葉芳

摘 要：文章介紹了有關數(shù)據(jù)中心的基本概念、等級劃分以及相關的技術要求，同時通過工程實例對數(shù)據(jù)中心空調(diào)水系統(tǒng)和柴油系統(tǒng)的設計計算過程進行介紹，達到介紹指導設計的作用。

關鍵詞：數(shù)據(jù)中心；分級標準；空調(diào)水系統(tǒng)；蓄冷系統(tǒng)

1 基本概念

1.1 什么是數(shù)據(jù)中心。數(shù)據(jù)中心通常是指在一個物理空間內(nèi)實現(xiàn)對數(shù)據(jù)信息的集中處理、存儲、傳輸、交換、管理，一般還有計算機設備、服務器設備、網(wǎng)絡設備、通訊設備、存儲設備等關鍵設備。數(shù)據(jù)中心的基礎設施是指為確保數(shù)據(jù)中心的關鍵設備和裝置等能安全、穩(wěn)定和可運行而設計配置的基礎工程。

1.2 數(shù)據(jù)中心機房的分級及分級標準。國家標準《電子信息系統(tǒng)機房設計規(guī)范》GB 50174-2008主要從機房的選址、建筑結構、機房環(huán)境、安全管理及供電電源質(zhì)量要求等方面對機房進行分級，可分為A（容錯型）、B（冗余型）、C（基本型）三個級別，要求從高到低的順序為A、B、C。

國際標準，目前國際上通用的標準是美國通信工業(yè)協(xié)會（TIA）發(fā)布的ANSI/TIA-942《數(shù)據(jù)中心通信基礎設施標準》，根據(jù)數(shù)據(jù)中心基礎設施的可用性、穩(wěn)定性和安全性將數(shù)據(jù)中心分為TierⅠ 基本型，TierⅡ 冗余型，TierⅢ 可在線維護型，TierⅣ 容錯型 四個級別。要求從低到高的順序為TierⅠ，TierⅡ，TierⅢ，TierⅣ。

1.3 術語。N——系統(tǒng)滿足基本要求，沒有冗余。

N+X冗余——系統(tǒng)滿足基本需求外，增加了X個單元，X個模塊或X個路徑。任何X個單元、模塊或路徑的故障或維護不會導致系統(tǒng)運行中斷。（X=1～N）

2 數(shù)據(jù)中心級別及對應的技術要求

3 工程設計實例

位于廣東省某數(shù)據(jù)中心設計項目。

數(shù)據(jù)中心機房具有高發(fā)熱量、低散濕量的特性，空調(diào)系統(tǒng)的負荷特點是顯熱負荷密度大、濕負荷相對較小，具有極高的顯熱比，考慮到數(shù)據(jù)中心本身幾乎沒有濕負荷，可以按照新風系統(tǒng)單獨處理濕負荷或設置濕度控制機組單獨控制濕度，其它機房空調(diào)機只處理顯熱負荷的方式進行空調(diào)水系統(tǒng)設計。由此將冷凍水系統(tǒng)分為兩種出水溫度，一種是水溫高于數(shù)據(jù)中心模塊露點溫度的中溫冷凍水系統(tǒng)，只負責數(shù)據(jù)中心模塊和UPS/電池間的顯熱負荷；一種是水溫低于數(shù)據(jù)中心模塊露點溫度的，給模塊中心及UPS/電池間濕度控制機組提供濕度控制的低溫冷凍水系統(tǒng)。在中溫水系統(tǒng)中設置水蓄冷罐進行蓄冷。

3.1 低溫冷凍水系統(tǒng)設計。本項目低溫冷凍水系統(tǒng)總冷負荷約為2500kW。按照國家標準B級技術要求，冷凍水機組采用N+1冗余，設計選用三臺水冷離心式冷水機組，兩用一備形式。單臺機組額定制冷量約為1400kW，額定功率380kW。冷凍水供/回水溫度：6/13℃；冷凍水系統(tǒng)為一次泵變流量系統(tǒng)。為輔助辦公區(qū)域、柴油發(fā)電機房、電氣室及模塊機房AHU機組提供低溫冷源。低溫冷卻水系統(tǒng)在屋面設置3臺方形橫流冷卻塔（2用1備），為3臺水冷離心式冷水機組（2用1備）提供冷卻水，冷卻水供、回水溫度為32/37℃。

3.2 中溫冷凍水系統(tǒng)設計。本項目中溫冷凍水系統(tǒng)總冷負荷約為23000KW。設計共選用八臺10kV水冷離心式冷水機組提供，一期四臺機組，三用一備；二期四臺機組，三用一備。為電氣室、模塊機房及機房精密空調(diào)機組提供中溫冷源。單臺機組額定制冷量約為4200kW，額定功率720kW。冷凍水供/回水溫度：13/20℃；冷凍水系統(tǒng)為一次泵變流量系統(tǒng)。中溫冷卻水系統(tǒng)在屋面設置8臺方形橫流冷卻塔，其中，一期設備4臺（3用1備），二期設備4臺（3用1備）。為8臺水冷離心式冷水機組提供冷卻水，冷卻水供、回水溫度為35/40℃。

