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一套实用的弱电数据中心设计方案

数据中心

弱电机房建设是一个非常系统的工程,涉及到专业很多,系统也很多,如何设计这样的方案呢?今天分享一套数据中心建设方案,仅供参考。

正文:

1.概 述1.1.工程概述

本次机房设计内容包括:装饰装修工程系统;配电系统;UPS系统;空调系统;新排风系统;综合布线系统;防雷接地系统;动力环境监控系统;消防系统等组成。

1.2.设计依据

我国现行的有关设计规范:

Ø《数据中心设计规范》GB50174-2017

Ø《民用建筑电气设计规范》JGJ16-2008

Ø《建筑设计防火规范》GB50016-2014

Ø《综合布线系统设计规范》GB/T50311-2016

Ø《安全防范工程技术规范》GB50348-2004

Ø《视频安防监控系统工程技术规范》GB50395-2007

Ø《出入口控制系统工程设计规范》GB50396-2007

Ø《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010

Ø《建筑物电子信息系统防雷技术规范》GB50343-2012

Ø《智能建筑工程质量验收规范》GB50339-2013

Ø《建筑智能化系统设计规范》DBJ50/T-175-2014

Ø《火灾自动报警系统设计规范》 (GB 50116—2013)

Ø《综合布线系统工程设计规范》 (GB 50311—2016)

Ø《综合布线系统工程验收规范》 (GB 50312—2016)

1.2.设计范围

  • 装饰装修工程系统;
  • 配电系统;
  • UPS系统;
  • 空调系统;
  • 新排风系统;
  • 综合布线系统;
  • 防雷接地系统;
  • 动力环境监控系统;
  • 消防系统; 1.4.主要设计原则

对各系统工程,新加设备选型必须考虑到后期系统的可扩容性,在统一的平台下,对原系统设备的接入,须确保其与原系统的兼容。

1.4.2.标准化和开放性原则

采用的技术应符合国际标准及国内标准,系统具备各种标准接口和协议,具备和不同系统相互融合的能力。

1.4.3.规范化

数据中心机房系统工程设计符合国家关于电子信息系统机房设计规范的相关标准和规范。

1.4.4.实用性

实施后的机房分区合理,使用方便,各机房系统间相对独立。且根据各功能区的使用要求标准不同选择不同的材料,在充分考虑机房系统功能完善的基础上,使其性价比到最优。

2.子系统设计要求2.1.装饰装修工程系统2.1.1.方案设计要求

数据中心机房系统工程平面规划方案,其主要装饰系统工程包括:吊顶、防静电地板、墙面、隔墙、机柜散力架等部分组成。

2.1.1.1.吊顶

装饰材料符合计算机机房设计规范的要求,选用气密性好、不起尘、易清洁,并经长期使用变形小的材料,平面布置应满足计算机机房建设规范工艺要求,工艺流程应合理。天花板统一采用微孔铝合金吊顶板600*600*0.7φ2.3,天花以轻钢龙骨安装。见图:

一套实用的弱电数据中心设计方案

图表 吊顶实物图

2.1.1.2.防静电地板

本次方案信息机房进行原地面找平后刷绿色防尘漆,采用防静电活动地板(H:350mm),机柜,空调等重力设备安装设备散力架。其特点为:预留空间,便于系统布线,维护,检修,其承重能力高,方便机房设备的摆放,拆卸方便。防静电活动地板作电缆布线用,面板为防静电处理。

本次采用600*600*35mm全钢无边防静电活动地板。安装效果见图片:

一套实用的弱电数据中心设计方案

图表 地板安装实物图

2.1.1.3.隔墙

由于机房区对围护结构和防火性能、节能等方面要求较高,所以机房内墙体均应有防火性能,信息机房和观察区之间采用12mm厚防火玻璃隔断。见图片:

一套实用的弱电数据中心设计方案

图表 玻璃隔断实物图

2.1.1.4.墙面

信息机房、观察区采用乳胶漆墙面,特点在于简洁大方。

2.1.1.5.门

观察区大门采用1樘1500mm*2300mm甲级钢质防火双开门和1200mm*2300mm甲级钢质防火子母门,信息机房大门为1500mm*2300mm防火玻璃双开门,运营机房大门采用1樘900mm*2100mm甲级钢质防火单开门。

一套实用的弱电数据中心设计方案

图表 防火门实物图

2.2.配电系统

机房动力供配电系统是机房建设工程的重中之重,按一级负荷等级设计。为保证市电的可靠性,该机房采取由大楼低压配电室引入两路独立电源互为备用,经两路市电自动切换ATS及分配柜(AT)处理并分配输出。

