32KWN+1的模块化机架式UPS主机,“BAT”标识的为机柜式电池组，“TDAR1021”标识的为SCHNEIDER精密空调。
机柜成两列、背对背摆放，机柜前门为冷通道，在冷通道安装打孔地板，后门为热通道。
精密空调正对热通道安装，采用地板下送风，顶部自然回风，靠墙安装。
强、弱电均采用机柜顶部走线。
当后期随着用户业务的不断发展，机房面临负载的增加，也就面临着扩容，根据本机房的尺寸和结构，机房可按照如下布局方便地扩容，如图示：
随着负载的增加，后期还可以增加11个服务器机柜，图中左侧天蓝色机柜所示，同时增加一台TDAR1021精密空调，图中左侧浅绿色示。
平面布局图二：
后期机房平面布局
2、电源线和数据线走线模式。
电源线及数据线均采用机柜顶部走线模式，电源线和数据线分别置于机柜顶部的前部和后部的走线槽内，严格物理分割。
最大程度方便以后线缆的扩容及整理，同时提升高架地板下的送风效率。
3、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。
3、高架地板。
因机房层高条件能满足，故高架地板高度设计为450mm，以形成最佳的静压箱，使精密空调的送风效率最佳。
地板下做地排和空调管路通道，水泥地面做防尘处理。
4、天花吊顶。
机房层高为4.2 米，梁下到地面高度为3.6米，总高度和梁下高度均比较合适，需要做吊顶。
5、机房净高。
机房净高为3600mm-450mm=3150mm。
服务器机柜高度为2000mm，机柜顶部走线槽高度为200mm，即机柜顶部距梁下高度为950mm。
机房的高度既能很好满足应用及施工，同时视角非常协调，
6、机房输入输出总配电。
机房配电功率为：
UPS系统60KVA，精密空调（2台）30KVA，照明等5KVA，合计95KVA，每相为32KVA，每相电流为145A。
因此总配电柜的输入总开关容量设计为3相250A，预计实际电流不超过100A。
具体回路配置见后“配置清单”。
7、32KWN+1UPS和电池组。
考虑到今后机房的总功率最大为30KW，当前负载额定功率为19KW（实际功率约为14KW）。
因此决定采用APC公司的SYPX48K系列机架式、模块化、热插拔结构UPS电源，实现冗余输出供电。
SYPX48KUPS每个功率模块为16KW，因此，共采用3个功率模块，形成2＋1冗余配置，额定输出为32KWN+1。
UPS主机架集成12路16A1P、3路32A1P输出回路，所有开关均为热插拔结构，可在线增减。
同时可基于IP网络，以Web方式实现对每路开关的通断、电流大小实现监控，并可设定报警门限、电子标签。
后期最大可扩展到18个单相输出回路。
同时，UPS主机集成了系统的总输入输出及维修旁路开关。
电池后备时间：
大楼的输入市电较好，有两路市电；同时机房精密空调不能用UPS供电，IT设备有电但空调无电的状况下系统不能长时间持续；电池系统为损耗品，每3－4年更换一次。
因此，电池配备按照1小时配置。
共配置一个机柜的电池，内含32节12V/100AH的电池，在20KW负载下可实现1小时延时。
8、负载机柜的配电。
对所有负载机柜实现双回路供电，1路为UPS供电，一路为市电供电。
所有单电源负载由UPS回路供电。
对机柜的双回路供电均能实现“精密配电”功能：
一路来自于UPS主机集成的15路精密配电。
共3路1P32A，12路1P16A，所有开关均为热插拔结构，可在线增减。
同时可基于IP网络Web方式实现对每路开关的通断、电流大小监控，并可设定报警门限、电子标签。
另一路来自于输入输出总配电柜后端配置的APC5U机架式精密配电盘。
共3路1P32A，12路1P16A，所有开关均为热插拔结构，可在线增减。
同时可基于IP网络Web方式实现对每
路开关的通断、电流大小监控，并可设定报警门限、电子标签。
配电系统示意图如下：
配电走线示意图如下：
9、制冷系统。
因机房内的IT设备密度为中低密度，平均每个机柜的负载不超过3KW，因此采用传统结构精密空调。
精密空调采用下送风上回风、风冷模式。
