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2009-11-27 09:20:15
北京浩源同创智能科技有限责任公司    刘  丽
 

    中国农业银行数据中心是全球最大的数据中心之一，坐落于上海市外高桥，总占地面积为81919m2，总的建筑面积为124899m2，由18幢楼构成。该数据中心承担着农行全球范围内的各项核心业务和其他新业务的运行，业务数据存储、生产运行、业务支持等工作。
    中国农业银行数据中心采用以色列RIT公司提供的智能布线系统，智能控制达10000点。智能布线系统是一种将传统布线系统与智能管理联系在一起的系统。管理设备将网络连接的架构及其变化，自动传给系统管理软件，管理系统将收到的实时信息进行处理，用户通过查询管理系统，便可随时了解布线系统的最新结构。通过将管理元素全部电子化管理，可以做到直观、实时和高效的无纸化管理。
    中国农业银行数据中心的在已经启用的7个机房分别设立ZDA和HAD，在总机房设立MDA。
    中国农业银行数据中心的布线结构采用ANSI/TIA/EIA 568-B《商业建筑通信布线标准》推荐的交叉连接模式，即服务器一侧的线缆和网络设备一侧的线缆分别端接在不同的配线架，跳线的管理只在两侧配线架内实施。其中服务器侧采用智能型铜缆配线架，主干侧采用智能型光缆配线架和智能型铜缆配线架，所有智能型配线架都连接到智能管理设备，然后再连接到智能管理软件。
    与传统布线系统比较，RIT公司提供的智能布线系统具有以下优势：
    ◆ 实时监测端到端网络连接。当链路发生变化时，相应信息就可以即使地通过管理设备传达到管理软件。
    ◆ 通过声光邮件等形式对紧急事件进行报警，管理人员将及时知道网络连接的变化，对其进行报警处理。
    ◆ 控制工作任务的执行。管理人员可以通过软件将需要执行的任务下达，操作人员只需要根据系统的指示操作，就可以保证其准确率，节省大量的时间，进行高效的管理。
    ◆ 图形化显示物理层的连接架构。管理软件可以图形化显示物理层的连接架构，从所在的国家、城市、建筑物、楼层、房间、机架、配线架、线缆、插座和网络设备等，十分直观。
    ◆ 自动识别网络和拓扑结构。智能布线系统能发现网络、子网中所有的有源设备，并识别相应设备参数，自动添加到数据库中，并置于正确的位置，未来就可以识别设备连接关系的所有变化情况。
    ◆ 侦测非法设备的侵入。将某些链路定义为“保密”链路，管理软件通过和有源网络设备协同工作，规定只有带某个或者某几个MAC地址的设备可以连接到该条链路。如果有非法设备的接入，管理软件将通过各种方式进行告警。
    ◆ 资产管理。管理软件对连接在系统内所有的设备经行管理，统计设备的使用率和闲置率，通过油表盘、饼状图和树状图等多种方式进行图形显示。通过分析识别使用过度和使用不足的资源，有效利用资源，节省不必要的投资，提高运行质量。
    上述功能使得中国农业银行数据中心的布线管理质量大大提升，做到实时性、逻辑性、集中性、安全性。从而最大程度的确保系统运行的安全性，最好地保护了中国农业银行数据中心的投资。[/img]..



2009-11-24 09:43:41
中国电子工程设计院 钟景华
艾默生网络能源有限公司 朱利伟 曹播
 
    数据中心机房环境对服务器等IT设备正常稳定运行起着决定性作用。数据中心机房建设的国家标准 GB50174-2008《电子信息机房设计规范》对机房开机时的环境的要求：

