株洲白關數據中心建筑設計

曹詩敏

（美國swa景觀設計公司，美國 休斯頓 得克薩斯州 77002）

1 項目背景

國家電網公司通過變電站、分布式清潔能源、儲能站、充電站、5G基站、北斗地基增強站等與數據中心全方位的優化整合，及與互聯網企業的深度合作，可以幫助企業節約成本，提高服務效率、快速響應業務需求、與業務目標更加匹配，承擔社會責任，在助力國家戰略工業4.0發展的同時，獲得良好的經濟效益。數據中心建筑設計需要不斷創新，積極面對信息爆炸、能源消耗與業務升級帶來的巨大挑戰，與變電站融合建設主要考慮邊緣數據中心站（主要支撐對內業務）和核心數據中心站（主要支撐對外業務），從而實現“三流合一”的新模式。

2 場地概況

數據中心位于株洲市蘆淞區白關鎮新莊村，位于規劃中的株洲航空城和服飾城產業園區中。處于規劃中的服飾大道與千億大道交匯處的西南側。場地為丘陵地貌，地形起伏較大，城市規劃能源站周圍山地為綠化用地。

站內豎向布置采用臺階布置，臺階高差3m，變電站、數據中心位于高出儲能站3m的平臺上。數據中心建筑設計將同環境協調，與場地緊密聯系。

3 設計策略

3.1 動態模塊結構

1）模塊化設計可快速部署，靈活擴容，支持能源站預期的業務增長。2）在電力供應、通信端口上預留合理余量，滿足對升級設備及服務的需求。

3.2 綠色節能技術

1）行間空調＋封閉冷通道模塊化建設方式，避免冷熱流混合，提高能源利用效率。2）建筑圍護結構采用新技術，配合立面金屬網板裝飾，打造“綠色建筑”數據中心。3）模塊化數據中心與傳統數據中心相比，減少60%－65%能耗。

3.3 創新美觀工藝

1）立面采用裝配式板材與擴張網板，增強了專業數據機房的視覺感受，賦予了建筑現代感。2）結構采用全裝配預制鋼框架，采用“建筑元器件”的設計概念，以結構構件或建筑功能單元為基本元件組合而成，具有構件裝配化、圍護一體化、生產工廠化等特點。3）裝飾上，頂棚直接利用壓型鋼板底模不需二次裝修，架空防靜電地板、石塑地板，直接拼裝，美觀簡約，節約投資，加快建設進度。

3.4 智能綜合管理

1）智能管理系統全面感知電氣、空調等子系統的運行狀態，提高智能運行能力。2）站內“三流合一”，數據互通。

3.5 安全高可信度

1）遵循Tier3標準，設備安全可靠。2）設計時充分考慮抵御自然災害的能力，有可靠的站內電力及冷量供應。3）配置完善的監控系統，提升機房防災防盜能力。

4 建筑設計理念

4.1 平面設計

（圖片來源：湖南省電力設計院）

1）模塊化的應用。數據中心一期包含九個微模塊，微模塊內部集成供配電、制冷、機柜、氣流遏制、綜合布線、監控等子系統，每個微模塊都獨立成1個小型數據中心機房，建筑平面圍繞微模塊展開，再圍繞微模塊配套設備用房。一期共兩個模塊，配合預制結構，遵循簡化、緊湊、靈活擴展的原則，提高機房比例，降低土建成本，同時通信接入間單獨組成模塊并入機房，采用模塊化建設方式，未來隨著業務升級可靈活復制。2）簡化裝修與功能。簡化裝修與功能能夠節約投資，加快建設進度，提高機房占地面積與利用率。機房內一層輔助用房面積為709m2，交通面積為142m2，機房利用率達到83%。3）內外流線分開。數據中心首層平面分為工作流線及外來用戶流線，功能分區明確，既可形成各子系統物理分區，又可提高建筑的使用效率。4）預留豎井與管線通道。在設計時即統籌規劃，預留出豎井與管線通道，能有效避免施工過程中各專業的管道交叉，滿足設備的安裝和維護檢修要求。

