高校智能模块化数据中心机房建设

摘要：随着高校信息化的快速发展，数据中心机房作为支撑高校信息化发展的基础设施显得越来越重要，子系统模块化很好地解决了数据中心机房扩展不灵活、效率低等问题，智能化是数据中心机房管理水平的重要标志，智能化管理系统贯穿机房各个子系统。本文以北京师范大学新校区IDC机房建设为例，介绍我校智能模块化数据中心机房建设经验。

关键词：IDC；数据中心；智能

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）30-0040-03

1 前言

北京师范大学主校区IDC机房于2013年建设完成投入使用，采用国家B级机房建设标准，提供标准服务器机柜80个，采用两路市电至两台400KVA UPS，采用分区分级设计，分别可提供15KW、6KW、3KW三种容量服务器机柜，根据不同配电容量机柜采用行间空调、地板下送风和冷通道封闭，保障设备制冷需求【1】。2017年学校昌平新校区IDC机房启动建设工作，该机房定位为主校区同城灾备中心和双活数据中心，采用国家B级机房建设标准。

根据该定位我校新校区IDC机房采用两路480KW市电，建设标准服务器机柜40个，一期建设20个。每机柜配置5KW，采用底座式空调和冷通道封闭，采用模块化UPS和智能监控管理系统。设计如下图所示：

2 制冷系统设计

2.1 风冷底座式制冷方案

机房设计服务器机柜40台，5KW/台；弱电列头柜4台，强电列头柜4台，2kw/台。考虑到机房设备可靠性因素，空调制冷量设计应有余量保证，本项目一期选用制冷量为不低于12.5KW的底座式空调10台单台总冷量，9主1备工作，满足冗余要求。

底座式空调为模块化设计，底部标配脚轮，现场可快捷移出空调进行维护。电气方面采用端子热插拔式，操作安全且可大幅缩短维护时间。每台室内机均配置快速接头与关断阀，方便进行末端维护。冷源分配单元安装在冷通道底下，不占用微模块空间，且分配单元预留空调接口，后续微模块可实现快速扩容，空调即插即用。EC风机、变频列间空调，按需制冷，深度节能智能群控技术，提升可用性。

2.2 节约机房空间

冷源分配单元安装在冷通道底下，不占用微模块空间，且分配单元预留空调接口，后续微模块可实现快速扩容，空调即插即用。底座式空調安装在机柜底座下，不占用机柜列空间；相同面积下可多放置10%以上的机柜，可提高数据中心机房有效利用率，为IDC创造更大价值。

2.3 应急、维护

底座式空调为模块化设计，底部标配脚轮，现场可快捷移出空调进行维护。电气方面采用端子热插拔式，操作安全且可大幅缩短维护时间；每台室内机均配置快速接头与关断阀，方便进行末端维护。只需要配备备品机房维护人员在很短的时间可自行替换故障室内机。

2.4 节能、绿色

智能群控技术，提升可用性。相同制冷量前提下，空调造价低于列间空调，初投资相对较小；采用恒温恒湿型空调的微模块，整体PUE高于采用列间空调的微模块。按IT负载（含二期）200KW计算，使用行间空调耗电80KW，使用普通下送风空调耗电200KW，按正常运行50%计算，每年节省约52万度电。

2.5 空调运行模拟

机柜微模块通风地板尺寸600*600，通风率为50%，布置方式为微模块机柜后（见设计图纸）。空调间隔摆放，两块通风地板对应一台空调，因此空调通风地板通风面积为远大于空调回风尺寸500*440，回风通风地板布置满足要求。

2.6 空调最大支持功率核算

每IT机柜对应一台底座空调，按照服务器可接受最小风量负载比：204CMH/kW来计算（24℃送风温度）。此项目空调送风风量为2200CMH/台。单台空调最大支持功率=2200/204=10.78kW大于项目最大负载10kW，空调满足要求。

CFD仿真结果

通过在CFD仿真软件中搭建虚拟模型，进行数值计算，得出以下结果：

1） 冷热通道温度正常，冷通道温度在23-25度之间，热通道温度在33度以下。详见下图

回风流量满足空调风量需求。由图可见单台空调后部回风流量约为0.667m?/S（约为2400CMH/台），满足单台空调风量需求。

3 配电系统设计

本次电力引入为双路480KW供电，由大楼配电室引入双路电源经过ATS后接入市电输入配电柜，直接供电给UPS及空调、动力配电分路。机柜内双路PDU保证机房电子设备双路电源供电。

