摘 要：闡述了校園網(wǎng)中心機房建設原則，結合實例對校園網(wǎng)中心機房建設進行了分析，深入探討了中心機房建設中的電氣工程系統(tǒng)設計、防雷接地系統(tǒng)設計、溫控與新風系統(tǒng)設計等內容。

關鍵詞：校園網(wǎng) UPS 防雷 接地 精密空調

中圖分類號：TP393.18文獻標識碼：B

文章編號：1673-8454（2007）10-0037-04

校園網(wǎng)中心機房容納了網(wǎng)絡設備、服務器、存儲等大量重要設備，并存儲了大量的教學、科研和管理數(shù)據(jù)，中心機房為廣大師生提供眾多的服務，需要長時間不間斷運行，環(huán)境因素對工作人員的身心健康及信息設備的安全運行都存在直接影響。高標準中心機房建設首先要求最大限度消除隱患，全方位確保工作人員、信息設備、數(shù)據(jù)信息等的安全；其次是要求對設備、信息等進行有效的集中化管理，降低分散管理的總體運行成本，科學規(guī)范各方面責任。

一、項目分析

下面以某高校校園網(wǎng)中心機房建設為例進行分析。

1．工程概況

項目地點位于圖書館大樓第3層，總面積約104m2，平面布置情況如圖1所示。

圖1

（1）功能分區(qū)

整體概況：各工作區(qū)域依據(jù)功能相互獨立、主次分明。設備分類安置可避免相互干擾，便于工作人員分配權限，預留未來設備擴展空間；人機分離避免設備噪音、電磁、機房環(huán)境等對人身健康的影響。

設備機房：放置網(wǎng)絡設備、服務器、存儲設備等。充分考慮利用室內面積以及未來擴容，設備分類均布擺放便于管理，并根據(jù)設備重量決定擺放位置，且機柜間前后左右均預留維護空間。

UPS室：放置UPS、電池組、市電輸入輸出配電柜等。單獨放置可遠離信息設備，減少電磁輻射對數(shù)據(jù)信號的干擾。

操作室：工作人員進行機房監(jiān)控、數(shù)據(jù)處理操作等日常工作場所。在人機分離狀態(tài)也可隨時觀察機房內情況，配合安防監(jiān)控系統(tǒng)以及動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)將更大程度地提高中心機房的可維護性、易管理程度。

（2）平面布置

設備間距：設備機柜前后左右間距≥1000mm；UPS后部散熱通道≥500mm；電池柜前后維護空間≥500mm；精密空調為全正面維護設備。重要設備采取加固、防移措施。

（3）工程分項

工程內容主要由以下各部分組成：機房裝修工程（含原結構改造、地面、門窗等）；電氣系統(tǒng)（含配電、UPS安裝等）；防雷接地系統(tǒng)；溫控及新風系統(tǒng)等。

2．設計依據(jù)

依據(jù)國家標準及行業(yè)標準設計和管理施工，所引用的文件及標準包括：建設資料（含建筑設計方案、建筑平面圖紙）；施工現(xiàn)場條件和勘測資料；相關國家標準及規(guī)范文件：GB/T 2887-2000《電子計算機場地通用規(guī)范》；GB 50174-2000《電子計算機機房設計規(guī)范》；GB 9361-1998《計算站場地安全要求》；SJ/T 30003-93《電子計算機機房施工及驗收規(guī)范》；GB 50057-2000《建筑物防雷設計規(guī)范》；GB 50052-95《供配電系統(tǒng)設計規(guī)范》；GB 50054-95《低壓配電設計規(guī)范》；GB 50034-1992《工業(yè)企業(yè)照明設計規(guī)范》；GB 50169-92《電氣裝置安裝工程接地裝置施工及驗收規(guī)范》；GB 50243-2002《通風與空調工程施工質量驗收規(guī)范》；GB/T 50314-2000《智能建筑設計規(guī)范》；GB/T 50312-2000《建筑與建筑群綜合布線系統(tǒng)工程驗收規(guī)范》；GB 50045-95《高層民用建筑設計防火規(guī)范》；GB 50222-95《建筑內部裝修設計防火規(guī)范》；GB 50116-98《火災自動報警系統(tǒng)設計規(guī)范》；GB 50265-97《氣體滅火系統(tǒng)施工及驗收規(guī)范》；GB 4943-2001《信息技術設備的安全》，等等。

