彭剛平，康慧

（中國(guó)華電科工集團(tuán)有限公司，北京100070）

0 引言

數(shù)據(jù)中心這個(gè)概念在20 世紀(jì)50 年代末被提出時(shí)，僅用來(lái)存放計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、存儲(chǔ)系統(tǒng)以及電力設(shè)備等組件［1］，既不能做分布式運(yùn)算，也無(wú)法向外提供服務(wù)。近年來(lái)，隨著互聯(lián)網(wǎng)的爆發(fā)式增長(zhǎng)和百度、騰訊、阿里巴巴等互聯(lián)網(wǎng)公司的興起，個(gè)人電腦（PC）端對(duì)網(wǎng)絡(luò)的要求不斷提高，有效促進(jìn)了數(shù)據(jù)中心的發(fā)展。

現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心是信息系統(tǒng)的中心，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)向公眾以及企業(yè)提供信息服務(wù)［2］，成為了企業(yè)管理信息技術(shù)（IT）的基礎(chǔ)設(shè)施，是提供應(yīng)用服務(wù)的重要平臺(tái)。隨著云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等更先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展，建設(shè)新一代數(shù)據(jù)中心成為企業(yè)的熱點(diǎn)話題。

從工程角度來(lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)中心的建設(shè)要經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)、施工、測(cè)試、驗(yàn)收以及后期維護(hù)5 個(gè)階段［3］，涉及建筑、環(huán)境、結(jié)構(gòu)、消防、供配電、空調(diào)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用等多個(gè)專業(yè)，工作內(nèi)容繁重。因此，一個(gè)好的設(shè)計(jì)方案是建設(shè)數(shù)據(jù)中心的首要步驟。

設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)涉及工程項(xiàng)目的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)要求、投資等內(nèi)容，是工程項(xiàng)目建設(shè)的基礎(chǔ)性文件，需進(jìn)行調(diào)研、分析、梳理、理解。在準(zhǔn)備數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)的初期，既要把握好業(yè)主的需求，更要深刻理解、分析標(biāo)準(zhǔn)的各項(xiàng)指標(biāo)，才能做好數(shù)據(jù)中心的規(guī)劃設(shè)計(jì)。

1 現(xiàn)行設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)概述

我國(guó)與數(shù)據(jù)中心供能有關(guān)的現(xiàn)行設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)有4個(gè)，中國(guó)華電集團(tuán)有限公司（以下簡(jiǎn)稱華電集團(tuán)）《天然氣分布式能源項(xiàng)目工程設(shè)計(jì)導(dǎo)則》（2017 年版）、GB 50174—2017《數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)規(guī)范》、GB 51131—2016《燃?xì)饫錈犭娐?lián)供工程技術(shù)規(guī)范》和DL∕T 5508—2015《分布式供能站設(shè)計(jì)規(guī)范》，具體性質(zhì)與內(nèi)容見(jiàn)表1。

表1 與數(shù)據(jù)中心供能有關(guān)的我國(guó)現(xiàn)行設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)Tab.1 Current design standards related to data center energy supply in China

1.1 《天然氣分布式能源項(xiàng)目工程設(shè)計(jì)導(dǎo)則》

《天然氣分布式能源項(xiàng)目工程設(shè)計(jì)導(dǎo)則》介紹了天然氣分布式能源工程的負(fù)荷估算、冷熱用戶選擇、機(jī)組選型、運(yùn)行策略、外部接口關(guān)系等；用于樓宇式和區(qū)域式分布式供能系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

為了更詳細(xì)地說(shuō)明天然氣分布式能源工程的設(shè)計(jì)方法，華電集團(tuán)還配套編制了《燃?xì)夥植际焦┠芟到y(tǒng)設(shè)計(jì)手冊(cè)》，由中國(guó)電力出版社于2019 年7月公開(kāi)出版發(fā)行。

1.2 《數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)規(guī)范》

（1）GB 50174—2017《數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)規(guī)范》以下簡(jiǎn)稱50174 規(guī)范，是根據(jù)住建部《關(guān)于發(fā)印2011 年工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范制訂、修訂計(jì)劃的通知》（建標(biāo)〔2011〕17 號(hào)）的要求，由中國(guó)電子工程設(shè)計(jì)院會(huì)同有關(guān)單位在原國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 50174—2008《電子信息系統(tǒng)機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范》的基礎(chǔ)上修訂、編制完成的［2，4-5］。

（2）50174 規(guī)范于2018 年1 月1 日實(shí)施，完全取代了GB 50174—2008《電子信息系統(tǒng)機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范》。

（3）50174 規(guī)范包括技術(shù)內(nèi)容和附錄2 個(gè)部分。主要技術(shù)內(nèi)容包括總則、術(shù)語(yǔ)、分級(jí)與性能要求、選址及設(shè)備布置、環(huán)境要求、建筑與結(jié)構(gòu)、空氣調(diào)節(jié)、電氣、電磁屏蔽、網(wǎng)絡(luò)與布線系統(tǒng)、智能化系統(tǒng)、給水排水、消防與安全共13 章，涉及范圍由2008 版的主機(jī)房擴(kuò)大至整個(gè)數(shù)據(jù)中心。

