電力企業(yè)用戶數(shù)據(jù)中心規(guī)劃的新理念與技術(shù)

2013-12-20 11:13:59 電力信息化　點(diǎn)擊量：評(píng)論 (0)

　長(zhǎng)期以來(lái)，電力企業(yè)用戶對(duì)數(shù)據(jù)中心的規(guī)劃。一直把焦點(diǎn)簡(jiǎn)單的聚集在電力電子層面，即IT設(shè)備的容量和處理能力是否滿足企業(yè)本身要求，場(chǎng)地和UPS電力供應(yīng)的精度和延時(shí)是否能滿足IT設(shè)備的容量要求，卻甚少真正的從系統(tǒng)全面的角度去考慮規(guī)劃建設(shè)一個(gè)高可用性數(shù)據(jù)中心需要注意的全部問(wèn)題，基于以上事實(shí)，本文對(duì)數(shù)據(jù)中心的規(guī)劃過(guò)程中UPS及機(jī)房冷卻系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)注意的一些重要問(wèn)題進(jìn)行了詳細(xì)的論述。

　　數(shù)據(jù)信息時(shí)代的來(lái)臨，使得電力企業(yè)對(duì)各種自動(dòng)化及IT設(shè)備的依賴度越來(lái)越明顯，而作為電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)核心的三大系統(tǒng)：CIS(客戶信息系統(tǒng))、PMS(生產(chǎn)管理系統(tǒng))ERP應(yīng)用系統(tǒng)，更是掌握著電力企業(yè)的命脈，長(zhǎng)期以來(lái)，電力企業(yè)用戶對(duì)數(shù)據(jù)中心的規(guī)劃，一直把焦點(diǎn)簡(jiǎn)單的聚集在電力電子層面，即IT設(shè)備的容量和處理能力是否滿足企業(yè)本身要求，場(chǎng)地和UPS電力供應(yīng)的精度和延時(shí)是否能滿足IT設(shè)備的容量要求，卻甚少真正的從系統(tǒng)全面的角度去考慮建設(shè)一個(gè)高可用性數(shù)據(jù)中心需要注意的全部問(wèn)題。

　　在國(guó)外，最先把數(shù)據(jù)中心各個(gè)環(huán)節(jié)作為一個(gè)整體來(lái)研究的研究機(jī)構(gòu)，是美國(guó)可用性研究中心，作為一個(gè)專門從事IT系統(tǒng)物理設(shè)施研究、設(shè)計(jì)、咨詢的機(jī)構(gòu)，他們把自己的研究工作內(nèi)容概括為“NCPI”(Network Critical Physical Infrastructure)，NCPI包括與物理中心基礎(chǔ)物理設(shè)施的全部?jī)?nèi)容，諸如UPS不間電源系統(tǒng)、機(jī)房空調(diào)制冷系統(tǒng)、IT機(jī)架設(shè)備內(nèi)環(huán)境、機(jī)房環(huán)境監(jiān)控、機(jī)房建設(shè)等方面，他們的很多設(shè)計(jì)理念和研究成果，其實(shí)已經(jīng)超出了傳統(tǒng)概念的機(jī)房和UPS應(yīng)具備功能的范疇，筆者就此與電力企業(yè)數(shù)據(jù)中心建設(shè)規(guī)劃相關(guān)的理念和新技術(shù)，稍作闡述。

1 數(shù)據(jù)中心的供電方案及UPS選擇

　　隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，廣大企業(yè)用戶，對(duì)機(jī)房供電系統(tǒng)的要求，不應(yīng)再只局限于通過(guò)UPS提供穩(wěn)定的不間斷電力給負(fù)載，以及是否能并機(jī)冗余運(yùn)行，是否能提供長(zhǎng)時(shí)間的延時(shí)供電；而是對(duì)整個(gè)機(jī)房，甚至精確到IT設(shè)備微環(huán)境(每個(gè)機(jī)架)的供電質(zhì)量、電力傳輸中各個(gè)環(huán)節(jié)各種設(shè)備的匹配、UPS的可擴(kuò)展性作出了全面的考慮。

1．1 UPS的供電模式

　　圖1是典型的傳統(tǒng)UPS并機(jī)集中供電方案。從圖1可以看出，3臺(tái)UPS通過(guò)并機(jī)方式，向后面的配電單元(PDU)及負(fù)載供電，并機(jī)冗余的方案看起來(lái)似乎可靠性很好，但是實(shí)踐證明，這種方式給數(shù)據(jù)中心供電，有兩個(gè)缺點(diǎn)：

(1)是空載運(yùn)行的UPS投資巨大；

(2)是UPS并機(jī)的過(guò)程相當(dāng)復(fù)雜，存在故障單點(diǎn)，即一旦并機(jī)環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障，后面的負(fù)載將會(huì)全部失電，給數(shù)據(jù)中心帶來(lái)災(zāi)難性的后果。