3.3 蓄冷系統(tǒng)設計。（1）空調(diào)制冷系統(tǒng)的動力來源為電力，雖然主要系統(tǒng)、部件設置了冗余、備份，但是還要考慮當空調(diào)制冷系統(tǒng)的電力供應系統(tǒng)發(fā)生意外故障時，如何保證空調(diào)制冷系統(tǒng)正常運行。當電力供應系統(tǒng)發(fā)生意外故障停電時，空調(diào)制冷系統(tǒng)主要受到以下兩方面的影響：一是，系統(tǒng)設置備用柴油發(fā)電機組。當正常電力供應系統(tǒng)中斷時，柴油發(fā)電機組將緊急啟動提供電力，從柴油發(fā)電機組接受指令啟動到能夠穩(wěn)定的供電，這個過程大概需要3min的時間；第二，正常運行的制冷機組，遇到停電故障時將進入故障保護狀態(tài)停止運行。當電力恢復供應后，制冷機組先恢復至正常開機的初始狀態(tài)，再經(jīng)過對冷卻塔、冷卻水泵、冷凍水泵等相關部件的巡檢，確認正常并依次開啟運行之后，冷水機組才能再次正常啟動。這段恢復過程最短需要約1min，最長需要約15min的時間（相關廠家提供）。綜上，為了避免空調(diào)制冷系統(tǒng)在電力供應發(fā)生故障停電時無法提供制冷，我們在空調(diào)系統(tǒng)中設置了蓄冷儲罐，用來儲備這一時間段所需要的冷量。（2）蓄冷方式的選擇。蓄冷空調(diào)系統(tǒng)（簡稱蓄冷系統(tǒng)）是指將冷量以顯熱或潛熱形式儲存在某種介質(zhì)中，并能夠在需要時放出冷量的空調(diào)系統(tǒng)。主要有水蓄冷和冰蓄冷兩種形式。根據(jù)數(shù)據(jù)中心空調(diào)冷負荷的特點，其絕大部分為機房內(nèi)處理數(shù)據(jù)的計算機及其輔助設備的顯熱負荷，且在全天時間段內(nèi)基本不會變化，屬于一個穩(wěn)定的負荷，這部分負荷占整個數(shù)據(jù)中心空調(diào)冷負荷的比例達到90%以上，水蓄冷系統(tǒng)更適合作為數(shù)據(jù)中心冷量備份的方式。（3）本項目中的中溫制冷主機采用兩路電源供電，每組四臺主機，考慮當其中一路電源中斷時，影響相關的機組為四臺（其中三用一備），按照儲存約20min的冷量進行設計計算，蓄冷總量為：4200kW×3×20/60=4200KWh（約20min冷量）。

蓄冷罐總容積：3600×4200kWh/（20-13）/1000/4.187=516m3。

在供冷系統(tǒng)中采用串聯(lián)水蓄冷儲罐的方式，共設8個儲罐（7用1備），則516/7=74m3

選用75m3額定容量蓄冷罐滿足設計要求。

3.4 柴油系統(tǒng)設計。本項目共設置21套柴油發(fā)電機組（20用1備），單臺機組柴油需求量為500L/h。按照國家標準B級技術要求，柴油發(fā)電機燃料存儲量為24h，設計選用單個儲罐容積為50m3儲罐，設計計算如下：

柴油總儲存量：20×500L/h×24h/1000=240m3

柴油儲罐數(shù)量：240/50=4.8

共設置6個柴油儲油罐（5用1備）。系統(tǒng)設置4套柴油供油泵組、4套柴油泄油泵組、1套柴油過濾裝置、21個日用油箱及對應的閥門等。

供油過程：柴油供油泵組將室外埋地柴油儲罐中的柴油送至地下室日用油箱間內(nèi)的日用油箱，再由日用油箱送至對應的柴油發(fā)電機組。

泄油過程：泄油泵將日用油箱內(nèi)的柴油泄至室外埋地柴油儲罐。

4 結語

總之，數(shù)據(jù)中心的相關設計工作最重要的是根據(jù)IT業(yè)務對可靠性的要求，選擇合適的級別，然后按照相應的級別技術要求配置正確合適的空調(diào)水系統(tǒng)以及柴油系統(tǒng)等。空調(diào)水系統(tǒng)和柴油系統(tǒng)的安全可靠運行，對整個數(shù)據(jù)中心的安全運行起著非常重要的作用。