二、電氣工程設計

1．設計說明

（1）總體說明

機房進線電源采用三相五線制，由一條電力電纜從大樓配電房引入UPS室；機房內用電設備供電電源均為三相五線制及單相三線制；機房空調新風系統(tǒng)、正常照明、臨時檢修插座等采用市電供電；機房區(qū)域信息設備、應急照明、消防安防用電采用UPS供電；不間斷電源采用1臺Emerson iTrust UL33 20KVA UPS，設計延時2小時；機房強弱電系統(tǒng)分開布置，合理設計。設計市電輸入輸出配電柜1臺（以下簡稱AP），負責整個配電系統(tǒng)的市電進線輸入，以及市電到UPS主機、整個機房的市電、UPS供電設備的分類輸出。

（2）分類說明

1）插座設計

我們設計了三種插座：

◆ 設備機房內設備機柜供電直接從機房內輸入輸出配電柜接線，采用IEC309 16A防脫防濺插頭安裝PDU供電單元，布置在每個設備機柜下方；

◆ 設備機房內檢修插座采用5孔銅地插，安裝于活動地板上設備機柜附近合適位置；

◆ 操作室及UPS室墻面或辦公隔斷踢腳上安裝5孔面板插座，嵌入式安裝；

◆ 所有UPS供電點均采用16A容量插座，所有市電供電點均采用10A容量插座。

注意事項：

☆ 設備機柜內PDU供電單元應帶過流保護裝置，充分保證設備用電安全；

☆ 為區(qū)分插座類型，便于識別，市電及UPS供電插座以不同顏色區(qū)分。

☆ 插座的設計應充分考慮未來擴充需要，預留備用插座，并清晰標識。

2）輔助用電設計

為避免機房輔助設備在啟動、制動及正常運行時對信息設備可能造成的干擾，《電子計算機機房設計規(guī)范》規(guī)定：“機房內其它電力負荷不得由計算機主機電源和不間斷電源系統(tǒng)供電”。

因此，機房區(qū)域內的精密空調、正常照明、臨時用電等設備直接采用市電電源，電源為三相五線或單相三線。我們將上述用電設備自成體系，與信息設備電源相互獨立，形成輔助設備供配電系統(tǒng)。照明系統(tǒng)在火災報警時應有消防聯(lián)動控制回路。

3）線路敷設設計

總市電進線從大樓總配電室引至UPS室配電柜AP市電輸入總開關，由AP向UPS主機供電，同時UPS主機向AP UPS輸入總開關供電。由AP向機房區(qū)域各用電設備分類供電。

機房供電電纜走線方式：

◆ 機房用電設備、配電線路敷設過流過載兩段保護，同時配電系統(tǒng)各級之間有選擇性地配合，配電以放射式向用電設備供電；

◆ 配電柜前端主干進線采用鍇裝電纜，配電柜后端各回路所有電線電纜皆采用國標銅芯免檢產(chǎn)品，敷設后測其絕緣電阻應不低于10MΩ，線徑不小于2.5mm2；

◆ 電線顏色區(qū)分：相線——黃、綠、紅，零線——藍，地線——黃綠；

◆ 設備機房內市電、UPS電源、通信線纜走線均布置在活動地板下，分別獨立安裝于各自的金屬線槽（管）內，線槽（管）上應作識別標記；線槽（管）接頭兩端均用6mm2接地線就近連接至保護地接地銅排或接地箱上，以保證電磁屏蔽效果；

◆ 槽管線分支、連接、轉彎處均配合相應規(guī)格的分支附件，不允許斷接，以保證線路路由的彎曲自如及線路安全；線管內留有穿線所需的引導鋼絲，以確保日后擴充或維護電纜敷設的可能性；所有線槽（管）安裝完畢后，接縫處及端頭用鎖扣封閉或用封閉材料封閉，達到防鼠目的并加強屏蔽效果；

