朱濱，吳曉暉，聶志華

（中國建筑標準設計研究院有限公司）

1 引言

近年來，隨著互聯(lián)網、云計算、虛擬化等技術的快速發(fā)展，IT設備對能源的消耗越來越多。近期勞倫斯國家實驗室的最新研究報告中顯示：IT設備的耗電量已經占到美國總耗電量額的1.2%[1]，并呈逐年增加趨勢。在這些能源消耗中，制冷系統(tǒng)是除IT設備之外的第二能源消耗大戶，約占能源消耗總量的1/3[2]。

由此可見空調系統(tǒng)在數據中心的節(jié)能減排中占有重要地位，機房設計溫度每升高1℃，空調系統(tǒng)可以節(jié)能3%～5%左右。目前，世界很多組織機構都制訂了數據中心基礎設施建設的標準，對數據中心空調系統(tǒng)都做了推薦規(guī)定，但要求不盡相同。本文就國內外標準對數據中心空調系統(tǒng)的要求進行對比和分析。

2 可靠性及可用性的要求

可用性（availability）是關于系統(tǒng)可供使用時間的描述，以丟失的時間為驅動（Be Driven By Lost Time）?？煽啃裕╮eliability）是關于系統(tǒng)無失效時間間隔的描述，以發(fā)生的失效個數為驅動（Be Driven By Number of Failure）。兩者都用百分數的形式來表示。在一般情況下，可用性不等于可靠性，只有在沒有宕機和失效發(fā)生的理想狀態(tài)下，兩者才一致。表1列舉了國標《電子信息系統(tǒng)機房設計規(guī)范》（GB 50174—2008）[3]和美國TIA標準，ANSI/TIA-942-A-2012[4]對數據中心空調系統(tǒng)的要求。

由表中可以看出國標和美國標準的每個級別都對空調系統(tǒng)的可靠性有所要求。從總體上來看，國標的A級和TIA標準的第Ⅲ級和第Ⅳ級的要求相對應，國標的B級與TIA標準的第Ⅱ級的要求相對應，國標的C級與TIA的第Ⅰ級的要求相對應。根據The Uptime institute對TIA等級的解釋，對各級的闡述如下[5]。

1）第Ⅰ級基本級

Tier I 的基礎設施提供一個最基本的設施環(huán)境，投入IT系統(tǒng)固定的空間，有UPS系統(tǒng)過濾電流尖峰和低谷，保證暫時斷電設備能運行。保證制冷系統(tǒng)在正常工作時間不出現故障；設置發(fā)電機組，保證IT系統(tǒng)在供電系統(tǒng)出現故障時正常工作。

表1 空調系統(tǒng)可靠性和可用性的要求

表2 各規(guī)范標準對數據中心溫濕度要求

2）第Ⅱ級部件冗余級

Tier Ⅱ在關鍵點元和空調的容量方面都有冗余，以保證基礎的配置發(fā)生故障時能夠正常的工作。備份的設備有UPS模塊、制冷機組、散熱裝置、水泵、制冷單元和發(fā)電機等。一次正常的維修或者故障會導致系統(tǒng)容量的損失。

3）第Ⅲ級在線維護級

Tier Ⅲ的基礎設施在Tier Ⅰ和TierⅡ之外提出了一個并行維護的概念。并行維護的意思是數據中心IT設備能夠有計劃地運行，而不受周圍環(huán)境的影響。這在基礎設施建設拓撲上的影響就是：相對于Tier Ⅱ，增加關鍵設備的制冷系統(tǒng)和供電系統(tǒng)，需要增加冗余的傳送通道。可以對設備進行經常的或者基礎的維護，使設備處于全新的水平。

因此，這個系統(tǒng)會像最初預設的一樣可靠，可以按預測去運行。此外，為了同時維護數據中心基礎設施和IT操作的能力，要求每一個系統(tǒng)或組件支持IT設備能夠脫機進行在線維護，而不受環(huán)境的影響。這個概念延伸到重要的子系統(tǒng)，例如：控制系統(tǒng)，啟動系統(tǒng)的發(fā)動機組，動力源、冷卻設備、水泵泵，閥門等設備和部件。