（4）50174 規(guī)范修訂的主要內(nèi)容有：根據(jù)目前各行業(yè)對(duì)數(shù)據(jù)中心的要求和規(guī)模差別較大的情況，增加了A 級(jí)數(shù)據(jù)中心的定義范圍，增加了對(duì)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和災(zāi)備數(shù)據(jù)中心的設(shè)計(jì)要求，將第11 章“監(jiān)控與安全防范”更名為“智能化系統(tǒng)”，以適應(yīng)我國(guó)電子信息發(fā)展需要。

（5）50174 規(guī) 范 的 第8.4.4，13.2.1，13.2.4，13.3.1，13.4.1條為強(qiáng)制性條文，必須嚴(yán)格執(zhí)行。

50174 規(guī)范是我國(guó)數(shù)據(jù)中心的現(xiàn)行設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，供電子行業(yè)的設(shè)計(jì)單位使用，相比電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL∕T 5508—2015《分布式供能站設(shè)計(jì)規(guī)范》更通用。

2 與供能有關(guān)的通用內(nèi)容

2.1 數(shù)據(jù)中心的構(gòu)成

數(shù)據(jù)中心是集中放置電子信息設(shè)備、提供運(yùn)行環(huán)境的建筑場(chǎng)所，可以是1棟或幾棟建筑物，也可以是1 棟建筑物的一部分，數(shù)據(jù)中心由以下4 部分區(qū)域構(gòu)成［6］。

（1）主機(jī)房區(qū)（computer room），數(shù)據(jù)處理設(shè)備安裝和運(yùn)行的建筑空間，包括服務(wù)器機(jī)房、網(wǎng)絡(luò)機(jī)房、存儲(chǔ)機(jī)房等功能區(qū)域。

（2）輔助區(qū)（auxiliary area），用于電子信息設(shè)備和軟件的安裝、調(diào)試、維護(hù)、運(yùn)行監(jiān)控和管理的場(chǎng)所，包括進(jìn)線間、測(cè)試機(jī)房、總控中心、消防和安防控制室、拆包區(qū)、備件庫(kù)、打印室、維修室等區(qū)域。

（3）支持區(qū)（support area），為主機(jī)房、輔助區(qū)提供動(dòng)力支持和安全保障的區(qū)域，包括變配電室、柴油發(fā)電機(jī)房、電池室、空調(diào)機(jī)房、動(dòng)力站房、不間斷電源系統(tǒng)用房、消防設(shè)施用房等。

（4）行政管理區(qū)（administrative area），用于日常行政管理及客戶管理托管設(shè)備的場(chǎng)所，包括辦公室、門(mén)廳、值班室、盥洗室、更衣間和用戶工作室等。

輔助區(qū)、支持區(qū)的面積之和可為主機(jī)房面積的1.5～2.5 倍。用戶工作室使用面積可按4～5 m2∕人計(jì)算，其中，軟∕硬件管理人員辦公室等長(zhǎng)期有工作人員值班的區(qū)域，使用面積可按5～7 m2∕人計(jì)算。

2.2 數(shù)據(jù)中心的分級(jí)

2.2.1 按影響程度分級(jí)

根據(jù)數(shù)據(jù)中心的使用性質(zhì)、數(shù)據(jù)丟失或網(wǎng)絡(luò)中斷在經(jīng)濟(jì)或社會(huì)上造成的損失或影響程度確定所屬級(jí)別，可劃分為A，B，C 3級(jí)［7-8］。

（1）A 級(jí)。符合下列情況之一的數(shù)據(jù)中心應(yīng)為A 級(jí)：電子信息系統(tǒng)運(yùn)行中斷將造成重大的經(jīng)濟(jì)損失；電子信息系統(tǒng)運(yùn)行中斷將造成公共場(chǎng)所秩序嚴(yán)重混亂。

（2）B 級(jí)。符合下列情況之一的數(shù)據(jù)中心應(yīng)為B 級(jí)：電子信息系統(tǒng)運(yùn)行中斷將造成較大的經(jīng)濟(jì)損失；電子信息系統(tǒng)運(yùn)行中斷將造成公共場(chǎng)所秩序混亂。

（3）C 級(jí)。不屬于A 級(jí)或B 級(jí)的數(shù)據(jù)中心應(yīng)為C級(jí)。2.2.2 按機(jī)架的數(shù)量分類

按照機(jī)架的數(shù)量可以將數(shù)據(jù)中心分為3類。

（1）超大型是指標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架規(guī)模＞10 000個(gè)的。

（2）大型是指標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架規(guī)模為3 000～10 000個(gè)的。

（3）中小型是指標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架規(guī)模＜3 000個(gè)的。

2.3 數(shù)據(jù)中心的耗能特點(diǎn)

（1）數(shù)據(jù)中心是典型的高能耗行業(yè)［9］。通常一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架平均耗電為2.5～4.0 kW，較大機(jī)架平均耗電約5 kW，大機(jī)架平均耗電約11 kW。那么一個(gè)有10 000 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架的超大型數(shù)據(jù)中心年耗電量為2.2億～3.5億kW·h。