IT设备由1台200KVA容量的模块UPS供电，UPS采用N+X冗余供电结构，其中的UPS采用双变换在线式模块化热插拔的冗余型智能UPS系统，在保证供电安全和可靠性的基础上方便实现扩容和维护。电池配置后备时间半小时。

机房初步负荷计算如表1：

模块化UPS较传统UPS有较大的优势，模块化UPS通过模块的冗余来实现高可靠，而传统UPS需要两台并机实现，建设成本更高。模块化UPS的转化效率更高，如下图所示，负载在25%-100%之间模块化UPS效率能达到96%左右，远高于传统UPS。模拟化UPS后期扩容方便灵活，只需要增加模块即可。

4 DCIM系统设计

DCIM系统通过统一的操作平台和统一的管理平台，完成对机房环境、机电设备、安防、消防、IT上架设备各子系统无缝数据集成【2】，实时获取各子系统监控数据，通过对各子系统监控数据处理、分析及逻辑判断，实现上述各子系统的集中视图、集中监控、集中告警、集中数据分析和统一运维管理。全面地集中监控供配电系统、暖通系统、安全防范系统、 资产管理系统、能源与热场管理系统，并且通过可视化系统直观展现大平台数据。使各个子系统之间的数据进行交互，实现各系统信息的互联、 互通、互用，提供高效、集中、优化的管理手段，实现信息互通互联、业务协同，为数据中心的长期可靠运行提供决策支撑。

4.1 能源能耗管理

系统通过采集数据中心的能耗，了解各个设备、模块能耗使用情况。如能源输入能耗、变配电能耗、负载能耗等等。其次对各个子系统能耗进行精细化统计分析，如对所有IT设备能耗进行统计，制冷子系统能耗、通风子系统能耗、配电子系统能耗、照明子系统能耗等。 数据采集完成后，通过能效分析管理平台分析，为用户提高数据机房的电源使用效率指明方向。能效管理数据来自于机房的UPS、UPS配电柜、市电输入柜、精密配电柜、发电机等配电设备，通过能效管理模块就可以实时显示每个耗电系统（精密空调、冷水机组、照明、IT系统等）当前的耗电情况，实时监测数据中心总能耗、IT设备能耗、空调设备能耗等。通过能耗分析引擎，迅速找出能耗使用突破点，根据匹配的能耗知识库，关联出相应的节能改进建议。

4.2 设备资产管理

设备资产管理旨在对机房相关实物资产（库存资产、在架资产、办公资产等）进行全生命周期管理，给用户提供面向企业内部统一的资产管理平台，提供机房实物资产自动化盘点工具，并为机房容量管理、配置管理等IT服务管理提供数据接口，协助管理员高效运维机房业务。

资产管理功能主要包含设备管理、线路管理、备品备件管理、资源管理。智能条码技术，通过条形码标签结合扫描枪读取方式进行设备身份识别、管理，该方式造价成本相对较低，但人员主动性依赖大，适合机房规模小设备变动频率低的应用场景。RFID技术，采用成熟的无线射频RFID技术，结合物联网应用，采用智能化标签，通过天线自动获取标签属性、位置信息等，实现全自动化管理。有线标签U位管理，采用标签绑定采集条方式实现设备一对一高效管理，每台设备通过标签连接到机柜资产信息采集条，精确到资产U位，100%准确率管理，是综合考虑成本及管理手段的一种管理方式。

4.3 基础动环监控子系统

基础设施监控子系统由机房动力设施监控、环境设备监控、安防设施监控组成。其中动力设施监控实现对低压配电柜、UPS、精密列头柜、蓄电池组等加装智能电量仪和采集模块，通过RS485智能监控通讯接口及通信协议将信号上传至监控平台由监控平台软件进行实时监测。环境设施监控实现对精密空调、定位漏水、机房温湿度等实时监测和预警。安防设施监控实现对視频系统、门禁系统、烟感温感的实时监控和远程控制。

5 总结

北京师范大学昌平新校区IDC机房各子系统均采用模块化设计便于以后的扩容和维护。在机房管理方面引入DCIM系统，实现对各子系统的健康状况、能耗的实时监控，主动对物理设备进行识别、定位、运行状态监测保障可用性前提下提高效率、降低成本，让数据中的资产、空量、能耗说得清、管得住。

参考文献：

[1] 鲁学亮，等.高校数据中心机房建设研究与实践[J].中国教育网络，2016：59-60.

[2] 李明江.DCIM系统在数据中心部署中存在的问题探讨[J].现代建设电气，2015：18-20.

【通联编辑：梁书】