數據中心電氣、暖通專業設計

文/肖奇良

隨著云計算、大數據的大規模部署應用，5G 作為物與物互聯最好的解決方案也將有望在年底進行正式商用，大規模數據中心建設將很快進入爆發期。由于設備功率密度的提高，設計單位在承接數據中心這類項目中，務必推陳出新，緊扣前沿技術要領，吸取他人的經驗教訓，避免因設計問題導致出現工藝缺陷，致使建設項目出現嚴重的經濟財產損失。

根據目前主流的設計規范，結合技術發展的方向，為使設計方案更為合理有效，應摒棄舊思路，大膽采取新技術、新方法、新思維。

現在，筆者通過對目前數據中心電氣、暖通專業的行業技術動態進行分析，結合日常設計工作中設計單位比較容易疏忽的問題，列舉若干問題進行研究。

1 機房溫濕度設計

根據傳統技術，暖通專業設計在機房溫度和濕度方面采用的是粗放式模式，沒有精確明確規定機房哪個地方的溫度和濕度，業界的設計思路往往取定末端空調機組的回風工況作為設計標準。為滿足要求，這種粗放的設計理念需要將末端空調機組設置在較低的送風溫度，并配置余量較大的空調設備容量才能達到要求，對于熱負荷密度較大的數據中心設備機房，空調耗電量較大，導致PUE 值較高。

在滿足設備正常運行的前提下，新規范對空調溫濕度的位置進行精確定位，為“冷通道或機柜進風區域的溫度”，而溫度也放寬了范圍，為18℃～27℃。

這一要求、方式的改變，若能合理選擇空調制冷模式，采用末端空調對冷通道或者設備進行精確送風，在保證機房正常運行的情況下，將可以大大節約空調用電，有效降低PUE 值。

2 空調氣流組織設計

以往大量采用房間級空調的設計模式已經不可取了，對于新機房的空調氣流組織設計，特別對于單臺機柜發熱量大于4kW 的機房，一方面為了能進行精確送風制冷，另一方面為避免局部熱島效應，需要采用地板下送風、行間制冷送風等方式。

而地板下送風方式需要對層高提出要求，需要根據單臺機柜發熱量的要求設置地板送風高度，建議樓層凈高不低于3.5 米。行間制冷送風方式需要解決冷凝水排水問題且面臨著空調備用率較高，冗余度較大的問題。

另外，空調模式的選用需要結合工程實際，利用工程所在地環境、資源、政策等條件進行論證，擇優選取。

3 空調不間斷冷源設計

以往的機房空調設計，由于設備功率密度低，一個機柜供電負荷超不過2KW，單位面積熱負荷較低，當空調因市電停電等原因停止工作時，雖然空調設備已經停機，但機房內的冷空氣其實承擔著蓄冷的作用。

而根據目前數據中心的設備功率密度，當供電停電時，如果沒有后備冷源，機房在幾分鐘內將迅速提升到導致設備宕機的環境溫度。為使的機房能夠正常運行，則需要保證空調系統有連續不斷的冷源供應，由于空氣比熱容小，空氣蓄冷將無法滿足要求，故往往需要設置蓄冷罐等蓄冷設施，蓄冷罐可以根據實際工程情況采用并聯或者串聯的方式。

另外，當采用風冷機房空調時，在資金充足的情況下也可以設置空調由UPS 供電。若無采用UPS 供電，當采用行級空調時，則需要采取措施，使得當空調系統停電時，封閉通道的天窗要能及時打開。

4 供配電系統冗余設計

根據數據中心的重要程度，比較重要的機房往往應滿足容錯要求，即A 級建設標準，其供配電系統主要有三種架構：2N、DR、RR。

2N 系統為雙系統供電，兩個系統互為主備用，當其中一個系統出現故障時，全部負荷能夠另一系統正常供電。

DR 系統為分布冗余系統供電，每個單元為本單元和相鄰單元供電，形成“手拉手”供電方式。此方案備用容量較2N 系統經濟性方面有優勢。

RR 系統為后備冗余系統，該系統由其中一個單元為其他所有單元提供備用電源，我們可以簡單理解成集中備用方式。

5 油機選型設計

在國家標準《往復式內燃機驅動的交流發電機組 第一部分：用途、定額和性能》GB/T2820.1-2009 中規定將發電機組的性能分G1、G2、G3、G4。

G1：連接的負載只規定基本電壓和頻率參數，適用于照明和簡單的電氣負載。

G2：電壓特性與電網類似，當負載發生變化時，允許暫時的電壓和頻率的偏差。適用于照明、水泵、風機等。

G3：連接的設備對發電機組的電壓、頻率和波形有嚴格要求。適用于電信負載和晶閘管控制的設備。

圖1

G4：連接的設備對發電機組的電壓、頻率和波形有特別嚴格要求。適用于數據處理設備和計算機系統。

從以上的分類以及使用的場合，不難得出：由于數據中心對發電機組的輸出頻率、電壓和波形有嚴格要求，發電機組的性能等級不應低于G3 級。

另外，在國家標準《往復式內燃機驅動的交流發電機組 第一部分：用途、定額和性能》 GB/T2820.1 中將發電機組的輸出功率分為四種：持續功率（COP）、基本功率（PRP）、限時運行功率（LTP）和應急備用功率（ESP）。

COP（持續功率）：無運行時間限制，為恒定負載持續供電的最大功率。

PRP（基本功率）：無運行時間限制，為可變負載持續供電的最大功率。

LTP（限時運行功率）：為恒定負載供電，年運行時間<500 小時。

ESP（緊急備用功率）：為可變負載供電，年運行小時數<200 小時。

A 級數據中心發電機組應連續和不限時運行，輸出功率應滿足數據中心最大平均負荷的需要發電機組容量的選定則需要采用持續功率，不應采用備用功率選用設備。

6 接地問題

對數據中心內所有設備的金屬外殼、各類金屬管道、金屬線槽、建筑物金屬結構等做電位聯結及接地是為了降低或消除這些金屬部件之間的電位差，是對人員和設備安全防護的必要措施，如果這些金屬之間存在電位差，將造成人員傷害和設備損壞，因此，數據中心基礎設施不應存在對地絕緣的孤立導體。

以往的防雷接地著重強調接地電阻值，并對其進行了嚴格的規定。經過多年的研究并結合實踐，目前已經形成了統一的認識，強調了等電位聯結并接地的方式，不對接地電阻進行嚴格的規定。

電子信息設備等電位聯結方式應根據電子信息設備易受干擾的頻率及數據中心的等級和規模確定，可采用S 型、M 型或SM 混合型。

等電位連接示意圖如圖1。

7 結束語

以上主要是結合本人實際的工作經驗并在實際設計過程中認為比較容易走偏的幾個問題的研究，旨在拋磚引玉，希望廣大數據中心設計工作者及參建者共同探討研究。