现代机房设计与节能探讨

魏炜

【摘 要】智能建筑已成为未来建筑发展的一大趋势，智能建筑的心脏—机房的应用也越来越广泛，对机房设计的要求也越来越高。高可用、低能耗也是新时代机房设计的重要标签，本文就机房设计的发展现状展开探讨，并提出了可行的节能措施及建议。

【关键词】智能建筑；数据中心；节能

0.引言

随着电子信息技术的快速发展，机房建设日新月异，现代建筑智能化不断普及。作为国家经济建设重要组成部分，我国机房建设在取得快速发展的同时，现代机房建设的规范设计以及环保节能成为行业上下共同关心的问题。国家相关部门不断研究推出新的适用法律法规、行业规范、技术标准去规范现代机房的建设工作，加强对机房建设的技术要求以及环保监测，以加大行业监督和引导机房建设的良性发展。

1.我国现阶段机房建设的发展现状

目前，我国机房建设基本上可以满足现阶段的市场需求，但是由于机房建设是一门的综合性、交叉性非常强的行业，涉及了装饰装修、机房屏蔽、电气及照明、防雷接地、空调、新风换气、UPS及发电机接入、机房安防系统（监控、报警、门禁等）；动力环境监控、综合布线、KVM管理、火灾报警、气体灭火等诸多领域，运用到的技术也比较全面和多样化。现代机房建设在满足计算机系统网络设备安全可靠正常运行的同时，也必须严格按照国家各项有关标准及规范进行设计。

然而从实用先进、安全可靠以及环保节能方面来看，我国机房建设领域依然存在很多不足。结合对现阶段我国机房建设的发展情况以及多年的工作经验综合分析，存在的问题主要体现在以下几个方面：

1.1标准化不够

虽然，国家出台了很多相关的机房设计标准规范，但由于行业特殊性以及区域性的条件差异，标准化在现阶段来说存在着一定的困难。在机房建设应用和改革初期，在设计标准方面一直没有严格的国家标准规范，长期以来缺乏监督，企业也缺少设计改革的兴趣。如今，由于业内竞争增加，以及机房建设的安全隐患等因素，很多企业已逐渐认识到，必须根据机房建设的基本条件，按照国家标准去进行设计和投用，才能提高机房的适用性和实用性。

目前，国家关于计算机机房建设最新的国家级标准是（GB50174-2008）《电子信息系统机房设计规范》。最新的国际标准是（ANSI/TIA-942-2005）《数据中心电信基础设施标准》，上述是现今计算机机房设计和建设的主要依据。

1.2先进性不够

机房设计是一项技术性非常特殊的行业，设计技术的质量直接影响着整个工程的价值体现采用先。目前沿用的技术大部分都是比较传统和保守的技术，设备也相对落后。研发新的技术、新的工艺以及更好的设备是提高机房建设先进性的关键条件，在工程项目中尽可能采用先进的技术、设备和材料，例如尽量选用难燃、抗水、抗裂的保温材料，UPS选型上尽量选用双变换式、IGBT技术、高频机等高效可靠的UPS主机，使用的机房设备尽量采用高密度机柜和刀片服务器来提高使用效率等手段来提高机房的整体运作质量，在尽量少的支配下得到更加大的运作效果。

满足当前机房业务需求，促进未来发展，使整个系统不断升级，是目前机房建设发展的一大趋势。

1.3可靠性不够

所谓可靠性是指为了保持通信系统中服务器和网络连接设备的正常运行，机房必须有可靠的电力保障、可靠的环境保障。电力是机房的动力，所以必须保障电力的正常供给。除了市电供应外，建议机房的电力必须经UPS供出，这样电池电力在停电情况下持续一定时间的供电。同时根据系统的使用可靠性等级选用”N+1”冗余，甚至“2N”双系统的配电系统。

另外为了系统设备正常运转，对大楼及网络设备室电源采取三级防护。大楼配电室加装并联三相箱电，作为电源的一级保护，重要机房的平层配电箱加装并联三相模块，作为电源的二级保护。机房内配电箱加装并联三相模块，作为电源的三级保护。电源插座采用并联模块式防雷插座。为了保护UPS，其输出端加装并联单相电源。

另外，机房环境必须满足计算机设备对温度、湿度和空气洁净度，供电电源的质量（电压、频率和稳定性等），接地地线、电磁场、防静电和振动等项的技术要求。

1.4安全性不够

机房设计的安全性是指网络机房设计上要做好防雷防火防盗等措施，这些措施包括采用阻燃材料、防静电材料，进行专业的防雷设计等。机房除了应选在洪水、雷暴少的区域建立，还需建立一个完善的防雷系统，包括外部防雷、内部防雷以及电涌保护三方面内容。外部防雷装置（按闪器、引下线和接地装置）须承接50%以上的雷电流人泄大地；内部防雷必须采用等电位连结、屏蔽、防闪络技术和装置，阻塞雷电波沿金属导线和空间电磁场入侵；电涌保护是用于限制存在于某两物体之间的冲击过电压的一种设备，除具有防雷功能外，还有抑制过电压的作用。消防系统不够完善也是影响机房设计安全性的关键，可分为气体自动灭火系统、水喷淋系统。对于有管网系统必须规划、建设钢瓶间、消防控制间和管道，从而达到全方位报警、分区灭火，最大限度地提高对火灾的防范能力。