    为使数据中心能达到上述要求，应采用机房专用空调（普通民用空调、商用空调与机房专用空调的差异对比不在本文讨论范围）。如果数据中心机房环境不能满足以上要求会对服务器等IT设备造成以下影响：
        温度无法保持恒定 - 造成电子元气件的寿命降低
        局部温度过热 - 设备突然关机
        湿度过高 - 产生冷凝水，短路
        湿度过低 - 产生有破坏性的静电
        洁净度不够 - 机组内部件过热，腐蚀
    一）数据中心热负荷及其计算方法
    按照数据中心机房主要热量的来源，分为：
   设备热负荷（计算机等IT设备热负荷）；
   机房照明热负荷；
   建筑维护结构热负荷；
   补充的新风热负荷；
   人员的散热负荷等。
1、机房热负荷计算方法一：各系统累加法
  （1）设备热负荷：
    Q1=P×η1×η2×η3 （KW）
      Q1：计算机设备热负荷
      P：机房内各种设备总功耗（KW）
      η1：同时使用系数
      η2：利用系数
      η3：负荷工作均匀系数
    通常，η1、η2、η3 取0.6～0.8之间，考虑制冷量的冗余，通常η1×η2×η3取值为0.8。
    （2）机房照明热负荷：
    Q2=C×S  （KW）
      C：根据国家标准《计算站场地技术要求》要求，机房照度应大于2001x，其功耗大约为20W/M2。以后的计算中，照明功耗将以20 W/M2为依据计算。
      S：机房面积
（3）建筑维护结构热负荷
    Q3=K×S/1000  （KW）
      K：建筑维护结构热负荷系数（50W/m2机房面积）
     S：机房面积
（4）人员的散热负荷：
    Q4=P×N/1000  （KW）
      N：机房常有人员数量
      P：人体发热量，轻体力工作人员热负荷显热与潜热之和，在室温为21℃和24℃时均为130W/人。
（5）新风热负荷计算较为复杂，我们以空调本身的设备余量来平衡，不另外计算。
    以上五种热源组成了机房的总热负荷，即机房热负荷Qt= Q1+Q2+ Q3+ Q4。由于上述（3）（4）（5）计算复杂，通常是采用工程查表予以确定。但是因为数据中心的规划与设计阶段，非常难以确定，所以实际在数据中心中通常采用设计估算与事后调整法。
2、机房热负荷计算方法二：设计估算与事后调整法
    数据中心机房主要的热负荷来源于设备的发热量及维护结构的热负荷。
    因此，要了解主设备的数量及用电情况以确定机房专用空调的容量及配置。根据以往经验，除主要的设备热负荷之外的其他负荷，如机房照明负荷、建筑维护结构负荷、补充的新风负荷、人员的散热负荷等，如不具备精确计算的条件，也可根据机房设备功耗及机房面积，按经验进行测算。
    采用“功率及面积法”计算机房热负荷。
    Qt=Q1+Q2
    其中，Qt 总制冷量（KW）
    Q1 室内设备负荷（=设备功率×1.0）
    Q2 环境热负荷（=0.12～0.18KW/m2 ×机房面积），南方地区可选0.18，而北方地区通常选择0.12
    方法二是对复杂科学计算的工程简化计算方法。这种计算方法下，通常容易出现计算热量大于实际热量的情况，因为机房专用空调自动控制温度并决定运行时间，所以多余的配置可以作为冗余配置，对机房专用空调的效率与耗电量不大。本文以方法二推导数据中心机房专用空调配置与能效计算。
二）数据中心机房专用空调配置
    设定数据中心的IT类设备为100KW，并且固定不变。根据上述方法二，还需要确定机房的面积。
    再假定数据中心的热负荷密度为平均热负荷密度，即4Kw/机柜。也就是说平均每个机柜为4kw的热负荷。
    数据中心的机柜数量为：100kw/4kw=25台机柜
    按国家标准 GB50174-2008《电子信息机房设计规范》有关机柜占地面积计算方法，

    取每个机柜的占地面积为中间值4m2/台，那么数据中心的面积为：
      25台机柜×4m2/台=100 m2
    假定环境热负荷系数取0.15 KW/m2，则数据中心机房总热负荷为：
      Qt=Q1+Q2=100kw+100×0.15=115kw
    数据中心送风方式选择：按国家标准要求，采用地板下送风，机柜按冷热通道布置。
    机房专用空调选择：机房空调通常分为DX（直接制冷）与非直接制冷（包括各类水制冷系统等），先讨论直接制冷系统的机房空调。不同厂家有不同型号的机房专用空调，以艾默生网络能源有限公司生产的Pex系列机房空调为例，应配置的机房空调为：
    两台P2060机房空调，在24℃ 相对湿度50%工况下，每台制冷量为60.6kw，两台空调的总制冷量为121.2kw，略大于115kw的计算热负荷。
    根据国家标准 GB50174-2008《电子信息机房设计规范》的数据中心空调配置建议，数据中心通常建议采用N+M（M=1，2，…）配置形式，提供工作可靠性与安全性。
    假设本数据中心采用N+1方式配置，即为2+1方式配置3台P2060机房空调，实现两用一备工作。
三）数据中心机房专用空调耗电量与能效计算
    机房空调耗电器件有：
 压缩机，也是主要的耗电器件
 室内风机，
 室外风机
 室内加湿器
 再热器，用于过冷状态下加热
 控制与显示部件等，耗电量较少，可忽略不计
a， 压缩机、室内风机、室外风机的耗电计算
    压缩机、蒸发器、膨胀阀、冷凝器组成一个完整的冷热循环系统（空调四部件），其中耗电部分是压缩机、室内风机、室外风机等三个部件。
 