将冷空气送入高架地板下，高架地板密封后形成一个有效的压力箱，然后在每个服务器机柜的正门安装打孔地板，冷空气通过打孔地板喷出，送到机柜的正门前方，机柜中的服务器通过自己风扇的旋转将冷空气吸如，然后从尾部排除热空气。
精密空调的回风口正对机柜的后部，通过压力差，热空气迅速回到空调的回风口，由此完成空气的一个循环。
精密空调系统故障后机房也不能正常工作，所以必须考虑制冷冗余，配置2台精密空调，实现制冷冗余。
每台空调的总制冷量为35KW。
精密空调配置网卡，可实现基于IP网络的监控管理。
10、机柜系统。
配置高散热能力、高承重、高兼容性的服务器机柜11个，尺寸为600mm*1070mm*2000mm，网络服机柜4个，尺寸为750mm*1070mm*2000mm。
在每个机柜内垂直安装机柜专用配电条2路。
分别对应前端的UPS供电回路及市电供电的5U机架式精密配电盘回路。
每个机柜配置2路16A或32A机柜级崔直安装插线板；每个机柜配置顶部数据线及电源线走线通道；配置10块固定承重托盘；配置一套气流管理盲板；配置机柜排间的走线梯架。
11、机房设备和环境监控。
配置APC英飞集中管理单元，实现对UPS、精密配电、精密空调、环境温湿度等的集中管理。
配置短信报警系统，实现对设备故障的随时短信管理。
配置环境和视频监控主机，IP摄像头、温湿度传感器、漏水检测绳，实现对机房视频和环境的监控。
具体监控布局及连接示意、系统图见后。
四、配置清单
系统
产品
规格型号
品牌
技术参数
数量
单位
1）机房输入输出总配电柜
柜体
定制
宏润
标准服务器柜体，与UPS主机外观一致，黑色；600*1000*2000。
1
个
输入总开关
S3N250R250+MX
ABB
250A三相ABB开关，塑壳
1
只
UPS输出总开关
S1N125R125
ABB
125A三相ABB开关，塑壳
1
只
精密空调输出总开关
S263D32
ABB
32A三相ABB开关
2
只
5U精密配电盘输出开关
S1N125R125
ABB
125A三相ABB开关，塑壳
1
只
照明输出开关
S261C32
ABB
32A单相ABB开关
2
只
备用输出开关
S261C32
ABB
32A单相ABB开关
4
只
防雷模块
V25-B+C/3P+NTE
OBO
60KA，三极防雷
1
个
数字显示表头
PM810MG250/5A
Schneider
多功能表头
1
套
接线端子
上海友邦
优质端子，包括进线和出线端子
1
套
铜排
宏润
成都本地优质产品，镀锡
2
套
2）负载市电精密配电系统
精密配电盘
PDPM138H-5U
APC
精密配电盘，安装在标准服务器机柜内，所占空间为5U高。
总共可安装18个单相16A或32A开关，标配网卡，可基于网络实现对开关的电流监控和状态指示，可热插拔更换或增加开关，可设定每个开关的预警门限，可设定每个开关的电子标签。
1
套
单相16A配电模块
PDM1316IEC-3P
APC
包括3个单相16A空气开关，可热插拔。
可实现每路开关电流大小、通断的网络监控。
4
组
单相32A配电模块
PDM1332IEC-3P
APC
包括3个单相32A空气开关，可热插拔。
可实现每路开关电流大小、通断的网络监控。
1
组
3）N+1UPS供配电系统
模块化UPS主机，输出
功率32KWN+1
SYCF48KH
APC
标准机架式外观，宽600*深1070*高2000，黑色.标配：
1
套
a.2块冗余的控制模块
b.一个48KW的公共静态旁路模块
c.本机及外部电池监控模块
d.2块给控制模块电源模块
e.液晶显示及通讯模块
f.网络管理卡
g.RS232接口和通讯插槽
h.UPS输入输出总开关及外部维修旁路
i.系统监控管理软件并开放协议
j.最多可集成18路输出精密配电开关，可实现每路开关电流大小、通断的网络监控，开关容量为16A/32A可选
功率模块
SYPM16KH
APC
功率模块功率16KW，3U高，可热插拔进入UPS主机柜。
3个，形成32KWN+1冗余输出。
3
个
单相16A配电模块
PDM1316IEC-3P
APC