4.2 立面設計

立面造型遵循穩重樸素、經濟適用、綠色節能的原則。墻面采用銀灰色裝配式金屬板材，結合國網元素，門廳及交通空間點綴國網綠色，墻面外配置擴張網板，通過配色與材質處理塑造出數據中心的現代感與科技感，同時入口純凈的玻璃幕墻強化了立面造型的秩序感。

1）經濟適用。采用裝配式墻體，采用DW 雙層集成墻板加金屬擴張網板，方便拆換維修與回收。2）環保節能。利用金屬擴張網板的遮陽效果，更利于機房控制夏季的室內溫度。同時擴張網板相對價格便宜，可以滿足造型的同時節省造價。3）美觀舒展。以均勻的肌理和舒展的線條消解了過大的體量，體現了建筑適宜的尺度感，展現了數據中心的現代性與科技感。4）立面構成。墻體為裝配式DW 雙層集成墻板及擴張網板，公共交通空間突出，利用立面構建光影效果。數據中心入口門廳設于建筑一角，連接園區道路，采用了玻璃幕墻的形式，配合一體化遮陽，在視覺上明顯突出，便于外來客戶識別。高度為建筑總體高度三分之一，使整體建筑尺度適宜，不至于過分夸大。

立面設計滿足盡可能少開窗的原則，開窗位置以平面功能為基礎，窗戶開在樓梯間、衛生間、門廳、輔助用房這些非機房而又需要通風采光的房間，在形式上，為配合建筑立面，采用正方形窗的形式。配電間機房沒有開窗。屋頂采用大跨度的平屋頂設計。屋面放有光伏板及機電設備，檐部設置1.4m的女兒墻，能立面上遮擋設備，保持立面的純凈有序

（圖片來源：湖南省電力設計院）

5 裝修導則

數據中心進行裝飾設計的過程中必須以整個數據中心機房的總體設計要求為基礎，在滿足總體功能要求的基礎上，為機房內相關設備提供一個安全運行的環境，同時兼顧美觀實用性原則。

1）安全可靠性原則。數據中心機房進行裝飾設計時，首先要確保機房的防火、防雷及防盜等方面的安全性，如通過阻燃裝飾材料的使用及安防系統的建設等措施確保數據中心機房的安全可靠性。2）經濟適用性原則。從數據中心的整體需求出發，應在符合系統需求的基礎上，實現裝飾設計的實用性及其技術方面的可行性，強調各個環節的經濟實用性。裝飾材料的選擇及裝修過程的投入性價比應盡可能高，確保資金產出投入比盡量達到最大值。3）美觀舒適性原則。對于數據中心而言，應進行門廳、用戶工作室以及行政辦公室的設置，人員進出主機房必須進行更衣換鞋，以確保室內衛生環境。數據中心機房的整體裝飾應當體現出機房區域的特點，從室內來看，應當重點強調高科技現代化的工作環境，突出嚴謹的科學氛圍，裝飾的線條應當盡可能簡潔大方，裝修時色彩應莊重典雅，裝飾材料應當經濟環保。

6 綠色節能技術

數據中心的能耗問題已越來越成為人們所關注的重點，綠色數據中心的呼聲越來越高。由于數據中心涉及的專業很多，要從多專業綜合考慮節能降耗。

特別是數據中心建筑，圍繞“綠色建筑”概念，優化圍護結構選型，通過采用先進節能設計理念和施工技術使建筑圍護結構達到最優化，極大限度地提高建筑的保溫、隔熱和氣密性能，顯著降低建筑的采暖和制冷需求，通過采用多重綠色節能技術，從而實現建筑保溫隔熱、采光、通風、降噪、光伏發電等功能。

數據中心的組成應根據系統運行特點及設備具體要求確定，宜由主機房、輔助區、支持區、行政管理區等功能區組成。根據最新國標及企標測算，本數據中心安裝的198個機柜約需配置建筑面積2500m2。由于采用“三站合一”和“模塊化機房”技術，在保證所有功能用房的前提下，通過功能優化，將配套用房面積壓縮，減小數據中心建筑面積，簡化工藝系統，將同等規模數據中心建筑面積由2500m2減小至1900m2，建筑面積減少率為24%。