2.2.1.配电柜系统2.2.1.1.配电柜参数

  • 正常使用环境
  • 环境温度:最低 -5℃,最高气温 +50℃,日平均气温 +35℃;
  • 相对湿度:<90%(+20℃) <50%(+40℃);
  • 海拨高度:3700米;
  • 污染等级: 3级;
  • 主要技术参数

1、额定工作电流250A;

2、额定短时耐受电流50KA;

3、机械寿命≥10000次;

4、工作环境温度-5—+40℃

5、频率检测:50/60Hz±10%

6、过压/欠压转换、报警范围:±5,10,15,20,25,30%Ue

7、储存温度-40—+70℃

8、操作力矩≥7Nm

9、额定冲击耐受电压≥6KV

10、转换延时时间设定:0,5,10,15,20,25,30s(可调)

11、工作模式设定:手动/自动/合Ⅰ/双分/和Ⅱ

2.2.2.供配电电源系统

机房提供电源质量的好坏,将直接影响到计算机系统正常、可靠的运行,也影响机房内其它相关设备的正常工作。因此,计算机机房的建设必须要建立一个可靠的综合性强的供配电系统,在这个系统中不仅要解决计算机设备的用电问题,保障计算机设备正常运行的其它附属设备的供配电问题,如计算机机房空调用电、机房照明系统用电、消防系统用电,高低频干扰等,同时还要解决供电断电时的应急用电问题。如:机房服务器、网络设备等供电。

Ø依据《供配电系统设计》(GB/50052-95),本机房属于一级负荷,应由两路电源供电,即末端用电设备应来自两个不同供电设备。电源参数依据《数据中心设计规范》GB50174-2017

允许的变动范围可分为A、B、C三个等级,为了保证计算机的可靠运行,根据本工程需要,我们参照按A级标准设计。

项目 A B C
稳态电压偏移范围(%) ±3 ±5
稳态频率偏移范围(Hz) ±0.5
输入电压波形失真度(%) ≤5
零地电压(V) <2

图表 2‑12电源参数等级表

主机房供电系统主要包括:机房动力供配电系统、UPS供配电系统、辅助供配电系统、应急电源供配电系统、照明及应急照明系统、防雷和接地系统、各类动力电缆和配电电缆的铺设等。

机房动力供配电系统是机房建设工程的重中之重,按一级负荷等级设计。为保证市电的可靠性,该机房采取由大楼低压配电室引入两路独立电源互为备用,经两路市电自动切换ATS及分配柜处理并分配输出。

在电源设备室设置一台市电配电柜(含ATS装置)和一台UPS配电柜。

UPS电源供给主机房服务器和网络设备机柜、应急照明设备和测试插座等用电。

2.2.3.照明工程系统

机房按《数据中心设计规范》GB50174-2017要求,机房照明值为500lx;应急备用照明照度不小于50lx;同时设机房疏散指示灯、安全出口标志灯。

2.2.3.1.一般照明

机房内的照度分别平均,最低照度观察区为300lx。

2.2.3.2.应急照明

应急照明电源采用UPS供电,应急照明灯具选用机房照明灯具。

2.3.UPS系统2.3.1.项目概况及需求分析

UPS不间断电源系统的设计应满足以下基本要求:

冗余性。UPS系统的配置必须考虑冗余,当其中一台设备故障/检修时不影响系统的正常运行;

可靠性。UPS必须为国际一流品牌高可靠性的产品,在行业内有广泛的使用案例;

适应性。UPS设备应能具备良好的隔离能力,自身具备完善的对外隔离开关装置。

可管理。UPS设备应具备基于网络 SNMP的管理装置,可在远程实现对设备的管理能力。

2.3.2.UPS选型及配置方案

1)UPS系统方案

UPS不间断电源系统是控制系统电源的关键部分,需要考虑系统的容错性和可维护性。UPS供电系统建议采用单机运行模式,确保供电可靠性。后备蓄电池采用外置设计,安装于外置电池架内,后备30分钟。

