某高校数据中心机房建设实例

2023-05-06冯平南

建筑与装饰 2023年8期

冯平南

帝杰曼科技股份有限公司浙江温州 325000

引言

随着信息化技术迅速发展，智慧校园已成为高校信息化建设发展趋势和现代化的标志。温州肯恩大学作为一所具有独立法人资格的中美合作大学，学校信息化建设目标要建设成为国内先进的智慧校园。随着学校大数据、云计算、人工智能、物联网等信息技术在智慧校园建设的应用，行业数据资源和数字应用技术不断增加，学校原有建成机房已不能满足学校信息化发展需求，因此迫切需要建设一个智能高效、安全稳定、绿色环保的可持续发展的数据中心机房，为学校信息化系统提供重要保障[1]。

1 机房规划和选址

根据《温州肯恩大学网络机房改造项目》规划，新数据中心机房选址于学校教学楼A栋1层，位于老网络机房西侧，便于原老机房与新建机房的网络互联互通；机房位置在一楼，满足机房承重要求；机房层高3.8m，预留吊顶和地板高度空间后，机房净高满足GB50174-2017《数据中心设计规范》要求。机房总面积为116m2，按功能划分为主机房和UPS配电间，其中数据中心主机房为76m2，是数据机房的核心区域。配设一组两列20台机柜的封闭冷通道；UPS配电间40m2，配设市电接入柜、UPS主机及配套的蓄电池组等设备，为数据机房安全运行提供安全可靠的供电保障[2]。机房平面布置如图1所示。

图1 机房平面布置图

2 机房建设子系统组成

机房建设主要包含机房装饰装修、机房综合布线、机房冷通道机柜、机房供配电、机房空调与通风、机房防雷与接地、机房动力环境监控、消防气体灭火等8个子系统。

2.1 机房装饰装修系统

机房装修主要考虑功能与安全，其次要兼顾美感与协调。机房装修包含吊顶、地面、墙体和门窗四大部分。机房顶面先进行防潮、防尘及防静电处理后，采用硅酸钙保温板吊顶，以达到防水、防尘、保温效果，机房吊顶完成后净高不低于2.6m；机房地面采用600mm×600mm×35mm硫酸钙防静电活动地板,地板下地面经除尘、防水、找平、防静电、保温处理，铺设硅酸钙板。静电地板系统电阻1.0×106-109Ω，集中荷载：≥5560N，静电地板超重设备部位（如UPS、精密空调、机柜）制作承重散力架用以分散重力。机柜冷通道铺设同品牌出风板。地板架设高度400mm，在地板下精密空调机周围做80×20高C20混凝土挡水墙，并设地漏，防止空调机漏水影响机房设备浸水事故发生。主机房货物出入口设置防滑钢板斜坡，便于设备搬运与人员出入；机房墙体采用100系列型轻钢龙骨水泥纤维复合硅酸钙板,墙板中间内填80mm厚岩棉保温，面层采用0.6高强度金属烤漆彩钢板处理，耐火等级为A级。机房墙面满足防火阻燃、抗辐射、隔音、抗静电、不起尘、清洁环保的要求；机房采用钢制甲级防火门，符合计算机机房设计规范的相关规定和消防要求；机房原有窗户贴隔热膜后做好密封、防水处理后按墙面装饰要求处理，保证外立面的观感统一。

2.2 机房综合布线系统

机房内部配设综合布线系统，各机柜配设24口网络配线架和24口光纤配线架，敷设2根12芯多模光缆加2根12芯单模光缆至列头柜，各列头柜敷设6根48芯万兆单模光缆至老机房机柜，用于与原有机房互联互通。综合系统布线采用封闭式线槽于防静电活动地板下敷设。

2.3 机房冷通道机柜系统

机房冷通道机柜系统由机柜、通道门、顶盖、天窗、静电地板和其他的辅助系统组成，机房设一个封闭式冷通道，冷通道安装8个网络机柜，12个标准机柜，共20个机柜，机柜采用面对面排列方式。相邻两列设备的吸风面安装在冷通道上，冷通道封闭，间距1200mm，机柜选用优质冷轧钢板制作。其机械、化学、电气性能均应符合国家标准、通信行业标准以及IEC有关标准。

2.4 机房供配电系统

2.4.1 供配电系统供配电系统需要确保人身安全，满足机房电源的可靠性、稳定性。机房配电采用三相五线TN-S系统、电压380V/220V，频率50Hz。供配电系统设计首先要核算机房总用电负荷，划分IT负荷和动力负荷，根据计算结果配置电缆、开关断路器和UPS。

IT负荷统计：8个网络机柜平均运行功耗4kW，12个标准机柜平均运行功耗3kW，得出IT负荷为：8×4+12×3=68kW。根据GB51348-2019《民用建筑电气设计标准》相关要求，UPS输出功率大于网络设备额定功率的1.2倍，则P=68×1.2=81.6kW，另考虑UPS输出损耗，功率因数取0.85，则UPS容量=96kW，故IT设备负荷配设两台单机容量为100KVA的模块化UPS系统主机，组成2N运行方式，两套系统互作备份冗余，在出现单点故障时仍能保证系统正常运行。2台UPS主机蓄电池后备时间不小于30分钟延时，配设2组共80节12V200AH蓄电池[3]。