4）第Ⅳ級容錯級

TierⅣ級是在TierⅢ數據中心基礎設施上增加容錯的概念拓撲。類似于并行維護的概念，將容錯延伸到每一個系統(tǒng)或每一個組件來支持IT運營。TierⅣ級認為，這每一個系統(tǒng)或每一個部件可在任何時候發(fā)生故障或非計劃停運。TierⅣ定義是基于單個組件或路徑故障的。

該級別的設計必須很好地考慮破壞系統(tǒng)和輸送路徑累計的影響。一個TierⅣ級的數據中心將容忍這些累積誤差，而不影響機房的正常運行。

由此可以看出，美國TIA和Uptime Institute共同提出的TIA942標準，要求較為概念化，只是規(guī)定需要實現什么功能，建成之后系統(tǒng)能夠如何去運行，關于怎么去實現，沒有做強制的規(guī)定；而我國的標準要求較為具體，只規(guī)定了空調末端系統(tǒng)、冷源和配送系統(tǒng)應該去怎么備份。

3 溫濕度的要求

比較有權威的對數據中心溫濕度的要求和建議，有我國標準、美國TIA標準和美國ASHRAE（美國采暖、制冷與空調工程師學會）的TC9.9工作組提出的數據中心設備環(huán)境指南。對比可以發(fā)現，美國TIA標準對環(huán)境溫度的要求完全按照美國ASHRAE環(huán)境分級的A1、A2標準進行規(guī)定，因為絕大部分的數據中心都是7×24小時不間斷工作的，因此對于規(guī)范內規(guī)定的停機時候的參數不列出。

從表2可以看出，我國的國家標準要求較為嚴格，A級、B 級機房數據中心內的溫度嚴格控制在(23±1)℃。相對濕度也要控制在一個較小的范圍內。這和2005年版的TIA規(guī)范要求類似。這是因為之前的電子設備對環(huán)境的適應能力較弱，溫度、濕度過低或過高都會影響IT設備的性能和壽命。但是，從表中可以看到，2012年版TIA規(guī)范中數據中心內的溫度和濕度范圍有了較大的擴展，不再要求那么精密，這是因為隨著電子工業(yè)的不斷發(fā)展，各大廠家都研發(fā)出新型產品，能夠適應更寬泛的溫度和濕度范圍，由此降低了精密空調系統(tǒng)的設計精度；另一方面，能夠提高數據中心的室內設計溫度，對整個數據中心空調系統(tǒng)的節(jié)能有重要意義。相信今后我國也會推出對溫濕度的要求有所放寬的數據中心的設計規(guī)范。

4 潔凈度的要求

我國國家標準對潔凈度的規(guī)定是：A級和B級機房的空氣含塵濃度，在靜態(tài)條件下測試，每升空氣中大于或等于0.5μm的塵粒數應不少于18000粒。主要的實現方法是在新風系統(tǒng)中設置初效和中效過濾器，并且維持主機房的正壓，主機房與其他房間及走廊的壓差不宜小于5Pa,與室外靜壓差不宜小于10Pa。美國的TIA規(guī)范中，TireⅠ級別的主機房對保持正壓沒有要求，其他級別的主機房需要與附屬房間或機房外保持正壓。

5 其他要求

美國TIA規(guī)范還規(guī)定每一個級別的機房需要有排水管道，我國相應的國家規(guī)范也有相應的規(guī)定。除此之外，我國國家標準對機房建設的規(guī)定更為具體，更有指導性。比如，建議氣流組織形式、根據不同的條件推薦采用不同的節(jié)能措施、設備冗余量的推薦等。這對我們進行機房的實際設計有更好的指導意義。

6 結束語

本文主要對比分析了中外主要機構相關規(guī)范對數據中心空調系統(tǒng)的要求，最后得出以下結論：

1） 關于可靠性的要求，美國TIA規(guī)范更注重于規(guī)定結果，實現什么功能，更有利于設計人員采用不同的技術方案達到預期目標，而我國的標準更注重于關注具體操作方法，更有利于現實的設計操作；

2） 關于溫濕度的規(guī)定，隨著電子產業(yè)的發(fā)展，對溫濕度的要求將越來越寬泛，對數據中心的節(jié)能有重要意義；

3） 對于潔凈度的要求，我國國家標準的要求較為具體，而美國TIA規(guī)范則只要求主機房需要保持正壓；

4） 除上述之外，我國國家標準還要求了其余一些建議性的規(guī)定，而美國的TIA規(guī)范沒有此方面的規(guī)定。