2)UPS主机选型

根据控制中心机房对供电需求的要求,UPS主机推荐选用60KVA UPS主机,共2台,组成并机系统。

3)配电系统原理图

一套实用的弱电数据中心设计方案

2.3.3.UPS系统安装方案

1)安装空间需求

2台60KVA UPS组成1套系统,单台UPS的安装空间需求如下

2)UPS连接端子示意图

一套实用的弱电数据中心设计方案

5)其它说明

UPS和电池的安装必须考虑房间的承重能力,必要时需制作应力分散架。

UPS房间若安装静电地板,需制作底座支架,高度与地板高度一致。UPS底部地脚尺寸另外提供。

电池采用电池架安装,也可采用电池柜安装,需视现场情况而定。

2.4.空调系统

机房空调、新风、排烟系统,是保证机房设备正常运行,保障检修人员人身安全,为机房内部提供恒温、恒湿环境的必要条件。

2.4.1.空调系统

机房空调系统旨在为设备提供合适的工作环境,为机房保持良好的室温和湿度,提供恒温、恒湿的机房环境保障。此机房采用上送风、下回风方式精确控制机房空间的温度及湿度。

  1. a) 室外气象计算参数
  2. Ø 夏季空调干球温度 35.6℃
  3. Ø 夏季空调湿球温度 26.7℃
  4. Ø 冬季空调干球温度 2℃
  5. Ø 冬季空调相对湿度 82%
  6. b) 室内设计参数

A级区:专用空调区

夏季温度 23±2℃ 冬季温度 20±2℃ 湿度 45-65% 湿度 45-65%

洁净度 粒度0.5mm3,个数£18000粒/dm3

温度变化率£5℃/h

B级区:辅助区域

夏季温度 26℃ 冬季温度 20℃ 湿度 20-80%

2.4.2.空调产品介绍

本期选用机房专用精密空调。

2.4.2.1.设备特性

  • 框架结构

经阳极化处理的圆弧形铝合金框架,面板由表面静电喷涂环氧树脂的冷轧钢板制成,具有质量轻、结构强度高和外观流畅的特点。门板内侧装有难燃级保温隔热层,四周装有特制双层密封胶条,达到良好的保温、隔音和密封效果。

  • 精确控制

温度控制精度可以为:±1℃;湿度控制精度为:±5%。

  • 连续式冷凝压力控制系统

传感器感受制冷系统高压压力值,根据该高压值自动控制室外风机的转速, 使制冷系统的高压压力值维持在合适的范围内,并实现制冷系统的稳定运行。相对于开关式冷凝压力控制系统,连续式冷凝压力控制具有如下特点:节能效果好、压缩机运行寿命长、低温启动、低温运行性能提升,最低环境温度可达-30℃以下、夜间可低速运行,噪声更低。

  • 涡旋式压缩机

机组均采用目前国际先进的涡旋式压缩机,具有震动小、噪声低、效率高等特点

  • 皮带传动式送风机

采用知名品牌直联风机或皮带传动风机,具有运行可靠、效率高和噪音低的特点。对于皮带传动的风机,电机皮带轮节圆直径可调;并采用独特的可调式电机安装板,可方便地调整皮带轮中心距;也可以应用户的需求对风机的机外余压在50~400Pa之间进行选配。

  • 空气过滤器

空气过滤器采用可清洗褶皱形过滤器,滤料为聚酯合成纤维。具有容尘率高、初阻力低、滤料可清洗重复使用及可更换等特点。

  • 制冷系统部件

机组采用国际知名品牌的制冷系统部件,提高了系统的可靠性。

  • 风冷冷凝器

DXA机组所配置的风冷冷凝器外壳采用压花铝板,其与普通钢板、不锈钢板或光面铝板相比,具有质量轻、抗腐蚀和不产生光反射(污染)的特点。

冷凝风机由电脑控制器根据冷凝压力自动调节其转速,可以使风机运行时噪音更低、震动更小,并可延长风机的工作寿命、提高其可靠性;

冷凝风机调速运行可以提高室内温度的控制精度、降低风机的能耗、使制冷系统运行更平稳、延长压缩机工作寿命。

  • 电极式加湿

采用先进的电极式加湿控制技术,不但使湿度控制更精确,还大幅度延长了加湿器的维护间隔时间以及加湿罐的使用寿命。

  • 独立气流系统

机组的气流系统与其它机械与电气系统隔离,在机组前部门板打开的情况下,产品可以正常运行,方便于对电控箱、调节控制装置等大部份部件的正常维护、检修,真正实现了良好的正面维护。