◆ 為保證電源運行時三相基本平衡，盡可能將單相負荷均勻分布在各相上，機房低壓配電系統(tǒng)三相負荷不平衡度應控制在5~20%以內。機房配電系統(tǒng)中設計有效防雷放浪涌裝置以防止閃電雷擊及過電壓帶來的危害；

◆ 活動地板下敷設供電線纜時，盡可能遠離數(shù)據(jù)線纜，并避免并排敷設，以保證數(shù)據(jù)信號免受電磁干擾。

4）過流保護設計

機房低壓配電線路的保護主要包括：短路保護、過負載保護和接地保護。由于機房內設備較多，在確定配電系統(tǒng)及選擇斷路器時，盡可能在某一回路發(fā)生線路故障時，只切斷該供電回路，不影響其他回路的正常使用。配電線路上下級斷路器的動作應具有選擇性，各級之間應能協(xié)調配合。

由于漏電保護開關靈敏度較高（微安級），易引起線路經(jīng)常掉電，對于信息設備、精密空調系統(tǒng)等關鍵設備的正常運轉是不利的，所以此類線路不宜加裝漏電保護開關。

2．不間斷供電系統(tǒng)

系統(tǒng)提供電源的質量好壞直接影響著計算機系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，根據(jù)機房的特點及要求，應在機房內建立不間斷供電系統(tǒng)，按照國家有關標準，即為一級負荷采取一類供電，同時在GB 50174-93《電子計算機機房設計規(guī)范》中對電壓變動、頻率變化、波形失真率均有具體的分級要求：

由于機房設備進行數(shù)據(jù)的實時處理與實時傳輸，所以對電源的質量與可靠性的要求最高。采用UPS不間斷電源，可最大限度滿足機房設備對供電電源質量的要求。

3．配電柜設計

低壓配電柜主開關、分路開關分別負責對UPS輸出電力系統(tǒng)和機房各用電設備的分配。配電柜配備：配電柜應具有防浪涌、防雷擊過流保護能力，配電柜內采用質量可靠的進口電源防雷器；配電柜內設置電流表、電壓表、頻率表，以便檢查電源電壓、電流、三相間平衡關系和電源輸出頻率變化；配電柜內根據(jù)計算機設備及輔助設備的不同要求，設置中線和接地線；設備安裝運行后零地電位差≤1V；配電柜內采用的母線、接線排、各種電纜、導線、中性線、接地線等符合國家標準，并按國家規(guī)定的顏色標志編號，線纜均采用阻燃型；配電柜內各種開關、手柄、操作按鈕，標志清楚，防止使用中出現(xiàn)誤操作；配電柜絕緣性能符合國家標準要求，不小于0.5 MΩ；機房配電設備與消防系統(tǒng)聯(lián)動，UPS室市電輸入輸出柜主開關上加MX和OF裝置，消防動作后切斷非消防電源供電的用電設備。

三、防雷接地系統(tǒng)設計

弱電設備由于其運行電壓（幾伏或幾十伏）、電流小（毫安級）、頻率高、侵入供電線路的雷電流及疊加在電源線路上的瞬間高壓脈沖，擊壞各類用電設備的電子芯片使設備遭受永久性損壞，因此在實施防感應雷擊工程時，應將重點放在電源防護方面。一般都根據(jù)截斷感應源，防止二次感應，重點保護以及多重保護的辦法，使瞬間過電壓電流被抑制到電子設備能夠承受的安全狀態(tài)。根據(jù)有關規(guī)范：“動力供電須采用不少于三級的分級限壓措施”，即電源防雷逐級泄放、綜合配置，應配備不少于三級的防護。引入大樓內的交流電力線宜采用地下電力電纜，其電纜金屬護套的兩端均應作良好的接地。