數據中心外墻創新采用DW 雙層集成墻板，在墻板外增加金屬擴張網板，作為外飾面，相當于在建筑外部穿了一件衣服，形成建筑雙層表皮，增強圍護墻體的隔熱、散熱和防噪聲。數據中心通過高性能的建筑圍護結構，高效的建筑能源系統和優質的運行管理，與同類建筑能耗相比，節能30%以上。

1）控制窗墻比。對數據中心的機房區域采用無窗密閉護圍，以避免和減少進入室內的太陽輻射以及窗或透明幕墻的溫差傳熱?？刂平ㄖ皦γ娣e比，采用斷橋鋁合金框＋中空玻璃雙層玻璃窗和Low－E玻璃幕墻，金屬擴張網板設施可以減少太陽輻射量。2）保溫隔熱。雙層表皮保溫，與主建筑物形成空隙，形成氣流過渡層。采用DW 雙層集成墻板體系，墻體采用內外雙層結構，內板采用聚苯顆粒復合墻板作為內板，外板采用金屬復合夾芯板，中部通過輕鋼龍骨連接成單元式整體板塊，墻板中空有著顯著保溫隔熱優勢。墻板和金屬擴張網板組合達到節能減排低碳的效果。3）通風散熱。屋頂表面設置光伏板，形成雙層表皮，光伏板和屋面形成架空層，達到通風散熱的效果，同時利用側面擴張網板的空隙，可以通過建筑內外溫差形成“煙囪效應”，有效引導氣流方向，提高散熱排風效率。4）自然采光。建筑的兩端樓梯間及門廳外墻采用玻璃幕墻，一樓對外的輔助用房采用斷橋鋁合金中空玻璃窗，滿足建筑自然采光。5）吸聲降噪。表皮整體設計降噪，擴張網板像一個罩子罩在建筑結構上，建筑外墻與外表皮之間隔有空氣層，可以有效降低噪聲的傳播達60%。建筑外墻板采用DW雙層集成墻板，內板采用聚苯顆粒復合墻板，外板采用金屬復合夾芯板，中部通過輕鋼龍骨連接成單元式整體板塊，構成雙層墻板體系，達到高氣密性，降低通風傳熱損失，避免建筑構件結露發霉，延長建筑壽命，增強墻體的隔聲降噪效果。6）屋頂光伏發電防光污染。選用低反光的光伏發電太陽能板降低光污染，同時對光伏板的設置角度進行計算，光伏板傾角很小，基本朝天，組件也是黑色組件，最終使得整體光伏板的反光朝向無人區域，避免了對周邊居民的影響。7）生產融合。表皮留有運維門洞，金屬擴張網板表皮體系在主要設備出入口設獨立可開啟門扇洞口，門扇開啟后的洞口尺寸可保證設備搬運所需空間，保證檢修等各項工作正常開展，門板樣式與周圍表皮相協調，關閉后與表皮外觀形成一個整體。8）建筑安保。門窗洞口安裝入侵探測系統，如遇非授權開啟情況可立即信號聯動進行報警，切實保證數據中心內部安全；數據中心核心部位設電子圍欄，實現公眾參與與電氣安全智能雙控。

7 結語

通過學習行業規范，分析運營實踐，借鑒LEED綠色導則，湖南省電力設計院提出了能夠可持續發展的數據中心建筑設計理念，將數據中心本身作為一臺能夠自行升級的智能計算機，圍繞五大設計原則，實現綠色節能、高效智能、靈活擴容、安全可靠。建筑設計在技術上采用裝配式鋼結構、節能保溫墻體等創新方法；功能上能夠靈活擴容，服務內外，滿足未來發展；立面強調簡潔舒展，體現智慧能源站的工業感與現代性。數據中心將與站內產業緊密相連，與互聯網生態圈協同持續發展。