  • 接触器

每一路负载均配置独立的接触器,控制其供电。

  • 空气开关

每一路负载均配置独立的空气开关保护装置。

  • 电加热器

采用不锈钢绕片式电加热器,加热器表面热流密度低,加热时无异味。

  • 可选加热方式

机组内部还预留了空间,使用户可以选用其他形式的加热方式,例如:热水加热或蒸汽加热。

  • 多重保护

完善的自动报警和诊断功能,全方位地保护空调机组,还能更有效地防止故障发生,延长空调机组的使用寿命。

  • 强制除湿

通过改变表冷器工作面积的方式来实现强制除湿,具有:除湿速度快、节能、湿度控制更精确等特点。

  • 新风系统

可以根据用户的需要提供新风接入口、配备新风过滤器,直接引进新风。

2.5.新风系统

根据《数据中心设计规范》GB50174-2017每七节7.3系统设计的7.4.7条:主机房应维持正压;主机房与其他房间、走廊的压差不宜小于5Pa,与室外静压差不宜小于10Pa。通过新风引进,各房间内达到以下要求:

足量的新风,能够达到:A、维持室内的正压;B、排出室内不断产生的空气污染物;C、保证室内空气洁净,维持室内空气的健康品质;D、给工作人员营造一个健康舒适的工作环境;

新风净化效率须达到标准机房的净化要求;

新风量不宜过大,以减少引进的新风给室温带来的影响;

新风机使用维护简单易行,不需要频繁维护;

排烟风机用于气体灭火以后,排除室内的烟雾等有害气体。

2.5.1.1.新风机的配置方案

机房区 机房
新风需要量:M3/H 800
配置机型 X-08GA/B
主要技术参数 风量:800m3/h,净化级别:初中效加亚高效三级过滤

2.5.1.2.新风技术参数表

2.5.1.3.排风系统设计方案

根据以上要求并结合《中华人民共和国电子计算机机房的设计规范》,为保证机房正压及空气新鲜的需要,新风引进量至少为机房总体积的2-5倍;取中间值2.5倍。

排烟风机主要是消防气体灭火以后,排除室内的气体。

按标准,排烟风的的风量取值按照室内容积的6-8倍,取中间值7倍。

2.6.综合布线系统2.6.1.综述

综合布线系统的主要功能是为网络等系统等提供传输介质。

本次综合布线系统数据都采用六类非屏蔽线缆和多模光缆。

中医院主机房和卫生局主机房各设置二台网络列头柜,网络列头柜至每台机柜各敷设24根六类非屏蔽线缆和48芯多模光缆。

本设计只对机房内部的综合布线系统进行设计。

综合布线要符合布线系统相关标准与规范,要考虑:实用性、可维护性、合理性、视角规范与美观。

2.6.2.机房防鼠虫害措施

  • 封堵工程范围内所有与其他区域、其他楼层相通的孔洞,在使用或施工过程中新开的孔洞及时进行封堵。
  • 所有进出机房的管、槽之间的空隙均采取密封措施。
  • 装修过程中原则上不使用木材,局部地方的零星材料进行防虫害处理。
  • 机房内所有电缆、电线均在金属线槽、线管内敷设,与设备连接的引上线采用金属软管保护,尽量使机房无裸线。
  • 机房范围内的新(排)风系统与大楼新(排)风管道连接处设防鼠钢网。
  • 加强机房环境的管理,禁止可能引起鼠害的东西(如食品)带入机房。

2.7.防雷接地系统2.7.1.概述

根据《计算机信息系统雷电电磁脉冲安全防护规范》(GA 267-2000),本工程防雷击电磁脉冲系统安全防护措施主要有如下几点:

a、建筑物防雷及接地

b、等电位联结

c、加装电源及通道保安器

各种防护措施的作用有如下作用:

a、等电位联结:在一定程度上可降低建筑物内间接接触电击的接触电压和不同金属部件间的电位差,并消除自建筑物外经电气线路和各种金属管道引入的危险故障电压的危害。本工程按国家标准图集《等电位联结安装》02D501-2设计。在机房内的布局是:用3*30mm2的截面铜排敷设在活动地板下,依据计算机设备布局,纵横组成网格状,配有专用接地端子,用编织软铜线以最短的长度与计算机设备相连。计算机直流地需用接地干线引下至接地端子箱。

b、加装电源及通道保安器(即防雷器):用于保护电子设备和装置免受浪涌的危害,以及为电子系统提供等电位联结。

c、建筑物防雷及接地:防止建筑物受到直击雷和侧击雷的危害。计算机房的防雷接地应按二类建筑要求设计。因此本工程防雷接地利用大楼原有防雷接地系统,当大楼低不能满足最低接地电阻要求时采用独立防雷接地系统。