动力负荷：主机房配置3台（两用一备）恒温恒湿精密空调，均选用制冷量为45kW的下送风空调机组；UPS机房配置2台制冷量7.5kW立柜式上送风小型机房专用空调，根据空调厂家提供的空调最大功耗分别为20kW和3kW，机房精密空调配电容量为20×3+3×2=66kW。

机房照明：机房共配设双管LED灯具22只，每只功耗为56W，照明负荷为22×56/1000=1.232kW

新风系统：主机房和UPS机房轴流风机和新风机共4台,每台功耗0.3kW，共计0.3×4=1.2kW；

机房计算总负荷为96+66+1.232+1.2=164.43kW

理论计算总电流：

式中：I电流，单位A；P功率，单位kW；U电压，单位kV；功率因数取0.85根据电缆安全载流量表及考虑后续机房设备扩容，进线电缆选用NH-YJV-1kV-4×240+1×120铜芯电缆，总开关选用400A/3P自动断路器[4]。

2.4.2 机房市电输入配电柜配置供配电机房内配置两台市电进线柜，即进线柜A和进线柜B，进线柜A接入市电1，进线柜B接入市电2和柴油发电机组，进线采用NH-YJV-1kV-4×240+1×120铜芯电缆，通过ATS自动完成电源切换后接入市电输入柜A和市电输入柜B，输入柜主要负载是UPS、精密空调、照明、维修插座、新风系统；UPS输出配电柜主要负责网络机柜的IT设备负载及应急照明灯具。配电系统架构如图2所示。

图2 配电系统架构图

配电柜采用自动断路器控制，具有过负荷、短路保护。电源主断路器带有分离脱扣线圈，可与消防联动，一旦发生火情，自动切断电源，以利及时消除灾情。

2.4.3 机柜电源配置机柜配电采用双路PDU设计，为IT设备提供安全的双路供电冗余方案，每个PDU设置独立断路器，确保某一回路故障不会影响其他回路供电[5]。

2.4.4 照明系统机房选用2管荧光灯，灯具的镜面为哑光。数据中心区照度达到500LUX以上，其余区域的照度达到300LUX以上；在数据中心设置应急照明。在停电的情况下，UPS向一路应急照明提供电源，保持机房内最低限度的照明。

2.5 机房精密空调及新风系统

2.5.1 精密空调主机房配置3台（两用一备）恒温恒湿“施耐德”品牌精密空调，均选用制冷量为45kW，显冷量40kW，送风量为11000m³/h的下送风空调机组；UPS机房配置2台制冷量7.5kW，送风量1500m³/h立柜式上送风小型机房专用空调，保障整个主机房的设备和电池间蓄电池的运行的恒温恒湿。空调加湿管道引自一楼卫生间给水管道，经走廊吊顶接自机房在架空地板下敷设安装，空调冷凝水汇至室外排水沟。

2.5.2 新风、排风系统：新风、排风系统需覆盖的场所：主机房、UPS配电间。新风机配置：主机房区按1次/h设置正压新风系统，以维持机房正压5-10Pa的要求，配置1套低噪声带粗、中效过滤器功能新风机。新风机风量为500m³/h；主机房、UPS机房按5次/h设置机械排风系统，气体灭火系统灭火完毕后排出气体。主机房轴流风机风量2000m3/h、风压：100Pa；UPS机房轴流风机风量1000m3/h、风压：100Pa。

2.6 机房防雷接地系统

2.6.1 机房防雷系统：机房设置三级电源防雷，在市电输入的总断路器后安装第一级三相电源避雷器，雷电通量100KA（8/20μS）；在UPS输出柜的总断路器安装第二级三相电源避雷器，雷电通量60KA（8/20μS）；在输出末端采用防浪涌精密PDU作为第三级防护[6]。

2.6.2 机房接地系统：数据机房采用联合接地方式，接地电阻小于1Ω。在机房内离墙0.8m设置一圈4×40铜排，组成等电位连接环，并将等电位连接环至少两处用BVR50mm2双色接地线连接到机房所在楼层电气竖井接地干线汇流排。等电位连接网络采用M型网状结构，地面用镀锡铜带在楼板上做600mm×600mm网格，网格大小与静电地板一致，将机房内的各种接地（设备外壳、工作接地、直流接地、防雷接地和防静电接地）等都连接到等电位连接网上。活动地板支撑脚、墙面板和龙骨均用BVR6mm2双色导线和铜排相连。

2.7 机房动力环境和设备监控系统

机房动力环境和设备监控系统由现场设备采集层、监控服务器、远程IE浏览站三层结构组成。①采集层：实时采集机房供配电系统电压、电流、频率、UPS系统逆变器状态、蓄电池状态、空调状态、环境温湿度、空气质量、漏水监测、消防烟感探测器信号等；②监控服务器对采集的数据进行分析、处理、存储；③远程IE浏览站通过网络可以远程了解机房运行情况，当机房出现异常时可通过电话、手机短信、声光、电脑音箱语音等方式报警并进行远程处理。系统拓扑图见图3所示。