　　事實(shí)上，隨著IT技術(shù)的不斷發(fā)展，很多IT設(shè)備(服務(wù)器、路由、交換機(jī))的生產(chǎn)廠商已經(jīng)意識(shí)到了這一點(diǎn)，所以近年來(lái)新出的IT設(shè)備，多是雙電源供電的設(shè)備。于是，傳統(tǒng)的UPS并機(jī)模式漸漸被以下的供電模式所取代，如圖2所示。

　　由圖2可以看出，對(duì)于雙電源的IT設(shè)備，兩路不同的UPS電源，直接供到IT設(shè)備的機(jī)柜上，無(wú)單點(diǎn)故障，大大提高了電力供應(yīng)的可靠性，而對(duì)于單電源的設(shè)備(如圖中的服務(wù)器)，則采用切換時(shí)間低于服務(wù)器斷電宕機(jī)時(shí)間的ATS(自動(dòng)切換)裝置同時(shí)由兩路電源冗余供電，把故障可能性降到最低。

1．2 UPS的延時(shí)問(wèn)題

　　很多企業(yè)用戶，在配置UPS的時(shí)候，往往會(huì)認(rèn)為UPS的延時(shí)時(shí)間是越長(zhǎng)越好，其實(shí)這是一個(gè)誤解。因?yàn)閁PS作為應(yīng)急電源設(shè)備，其真正的作用，是保證其后面供應(yīng)的數(shù)據(jù)IT設(shè)備，能夠在市電故障時(shí)正常運(yùn)行，不發(fā)生數(shù)據(jù)中斷或丟失。如果需要長(zhǎng)時(shí)間的延時(shí)，則需要大批量的電池作后備，而大批量的后備電池，同樣需要長(zhǎng)時(shí)間的充電，并占用大量的場(chǎng)地空間，無(wú)論是從經(jīng)濟(jì)角度還是環(huán)保角度去考慮，都是不科學(xué)的，數(shù)據(jù)中心合理的電池方案配置，應(yīng)該以0．5—1h的延時(shí)時(shí)間為宜，停電后，在15—30 min內(nèi)，啟動(dòng)企業(yè)的應(yīng)急發(fā)電機(jī)，由發(fā)電機(jī)通過(guò)UPS對(duì)數(shù)據(jù)中心的負(fù)載進(jìn)行供電，這才是正確的做法。

1．3 UPS可擴(kuò)展性問(wèn)題

　　數(shù)據(jù)中心的管理者，在規(guī)劃建設(shè)一個(gè)數(shù)據(jù)中心時(shí)，初衷都是希望數(shù)據(jù)中心的規(guī)劃，是合理且具備高可拓性的。然而，在數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求高速發(fā)展的今天，3～5年數(shù)據(jù)中心內(nèi)的設(shè)備功率增加，往往是很難預(yù)測(cè)的。IT設(shè)備和機(jī)柜的標(biāo)準(zhǔn)化，解決了IT設(shè)備占用場(chǎng)地空間可拓展性和可預(yù)測(cè)性的問(wèn)題，但是UPS擴(kuò)容所需的空間和可拓展性問(wèn)題，又有沒有辦法解決呢?答案是肯定的。事實(shí)上，幾年前已經(jīng)有國(guó)外廠商研制出了外形跟標(biāo)準(zhǔn)IT設(shè)備機(jī)柜大小一樣的UPS，同時(shí)把UPS的功率容量像陣列式IT磁盤機(jī)一樣，采用分割模塊式設(shè)計(jì)。這樣一來(lái)，UPS就可以像IT機(jī)柜一樣布置在數(shù)據(jù)中心之內(nèi)，而功率模塊的可分拆，使得UPS在維修或擴(kuò)容時(shí)，僅需更換或者添加相應(yīng)的模塊即可，既縮減了UPS的維修時(shí)間，同時(shí)也使得在UPS在擴(kuò)容時(shí)不再需要占用新的場(chǎng)地空間，完美實(shí)現(xiàn)了UPS電源可拓展性。