包括3个单相16A空气开关，可热插拔。
可实现每路开关电流大小、通断的网络监控。
4
组
单相32A配电模块
PDM1332IEC-3P
APC
包括3个单相32A空气开关，可热插拔。
可实现每路开关电流大小、通断的网络监控。
1
组
4）电池系统
电池柜
BP-A32
定制
安装32只12V/100AH电池，标准机柜式外观，前后网孔门，含防漏液胶垫，电池开关。
1
个
免维护密封铅酸电池
NP100-12
汤浅
设计寿命5-8年。
20KW负载下可实现1小时延时。
32
只
5）机柜系统
服务器机柜
AR3100
APC
19英寸42U机柜，600mm宽，深度1070mm，高度2000mm,前后金属打孔门，通风率不低于65%。
静态承重1363kg。
11
个
网络机柜
AR3150
APC
21英寸42U机柜，750mm宽，深度1070mm，高度2000mm前后打孔门，通风率不低于65%。
静态承重不低于1363kg。
4
个
服务器机柜走线槽
AR8161ABLK
APC
顶部电源线走线槽。
12
套
服务器机柜走线槽
AR8162ABLK
APC
顶部实心数据线走线槽。
12
套
服务器机柜走线槽
AR8163ABLK
APC
顶部带过孔数据线走线槽。
12
套
网络机柜走线槽
AR8171BLK
APC
顶部电源线走线槽。
4
套
网络机柜走线槽
AR8172BLK
APC
顶部实心数据线走线槽。
4
套
网络机柜走线槽
AR8173BLK
APC
顶部带过孔数据线走线槽。
4
套
机柜排间走线梯架
AR8164ABLK
APC
两排机柜间的数据线线缆梯及安装套件
1
套
机柜排间走线梯架
AR8165ABLK
APC
两排机柜间的电源线线缆梯及安装套件
1
套
机柜PDU
AP7551
APC
16A插线板，供电功率可达3.5KVA。
带20个C13，4个C19输出插座，IEC309连接，垂直安装。
24
个
机柜PDU
AP7553
APC
32A插线板，供电功率可达7KVA。
带20个C13，4个C19输出插座，IEC309连接，垂直安装。
6
个
机柜盲板
AR8136BLK200
APC
1U19”黑色模块式免工具安装气流管理盲板—200个
1
套
托盘
AR8122BLK
APC
固定式承重托盘，可承重110kg以上
10
个
6）精密空调
系统
精密空调
TDAR1021
SCHEIDER
风冷，下送风顶部回风，双压缩机，总制冷量不低于35KW
2
台
精密空调网络管理卡
网管卡
XPOWER
实现精密空调的网络管理功能
2
张
安装及材料
电缆：
美河
空调安装及15米内管材，线缆等
2
套
7）配电辅材
机房总配电柜到UPS主机线缆
VVR4*50mm2+1*25mm2
美河
VVR4*50mm2+1*25mm2，机房总配电柜到UPS主机线缆
15
米
UPS主机到电池组线缆
VVR3*95mm2
美河
VVR3*95mm2，UPS主机到电池组线缆
20
米
UPS主机到负载柜线缆
VVR3*6mm2
美河
VVR3*6mm2，UPS主机到每个负载柜线缆
150
米
负载市电精密配电盘到机柜线缆
VVR3*6mm2
美河
VVR3*6mm2，机房总配电柜到每个负载柜的市电回路
150
米
承重支架
1200mm*1070mm*450mm
定制
UPS主机和电池柜下原尺寸角钢架
1
个
8）设备监控
管理系统
集中管理单元
AP9465
APC
1U机架式高度，嵌入式管理软件平台，配485楼宇监控接口，IP接口。
配置25个节点的软件授权。
实现对UPS、精密配电系统、精密空调的集中管理
1
套
短信报警系统
AP5500
APC
将监控系统发出的邮件转为短信发送到指定的手机里面。
该短信控制器通过RS232接口连接到用户的一台服务器
1
套
24口交换机
AP9224110
APC
1U安装100M交换机，可接入24个被监控设备，包括UPS、配电柜等
1
台
9）环境监控
管理系统
环境视频监控主机
NBRK0451
APC
机架式监控基站。
1
台
摄像头
NBPD0160