1．第一級防雷保護

在UPS室配電柜AP市電總進線前進行供配電系統(tǒng)的第一級防雷保護。建立電源線上的雷電保護等電位連接，可以避免雷電發(fā)生時引起的失火、爆炸、人身傷亡的危害，其前加裝63A/3P空開。

2．第二級防雷保護

在UPS主機市電進線前端，進行供配電系統(tǒng)的第二級防雷保護，安裝時在防雷模塊前加裝32A/3P空開。

3．第三級防雷保護

艾默生UL33系列UPS產(chǎn)品均標配內置D級防雷，達到IEC60664-1規(guī)定的IV類安裝位置要求，即能夠承受1.2/50μs+8/20μs混合波能力不低于6kV/3kA。作為供配電系統(tǒng)的第三級防雷保護。

4．第四級防雷保護

在設備機柜內部，選用帶獨立開關及過載保護功能的PDU供電單元，作為供配電系統(tǒng)的第四級防雷保護。

5．接地系統(tǒng)設計

（1）設計說明

按照國家相關機房標準，機房具有以下幾種接地：計算機系統(tǒng)的直流地，如電子系統(tǒng)零電位接地，系統(tǒng)地阻一般要求小于1Ω；交流工作地，地阻不宜大于4Ω；安全保護地，地阻不宜大于4Ω；防雷保護地：地阻不宜大于10Ω。

當采用綜合接地時，取上述最小地阻值。除計算機系統(tǒng)的直流工作地外，以上接地系統(tǒng)均接入大樓安全地。

當前各種接地的具體處理措施，在理論和實踐中尚有不同意見。從防雷的要求上看，均壓才能避免雷擊，而均壓又要求統(tǒng)一接地；從防干擾的要求看應該是單獨接地。所以只有做好機房的等電位連接，并通過單點連接到直流信號地網(wǎng)上，才能使上述兩項矛盾的要求相互統(tǒng)一兼顧。

目前國際標準IEC1212等以及國標GB50057-94（建筑物防雷設計規(guī)范）都要求采用綜合地網(wǎng)。在國際IEC標準和ITV標準中均不提倡單獨接地，美國標準IEEE1100-1992更明確指出：不建議采用任何一種所謂分開的、獨立的、絕緣的、專用的、干凈的、靜止的、信號的、計算機的、電子的或其它這類不正確的大地接地體作為設備接地導體的一個連接點。

（2）具體施工方案說明

1）保護接地系統(tǒng)

在機房的防靜電地板下設置一個等電位均壓帶，與所有金屬頂棚、墻面及設備的金屬外殼、金屬管線、防靜電地板支架連接一體，與大樓綜合接地實行良好的連接，既保證了人身設備安全，又給機房內游離電子提供了一個通道。

2）直流接地系統(tǒng)

在機房的防靜電地板下設置一個直流接地端子箱，通信設備直流地直接接入端子箱。

3）系統(tǒng)安全保護地

所有設備外殼通過絕緣電纜串聯(lián)接入配電柜，單獨引下線（35mm²線纜）接入接地母排至大樓綜合接地。

4）交流工作接地

所有交流設備，其中性點通過絕緣電纜單獨接入配電柜中，接入接地母線。

上述各接地系統(tǒng)在施工中應確保導線可靠連接，不同的接地系統(tǒng)之間在匯接前彼此嚴格絕緣，必要時應穿絕緣管敷設。

（3）其他施工說明

１）數(shù)據(jù)、信號接口防雷器的保護接地線

數(shù)據(jù)、信號接口保護裝置與被保護的設備接地線可靠連接，接地線應不小于６ｍｍ²；

２）地線匯流排安裝和接地線連接

各地線與匯流排連接處通過不銹鋼螺絲、螺帽、彈簧墊片等與匯流排接觸良好、緊固可靠的連接；

３）設備地線的敷設

盡量利用機房現(xiàn)有的電源或電纜走線架、走線槽。布放地線時應有序，避免交叉。地線敷設完畢后，經(jīng)過墻面的孔洞應用防火材料復原；

４）地線標志

所有設備地線都做好明顯的地線標記，以方便識別。

四、溫控及新風系統(tǒng)設計

1．設備容量及選型

根據(jù)GB50174-93《電子計算機房設計規(guī)范》和GB2887-89《計算站場地技術要求》中規(guī)定機房的溫濕度要求，本項目機房環(huán)境條件按以下參數(shù)設計：