图：空调四部件循环
    详细计算不同工况下的三个部件的耗电量是困难的，但是在最大制冷量输出下，空调行业有个标准的参数，即能效比。
    能效比即一台空调用一千瓦的电能产生多少千瓦的制冷/热量。分为制冷能效比EER和制热能效比COP。例如，一台空调的制冷量是4800W，制冷功率是1860W，制冷能效比(EER)是：4800／1860≈2.6；制热量5500W，制热功率是1800W，制热能效比COP(辅助加热不开)是：5500／1800≈3.1。
    显然，能效比越大，空调效率就越高，空调也就越省电。目前，我国市场上民用空调平均能效比较低，仅为2.6。美国现行的空调能效标准规定输出功率介于2300W到4100W，即小1匹到1.5匹的空调，能效比达2.8即为合格品；能效比达3.2即达到能源之星标准；而能效比低于2.8，不准在美国市场销售。欧洲的能效标准，空调能效水平分为A、B、C、D、E、F、G共7个级别。其中A级最高，能效比为3. 2以上；D级居中，介于2.8～2.6之间；E 级以下属于低能效空调。目前我国绝大多数空调处于欧洲E级水平。而在日本国内的空调器的能效比现在一般都在4.0～5.0左右。
机房专用空调因为采用专用压缩机，所以能效比都在3.3～3.5之间。本例中按最大负荷制冷功率115kw，则3台艾默生P2060空调为两用一备，其中备份机在先进的iCom控制模块控制下，只有控制电源工作，能耗很少，忽略不计。
    2台P2060空调，总制冷功率为121.2kw，取能效比中间值3.4计算，则四部件电功率为：
    P四部件=P制冷/cos=121.2kw/3.4=35.64kw。
b， 室内加湿器功率
    数据中心机房的环境、建筑条件、密封状态等不同，导致加湿功率不同。
    艾默生Pex系列采用远红外加湿器，结构简洁，易于拆卸、清洗和维护。悬挂在不锈钢加湿水盘上的高强度石英灯管发射出红外光和远红外光，在5～6秒内，使水盘中的水分子吸收辐射能以摆脱水的表面张力，在纯净状态下蒸发，不含任何杂质。远红外加湿器的应用减少了系统对水质的依赖性，其自动冲洗功能，使水盘更清洁。



2009-11-20 10:06:08
中国电子工程设计院 钟景华
艾默生网络能源有限公司 朱利伟 曹播
 
    供电系统指的是从市电变压器、发电机组之后，包括ATS自动切换开关、配电系统、UPS、供电电缆等环节，如下图所示：

图1：数据中心常见供电系统图（示意图）
    上图为数据中心供电系统原理图。
    在计算机类负载为1Kw时，为计算机类负载提供供电的系统（包括ATS自动切换开关、低压配电开关、UPS供电系统、供电电缆等）在输出功率1Kw条件下，计算供电系统的损耗即为PUE供电因子，计算的数学模型为：
        供电因子Power Load Factor
        =ATS开关损耗+低压配电系统损耗+UPS系统损耗+供电电缆损耗
    其中ATS开关损耗、低压配电系统损耗、供电电缆损耗很小，基本上是铜损与接触电阻损耗，统计数据表明为1%～3%左右，取中间值2%即为0.02。
        供电因子Power Load Factor
        =0.02+UPS系统损耗
    而在数据中心设计与运营中，UPS系统的损耗随着UPS供电方案不同而变化。
    根据TIA942标准与新GB50174《电子信息机房设计规范》（报批中），数据中心UPS实际供电方案或为N+1供电系统、或为2N与2（N+1）供电系统。

图2：数据中心中N+1供电系统

图3：数据中心常见供电系统图（2N）或2（N+1）
    中大型数据中心中，最常见的供电系统为2N、2（N+1），在不同配置方式下负载比率不同，效率略有差异。本文以负载率较低的单机双母线组成2N供电系统为例，研究正常工作下UPS的效率与损耗。



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