以上几种防护措施中,等电位联结所形成的网格,安装在抗静电地板下,不仅可以防止雷击电磁脉冲,又可以作为直流地,同时又起到静电泄露和防间接接触电击的作用,以减少静电对人身和设备的危害,并减小间接接触电击保护回路的阻抗,缩短保护回路跳闸时间。

2.7.2.系统技术要求

工作接地≤1Ω

2.7.3.系统设计

为节省投资和保证最佳效果,系统科学合理、切实可行和施工方便,充分利用建筑物的各种结构条件,接地系统采取建筑物综合接地方式,接地电阻≤1Ω。从大楼联合接地或专用接地处引一以上BVR-50mm2绝缘屏蔽电缆至机房内接地端子箱与等电位铜排(30×3)连接,活动地板支撑脚上引一根BVR-6mm2双色导线和铜排相连。

2.8.动力环境监控系统2.8.1.综述

通过机房综合监控系统的建设,实现“集中监控、集中维护、统一管理”的维护管理模式,对各个机房进行集中实时监控和报警管理,将机房内IT设备、UPS电源、精密空调、配电系统、温湿度监测、漏水监测、消防监测等集中在一个统一平台上实现集中监控以及各种对外报警方式,并结合机房管理制度,对所有的信息、报警事件进行记录,可通过报表管理程序进行查询、确认、排序、打印等操作,为云阳县中医院及云阳县基层医疗卫生机构管理信息中心提供一个稳定、安全的机房安全保障。

2.8.2.系统规划

本系统采用多用户分层,三级管理模式,分级部署的能力,集中监控中心(CSC) 作为一级管理单位,集中监控和管理整个机房。在局间站设置区域监控中心(LSC),区域监控中心作为二级管理单位,集中监控和管理机房内二级站传输机房。在每个传输机房设置现场监控单元(FSU),集中采集数据及视频信号,接受集中/区域监控中心的监控和管理。

可通过权限分级管理,监控中心可直接采集、监控、处理相关信息;各分管人员可通过授权监控本辖区内的机房状况;同时该系统具备全国联网功能,系统中对于各个被监控机房的供电子系统、环境子系统、消防子系统等集中网管和监控综合系统功能。

多种报警手段(声光、手机短信、电子邮件、网络信息报警)结合使用,灵活方便,并具备管理功能;支持各种电源监控,连接232或485接口,通过协议转换器转换电源的信息成TCP、UDP/IP信号,进行远程管理;嵌入式网络型监控设备分别安装在机房,与各种传感器、现场电源、空调、摄像机等相连;软件采用B/S或C/S结构和大型SQL数据库,集中监控管理软件具有界面友好、快速报警、自动纪录、多级协同浏览,操作简单方便等优点;该系统设计能完全满足24小时365天长时间正常运行;监控现场通过监控系统的任意报警,可联动视频对准预设好的任意位置,为突发事件提供准确的事实依据。

监控系统支持微软的windows2000、XP、2003、windows7、windows2008等多种操作系统,并能实现软件的平滑升级。

2.9.气体消防报警控制系统2.9.1.概述

根据国家消防设计规范和相关法规规定,针对电子计算机房发生的火灾不宜采用水消防或干粉灭火剂灭火,而采用气体灭火的确是国内外较通用的方式。故针对保护区工程的实际情况,特建议使用七氟丙烷气体灭火系统。

七氟丙烷气体灭火具有以下的突出优点:

  • 能迅速、有效、主动灭火

七氟丙烷能够在十秒钟之内,火势还不能发展起来时完全扑灭A、B和C级火;能深入到保护设施的每个角落;能主动进入灭火。在温度20℃环境下,设计体积浓度为8%就足以扑灭一般火灾(而Co2要求基本设计浓度为50%)。对于图书、档案、票据和文物资料库等保护区,灭火设计浓度宜采用10%。

  • 很洁净,对敏感设备无损害

没有需要打扫的残余物,不会留下颗粒或油污残余物,不会损坏电子仪器、计算机、软件、数据文件、档案、票据、通讯设备或复杂的医疗设备;没有与药剂有关的停机时间。

  • 对人很安全

不会大量降低氧气量,对于一般重要财产所在的有人空间,其使用十分安全。没有毒性问题,不会引起视线模糊的问题。具有防爆炸特性。

  • 有利于环保

不消耗大气层臭氧层,没有被停止计划,在大气中存留期短仅31—42年。见系统图及图片:

一套实用的弱电数据中心设计方案

图表 气体灭火实物图

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题图来自 Unsplash,基于 CC0 协议

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