為達到機房的環(huán)境要求，確保計算機房內的系統(tǒng)設備在恒溫、恒濕工作條件下的送風量以及使人感到舒適的送風量，必須計算出機房內的熱負荷。

機房的熱負荷主要來自兩個方面：機房內的計算機設備、照明燈具、輔助設施及工作人員所產(chǎn)生的熱；由機房外部進入的熱，如：從墻壁、屋頂、隔斷和地面?zhèn)魅霗C房的熱；透過玻璃窗射入的太陽輻射熱；從窗戶及門的縫隙滲入的風而侵入的熱；新風機補充新風帶進來的熱量等。

考慮到以上兩個方面，同時根據(jù)機房的圍護結構特點（主要是墻體、頂面、地面，包括：樓層、朝向、外墻、內墻及墻體材料，及門窗型式、單雙層結構及縫隙、散熱）計算出計算機房所需的制冷量，因此選定空調的容量。

機房內的冷負荷確定一般要根據(jù)設備負荷、照明負荷、輻射負荷、維護結構傳熱負荷等進行準確計算。但鑒于時間或其它條件限制，一般采用估算法進行估算，估算方法一般有以下兩種方法：

方法一：功率及面積法 Q_t=Q₁+Q₂ ，其中Q_t為 總制冷量（KW），Q₁為室內設備負荷（=設備功率×0.8），Q₂為環(huán)境熱負荷（=0.18kW/m²×機房面積）。

方法二：面積法（當只知道面積時）Q_t=S×P，其中Q_t為總制冷量（KW），S 機房面積（m²），P 冷量估算指標（根據(jù)不同用途的估算指標選取200~400W/m²）

由于設備功率暫未知，我們在此選用方法二估算。本項目精密空調控溫區(qū)域設計僅為設備機房，面積約52m²，屬動力機房及計算機設備機房，設備密度及設備功率較低。根據(jù)功能分區(qū)的不同，選取200W/m²的估算值。經(jīng)過計算，設備機房需要制冷量約10.4KW。

由以上計算結果，我們在設備機房配備1臺艾默生Datamate3000 12.5KW精密空調進行溫控。

2．精密專用空調與商用舒適性空調的區(qū)別

精密環(huán)境對溫濕度要求較高，具體內容如下：保持溫度恒定(控制在溫差 1-2℃之內)；保持濕度恒定(控制在3%~5%RH之內)；空氣潔凈度0.5微米/升<18，000；換氣次數(shù)/小時>30；房間正壓>10Pa；空調設備具備遠程監(jiān)控及來電自啟動功能。

因為商用舒適性空調無法徹底實現(xiàn)以上6個功能。經(jīng)常產(chǎn)生如下故障：溫度無法保持恒定——會造成電子元氣件的壽命大大降低；局部環(huán)境過熱——導致設備突然關機；機房濕度過高——會產(chǎn)生冷凝水，導致微電路局部短路；機房濕度過低——會產(chǎn)生有破壞性的靜電，導致設備運行失常；潔凈度不夠——交換數(shù)據(jù)錯誤，導致機組部件過熱。

只有在機房應用專用精密空調，才能通過環(huán)境調節(jié)徹底解決以上問題， 保證不留任何隱患。

3．精密專用空調與商用舒適性空調費用比較

模擬比較前提:機房內環(huán)境溫度24℃，濕度50％RH，室外溫度為35℃的標準機房環(huán)境，以總制冷量需求12KW左右的機房空調為例，電價假設0.8元/KW.H，機房精密空調采用DataMate3000 12KW機組一套，舒適空調采用5匹柜機2套做模擬對比。

精密專用空調與商用舒適性空調費用比較見表1。

根據(jù)以上比較分析，應該采用精密專用空調作為中心機房的溫控設備。