2 數(shù)據(jù)中心的冷卻

2．1 電力數(shù)據(jù)機(jī)房對(duì)散熱的要求

　　傳統(tǒng)的企業(yè)機(jī)房，一般采用機(jī)房專用精密空調(diào)、架空地板由下往上送風(fēng)的方式，對(duì)機(jī)房?jī)?nèi)的設(shè)備進(jìn)行散熱冷卻。事實(shí)上，由于精密空調(diào)的價(jià)格昂貴，很多電力企業(yè)的老機(jī)房甚至是用普通空調(diào)來(lái)代替機(jī)房專用空調(diào)，對(duì)機(jī)房設(shè)備作散熱的。咋看也沒有什么不妥，機(jī)房的溫度好像也滿足要求，設(shè)備也運(yùn)行得很好。事實(shí)上在早期的電力機(jī)房的所有設(shè)備中，遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備份額最大，同時(shí)機(jī)房?jī)?nèi)單位屏柜(機(jī)架)的IT設(shè)備比較少。一般來(lái)說(shuō)，每個(gè)屏柜上的負(fù)載功率不會(huì)超過(guò)2 kw，每個(gè)機(jī)房的屏柜也不會(huì)超過(guò)10個(gè)。在這種情況下，用普通空調(diào)對(duì)機(jī)房散熱當(dāng)然影響不大。但是隨著電力信息技術(shù)的發(fā)展，企業(yè)的數(shù)據(jù)機(jī)房越來(lái)越大，數(shù)據(jù)機(jī)房里面的設(shè)備越來(lái)越多，以一個(gè)省級(jí)的電網(wǎng)企業(yè)為例，用于綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)及調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)上的IT設(shè)備硬件，已經(jīng)取代以往的遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備，成為了數(shù)據(jù)中心功率負(fù)載的核心主力，而隨著IT設(shè)備硬件技術(shù)的發(fā)展，單臺(tái)功率高于4 kW的陣列式服務(wù)器、交換機(jī)和其他通信設(shè)備，已經(jīng)屢見不鮮。這樣一來(lái)，單臺(tái)數(shù)據(jù)機(jī)柜的功率往往可以達(dá)到6~20 kw，在這種情況下，別說(shuō)用普通空調(diào)，就是用傳統(tǒng)的精密空調(diào)下送風(fēng)方式，來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)中心里面的重要IT設(shè)備進(jìn)行冷卻，都是有巨大風(fēng)險(xiǎn)的。高功率密度的IT設(shè)備，往往承載的都是一個(gè)企業(yè)電力最核心和重要的數(shù)據(jù)，一旦因?yàn)樵O(shè)備過(guò)熱，造成宕機(jī)的情況出現(xiàn)，對(duì)企業(yè)的打擊可以說(shuō)致命的。

2．2機(jī)房冷卻應(yīng)注意的問(wèn)題

所以，在數(shù)據(jù)中心的冷卻問(wèn)題上。必須注意到以下數(shù)點(diǎn)：

(1)出于提高IT設(shè)備及機(jī)柜本身的通風(fēng)散熱能力的目的考慮，必須放棄以往的玻璃門閉合機(jī)柜，采用帶大面積散熱孔或是全開放式的機(jī)柜來(lái)承載IT設(shè)備。

(2)機(jī)房的環(huán)境溫度足夠低，并不等同于單個(gè)機(jī)柜內(nèi)的設(shè)備環(huán)境很低，只要設(shè)備所處的IT微環(huán)境溫在度存在熱點(diǎn)，IT設(shè)備就有宕機(jī)的風(fēng)險(xiǎn)存在，用家用的舒適性空調(diào)，代替機(jī)房專用空調(diào)使用，是一種錯(cuò)誤的做法。

(3)由于服務(wù)器、交換機(jī)等主要IT設(shè)備的自身冷卻，都是采用前進(jìn)風(fēng)、后出風(fēng)的方式來(lái)冷卻的。同時(shí)熱的空氣由于密度小，總是會(huì)漂浮于冷空氣的上方，所以在機(jī)房冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，必須遵循以下原則：

　　不同一排的IT機(jī)柜，必須采用面對(duì)面、背靠背的方式擺放，因?yàn)闄C(jī)柜內(nèi)的設(shè)備總是前進(jìn)冷風(fēng)，后出熱風(fēng)，如果不同排的IT機(jī)柜采用同一朝向的方式擺放，前面一排的機(jī)柜設(shè)備排出的熱風(fēng)，將會(huì)被后面一排的機(jī)柜吸入，大大影響了后排機(jī)柜的散熱效果。

　　機(jī)房專用空調(diào)的設(shè)計(jì)。應(yīng)采用下送風(fēng)(前送風(fēng))、上回風(fēng)(后回風(fēng))的方式，對(duì)機(jī)房設(shè)備進(jìn)行冷卻散熱，只有這樣，才能做到真正的節(jié)能和高效。典型的機(jī)房系統(tǒng)活動(dòng)地板冷卻送風(fēng)圖如圖4所示(摘自APC公司公開網(wǎng)站)。

(4)當(dāng)單個(gè)機(jī)柜的功率負(fù)載大于10 kW時(shí)，按照傳統(tǒng)的機(jī)房精密空調(diào)，通過(guò)架空地板下送風(fēng)的方式對(duì)數(shù)據(jù)機(jī)房進(jìn)行整體供冷的方式散熱，可能已相當(dāng)吃力，這時(shí)可以考慮采用單獨(dú)的機(jī)房專用空調(diào)，有針對(duì)性地對(duì)某些重要設(shè)備單獨(dú)或分區(qū)供冷，以保證IT設(shè)備的正常運(yùn)行。

3 結(jié)束語(yǔ)

　　作為數(shù)據(jù)中心IT設(shè)備基礎(chǔ)設(shè)施核心的UPS及空調(diào)冷卻系統(tǒng)，與數(shù)據(jù)中心的其他環(huán)節(jié)構(gòu)成了一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，只有把數(shù)據(jù)中心的各個(gè)環(huán)節(jié)綜合起來(lái)考慮，才可以打造一個(gè)安全、可靠、節(jié)能、高效的企業(yè)數(shù)據(jù)中心，使得企業(yè)真正做到安枕無(wú)憂。

責(zé)任編輯：和碩涵

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