APC
摄像头盒
2
个
漏水监测绳
NBES0308
APC
连接到环境视频监控主机，监测精密空调的漏水状况，6米长
1
根
温湿度传感器
AP9335TH
APC
安装在机柜的后门，可监控机柜的温度、湿度；每排机柜安装2个
4
个
五、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：
●机房布局采美观、合理，节约机房面积、节省配电成本、提高配电效率；机柜摆放按照标准冷、热通道模式，有效避免冷热空气混合，实现机柜最价制冷及散热，提升制冷效率。
●采用机柜顶部走线，包括电源线及数据线。
最大程度利于后期布线扩容及管理、提升空调制冷效率、美观协调。
●制冷采用下送风上回风，结合物理层高，将静压箱高度作到450mm最佳高度，实现冷空气的最佳配送。
精密空调室内机安装正对热通道，实现最佳热风回风路径，提升制冷效率。
●高可用性。
采用双总线供电，冗余模块化2+1UPS和市电两路供电为负载提供保障。
采用精密配电、机柜内专业插线板、高性能服务器机柜、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。
●精密配电。
两路配电均采用精密配电，可实现对每路开关的网络管理，并可实现在线增减、更换开关。
●高可扩容能力。
UPS供电系统、配电系统、均为模块化设计，非常方便在线扩容。
UPS最大负载可达48KW。
配电模块也可在线增加。
●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。
能充分适应后期机房发展变化。
●易于搬迁。
由于采用模块化热插拔结构，因此非常容易搬迁并异地组装。
六、模块化UPS主机介绍
模块化UPS为APC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30KW，基于上述原因，我们决定选用APC公司推出的新型SymmetraPX48一体化模块化电源系统，该系统在一个42U标准机柜里面包含了UPS、电池、输出精密配电盘、监控管理等系统，是一款非常先进的中功率不间断供配电系统。
该系统完全按照IT设备的思路，采用模块化、热插拔结构，可在线快速扩容和更换维修，并且在多个地方采用冗余设计，如3个功率模块冗余并联，多个电池模块冗余并联、2个控制模块、2个低压控制用电源模块、多个通讯接口等。
并且首次将输出配电部分和UPS主机、电池组安装在一个柜体里面，实现了供配电系统的整体高可用性。
该产品为三进三出的中大功率UPS电源，标准42U机架式外观设计，黑色，由多种可热插拔的模块组成，包括：
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，同时机柜上部集成了UPS输出精密配电系统。
每个功率模块的功率为16KVA/16KW。
最多可安装3个功率模块，输出32KWN+1。
输出精密
配电系统
2个集中控制
模块
3个16KW
功率模块
输入输出及
外部维修旁路
通讯模块组
件
支持热插拔
的48KW
系统独立静
态旁路模块
的48KWdulijingtaipangliu
原装插拔式
模块化电池
该模块化UPS系统配置及优点：
●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，实际形成2+1或1+2冗余，以此类推。
●标配2个集中控制模块，实现控制的冗余。
●系统安装3个16KW功率模块，实现输出32KWN+1冗余输出。
●输出精密配电系统集成了最多6个配电模块，本次共配置5个配电模块，共配置了3个32A、12个16A单相输出回路，回路为母排结构，开关为可热插拔。
同时配置了支路电流监控器，可实现对每个输出回路的通断、电流大小的IP网络监控。
并能设定每个回路报警门限，设定电子标签。
若有扩容的需要，还可增加3路开关。
●集成了UPS系统的输入输出及维修旁路盘，
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