數(shù)據(jù)中心電氣、暖通專業(yè)設(shè)計

文/肖奇良

隨著云計算、大數(shù)據(jù)的大規(guī)模部署應(yīng)用，5G 作為物與物互聯(lián)最好的解決方案也將有望在年底進行正式商用，大規(guī)模數(shù)據(jù)中心建設(shè)將很快進入爆發(fā)期。由于設(shè)備功率密度的提高，設(shè)計單位在承接數(shù)據(jù)中心這類項目中，務(wù)必推陳出新，緊扣前沿技術(shù)要領(lǐng)，吸取他人的經(jīng)驗教訓(xùn)，避免因設(shè)計問題導(dǎo)致出現(xiàn)工藝缺陷，致使建設(shè)項目出現(xiàn)嚴重的經(jīng)濟財產(chǎn)損失。

根據(jù)目前主流的設(shè)計規(guī)范，結(jié)合技術(shù)發(fā)展的方向，為使設(shè)計方案更為合理有效，應(yīng)摒棄舊思路，大膽采取新技術(shù)、新方法、新思維。

現(xiàn)在，筆者通過對目前數(shù)據(jù)中心電氣、暖通專業(yè)的行業(yè)技術(shù)動態(tài)進行分析，結(jié)合日常設(shè)計工作中設(shè)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(shè)計

根據(jù)傳統(tǒng)技術(shù)，暖通專業(yè)設(shè)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(guī)定機房哪個地方的溫度和濕度，業(yè)界的設(shè)計思路往往取定末端空調(diào)機組的回風(fēng)工況作為設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。為滿足要求，這種粗放的設(shè)計理念需要將末端空調(diào)機組設(shè)置在較低的送風(fēng)溫度，并配置余量較大的空調(diào)設(shè)備容量才能達到要求，對于熱負荷密度較大的數(shù)據(jù)中心設(shè)備機房，空調(diào)耗電量較大，導(dǎo)致PUE 值較高。

在滿足設(shè)備正常運行的前提下，新規(guī)范對空調(diào)溫濕度的位置進行精確定位，為“冷通道或機柜進風(fēng)區(qū)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(diào)制冷模式，采用末端空調(diào)對冷通道或者設(shè)備進行精確送風(fēng)，在保證機房正常運行的情況下，將可以大大節(jié)約空調(diào)用電，有效降低PUE 值。

2 空調(diào)氣流組織設(shè)計

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

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

另外，空調(diào)模式的選用需要結(jié)合工程實際，利用工程所在地環(huán)境、資源、政策等條件進行論證，擇優(yōu)選取。

3 空調(diào)不間斷冷源設(shè)計

以往的機房空調(diào)設(shè)計，由于設(shè)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(dāng)空調(diào)因市電停電等原因停止工作時，雖然空調(diào)設(shè)備已經(jīng)停機，但機房內(nèi)的冷空氣其實承擔(dān)著蓄冷的作用。

而根據(jù)目前數(shù)據(jù)中心的設(shè)備功率密度，當(dāng)供電停電時，如果沒有后備冷源，機房在幾分鐘內(nèi)將迅速提升到導(dǎo)致設(shè)備宕機的環(huán)境溫度。為使的機房能夠正常運行，則需要保證空調(diào)系統(tǒng)有連續(xù)不斷的冷源供應(yīng)，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(shè)置蓄冷罐等蓄冷設(shè)施，蓄冷罐可以根據(jù)實際工程情況采用并聯(lián)或者串聯(lián)的方式。

另外，當(dāng)采用風(fēng)冷機房空調(diào)時，在資金充足的情況下也可以設(shè)置空調(diào)由UPS 供電。若無采用UPS 供電，當(dāng)采用行級空調(diào)時，則需要采取措施，使得當(dāng)空調(diào)系統(tǒng)停電時，封閉通道的天窗要能及時打開。

4 供配電系統(tǒng)冗余設(shè)計

根據(jù)數(shù)據(jù)中心的重要程度，比較重要的機房往往應(yīng)滿足容錯要求，即A 級建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，其供配電系統(tǒng)主要有三種架構(gòu)：2N、DR、RR。

2N 系統(tǒng)為雙系統(tǒng)供電，兩個系統(tǒng)互為主備用，當(dāng)其中一個系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，全部負荷能夠另一系統(tǒng)正常供電。

DR 系統(tǒng)為分布冗余系統(tǒng)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(tǒng)經(jīng)濟性方面有優(yōu)勢。

RR 系統(tǒng)為后備冗余系統(tǒng)，該系統(tǒng)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(shè)計

在國家標(biāo)準(zhǔn)《往復(fù)式內(nèi)燃機驅(qū)動的交流發(fā)電機組 第一部分：用途、定額和性能》GB/T2820.1-2009 中規(guī)定將發(fā)電機組的性能分G1、G2、G3、G4。

G1：連接的負載只規(guī)定基本電壓和頻率參數(shù)，適用于照明和簡單的電氣負載。

G2：電壓特性與電網(wǎng)類似，當(dāng)負載發(fā)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(fēng)機等。

G3：連接的設(shè)備對發(fā)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(shè)備。

圖1

G4：連接的設(shè)備對發(fā)電機組的電壓、頻率和波形有特別嚴格要求。適用于數(shù)據(jù)處理設(shè)備和計算機系統(tǒng)。

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

另外，在國家標(biāo)準(zhǔn)《往復(fù)式內(nèi)燃機驅(qū)動的交流發(fā)電機組 第一部分：用途、定額和性能》 GB/T2820.1 中將發(fā)電機組的輸出功率分為四種：持續(xù)功率（COP）、基本功率（PRP）、限時運行功率（LTP）和應(yīng)急備用功率（ESP）。

COP（持續(xù)功率）：無運行時間限制，為恒定負載持續(xù)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(xù)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(shù)<200 小時。

A 級數(shù)據(jù)中心發(fā)電機組應(yīng)連續(xù)和不限時運行，輸出功率應(yīng)滿足數(shù)據(jù)中心最大平均負荷的需要發(fā)電機組容量的選定則需要采用持續(xù)功率，不應(yīng)采用備用功率選用設(shè)備。

6 接地問題

對數(shù)據(jù)中心內(nèi)所有設(shè)備的金屬外殼、各類金屬管道、金屬線槽、建筑物金屬結(jié)構(gòu)等做電位聯(lián)結(jié)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(shè)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(shè)備損壞，因此，數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施不應(yīng)存在對地絕緣的孤立導(dǎo)體。

以往的防雷接地著重強調(diào)接地電阻值，并對其進行了嚴格的規(guī)定。經(jīng)過多年的研究并結(jié)合實踐，目前已經(jīng)形成了統(tǒng)一的認識，強調(diào)了等電位聯(lián)結(jié)并接地的方式，不對接地電阻進行嚴格的規(guī)定。

電子信息設(shè)備等電位聯(lián)結(jié)方式應(yīng)根據(jù)電子信息設(shè)備易受干擾的頻率及數(shù)據(jù)中心的等級和規(guī)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(jié)束語

以上主要是結(jié)合本人實際的工作經(jīng)驗并在實際設(shè)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(shù)據(jù)中心設(shè)計工作者及參建者共同探討研究。