1.5节能环保不够

节能环保是现代科技发展的又一热门课题，在机房设计时，也必须考虑到节能环保，设计时将尽量选用对环境安全环保的材料，优化机房建设的资源可循环性，减少浪费。下面针对节能环保这一课题，提出一些可行措施：

2.现代机房建设的节能环保措施

2.1合理确定机房等级，合理选址，关注系统配置要求

不同机房的等级，其系统要求、耗能也不一样。在进行机房设计时，应结合机房的使用性质、管理要求及其在经济和社会中的重要性，严格按照根据国家规范的电子信息系统机房等级标准确定其所属级别。级别高的机房，系统冗余较高，相对来说，其投资和能耗也较高。在满足系统可靠性的前提下，合理确定机房等级和系统配置，可以降低投资，减少能源消耗。

我们不能奢求所有的数据中心都能健在高原荒漠地带，但我们可以尽量选择在电价相对较低、常年气温偏低、网络资源丰富、可充分利用外部空气制冷的场所建立数据中心。

2.2充分利用自然条件，合理选择空调节能方案

空调设计应结合当地的气候情况，根据数据中心的结构，优化冷热通道布局，选择不同的节能措施：

A、大型机房宜采用水冷冷水机组空调系统。

B、北方地区采用水冷冷水机组的机房，冬季可利用室外冷却塔作为冷源，通过热交换器对空调冷冻水进行降温。

C、空调系统可采用电制冷与外部自然冷却相结合的方式。

D、精确送风、缩短回风距离。刀片服务器等高密度机柜系统可采用紧靠热源的行级制冷、冷通道或热通道封闭的解决方案。

调查资料表明，电子信息系统机房内空调系统的用电量约占机房总用电量的20%～50%，因此空调系统的节能措施是机房节能设计中的重要环节。

2.3合理布置制冷方式、机柜机架的布置，提高设备散热效率

现在大多数数据机房采用高架地板下送风方式，这时如采用上走线可比采用地板下走线可降低20%以上的水泵和风机的能耗，因为这样即可以减少送风的阻碍，也可以减少冷风的泄露和与热风的混合。

当机柜内或机架上的设备为前进风、后出风方式冷却时，机柜或机架的布置宜采用面对面、背对背方式。对于前进风、后出风方式冷却的电子信息设备，要求设备的前面为冷区，后面为热区，这样有利于设备散热和节能，机柜或机架面对面布置形成冷风通道，背对背布置形成热风通道。这样便于冷热系统循环，避免冷热气流混合。如果采用其它的布置方式，有可能造成气流短路，不利于设备散热，这样既浪费了能源，散热效果也不理想。

2.4采用绿色节能的电源技术、提高电源效率

采用高频整流技术的UPS，可以使网侧的UPS功率因素接近为1，基本可以达到0.99以上的输入功率，只要载波频率足够高，完全可以实现输入正弦化。

如用户仍采用的是工频机，则可采用多相整流器技术，现在常见的12脉波整流器可将输入功率提高到0.92。而常见的6脉冲整流器输入功率只有0.8左右，谐波电流30%之大。

另外在传统UPS三相SCR全控整流器外输入侧增加滤波器，也可使输入功率提高到0.9，谐波THD<5%。

随着技术的发展和成熟，为了节能减排，应尽量采用高频机取代工频机，毕竟UPS的耗电量也能占到整个机房总用电量的10%～30%之多。

2.5慎重设置机房外窗，尽量减少能量损耗

根据等级电子信息系统要求，A级和B级的主机房不宜设置外窗。当主机房设有外窗时，应采用双层隔热固定窗，并应有良好的气密性。A级或B级电子信息系统机房中的服务器机房、网络机房、存储机房等日常无人工作的区域不宜设置外窗，从节能的角度来讲，不设置外窗可以避免通过外窗进入的太阳辐射热及避免通过外窗将机房内的冷量散失，从而减少空调消耗量，达到节能的目的。

2.6分区分组控制灯具，优化照明节能设计

主机房和辅助区内的照明光源应根据用途需要科学分区分组，尽量采用高效节能的LED灯、荧光灯，其镇流器的谐波限值应符合国家标准《电磁兼容限值谐波电流发射限值》GB17625.1的规定。在机房设计时必须优化照明结构，采用最先进的节能技术，对于大面积照明场所及平时无人职守的房间，在平时不需照明时可以关掉部分光源，达到节约电能的目的。同时随着科技的进步，LED节能灯的性价比正在逐步提高，采用有色LED等，不仅节约资源，外观效果也是很酷的。

3.结束语

PUE值是评价数据中心能源效率的重要指标（数据中心所有能耗除以IT负责的能耗），通常我国大多数机房的PUE值大约在2-3左右，而国外一些发达国家的数据中心甚至能达到1.3以下，GOOGLE公司的数据中心年均值可达到1.21。因此我们在设计机房，进行机房建设时，不仅要遵照国家相关标准规范，也要参考国外一些先进技术，根据实际需要做好机房设计，加大环保的投入和力度，节约资源，爱护环境，为建设高效率低耗能的机房为目标，为实现我国的绿色可持续发展做出自己应有的贡献。