（2）能源成本占比高。數(shù)據(jù)中心的用電成本占運(yùn)營(yíng)總成本的70%左右（其中，IT 設(shè)備用電和制冷設(shè)備用電各占一半），運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用和人工成本分別占20%和10%左右。數(shù)據(jù)中心4年的用電成本可以建設(shè)一個(gè)同等規(guī)模的數(shù)據(jù)中心。

（3）供能可靠性要求高。一般情況至少需要2路電源，一用一備，另外還要有1路緊急備用電源。

2.4 災(zāi)備數(shù)據(jù)中心

災(zāi)備數(shù)據(jù)中心是在災(zāi)難發(fā)生時(shí)，接替生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行、進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和支持關(guān)鍵業(yè)務(wù)功能繼續(xù)運(yùn)作的場(chǎng)所。在同城或異地建立的災(zāi)備數(shù)據(jù)中心，設(shè)計(jì)宜與主用數(shù)據(jù)中心等級(jí)相同［10］。

2.5 總控中心（ECC）

ECC 為數(shù)據(jù)中心各系統(tǒng)提供集中監(jiān)控、指揮調(diào)度、技術(shù)支持和應(yīng)急演練的平臺(tái)，也可稱為監(jiān)控中心。

3 與供冷有關(guān)的內(nèi)容分析

3.1 對(duì)空調(diào)冷凍水供回水管路布置的要求

數(shù)據(jù)中心空調(diào)的冷凍水供回水管路宜采用環(huán)形管網(wǎng)或雙供雙回方式［11］。為保證供水連續(xù)性，避免單點(diǎn)故障，冷凍水供回水管路宜采用環(huán)形管網(wǎng)（如圖1所示）；當(dāng)冷凍水系統(tǒng)采用雙冷源時(shí)，冷凍水供回水管路可采用雙供雙回方式（如圖2所示）。

圖1 采用環(huán)形管網(wǎng)方式的冷凍水供回水管路Fig.1 Chilled water supply and return pipeline taking circular network

圖2 采用雙供雙回方式的雙冷源冷凍水供回水管路Fig.2 Chilled water supply and return pipeline with double cooling sources taking dual supply and dual return mode

3.2 對(duì)空調(diào)制冷系統(tǒng)的要求

不同級(jí)別數(shù)據(jù)中心空調(diào)制冷系統(tǒng)要求見(jiàn)表2。

3.3 空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)節(jié)能措施

（1）空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂驐l件，充分利用自然冷源。

（2）大型數(shù)據(jù)中心宜采用水冷式或風(fēng)冷式冷水機(jī)組空調(diào)系統(tǒng)：水冷式冷水機(jī)組的空調(diào)系統(tǒng)在冬季可利用室外冷卻塔作為冷源；風(fēng)冷式冷水機(jī)組的空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采用自然冷卻技術(shù)［12］。

（3）空調(diào)系統(tǒng)可采用電制冷與自然冷卻相結(jié)合的方式［13］。

（4）數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)分別計(jì)算自然冷卻和余熱回收的經(jīng)濟(jì)效益，應(yīng)采用經(jīng)濟(jì)效益最好的節(jié)能設(shè)計(jì)方案。

表2 數(shù)據(jù)中心空調(diào)制冷系統(tǒng)要求Tab.2 Requirements on data center air conditioning and refrigeration system

4 與供電有關(guān)的內(nèi)容

4.1 《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》

4.1.1 相關(guān)條文

2.0.2 雙重電源（duplicate supply）：一個(gè)負(fù)荷的電源是由2 個(gè)電路提供的，這2 個(gè)電路就安全供電而言被認(rèn)為是互相獨(dú)立的。

2.0.5 備用電源（stand-by electric source）：當(dāng)正常電源斷電時(shí)，由于非安全原因用來(lái)維持電氣裝置或其某些部分所需的電源。

3.0.2 一級(jí)負(fù)荷：中斷供電將造成安全事故、重大經(jīng)濟(jì)損失、重大政治影響的電力用戶負(fù)荷；應(yīng)由雙重電源供電，當(dāng)某一電源發(fā)生故障時(shí)，另一電源應(yīng)運(yùn)行供電。

4.1.2 條文解釋

3.0.2 采用的“雙重電源”一詞引用了IEC 60050—1985《國(guó)際電工詞匯》第601 章中術(shù)語(yǔ)第601-02-19 條“duplicate supply”。因地區(qū)大電力網(wǎng)在主網(wǎng)電壓上部是并網(wǎng)的，用電單位無(wú)論從電網(wǎng)取幾回路電源進(jìn)線，也無(wú)法得到嚴(yán)格意義上的2 個(gè)獨(dú)立電源。所以這里指的雙重電源可以是分別來(lái)自不同電網(wǎng)的電源，或來(lái)自同一電網(wǎng)但在運(yùn)行時(shí)電路互相之間的聯(lián)系很弱，或者來(lái)自同一個(gè)電網(wǎng)但其間的電氣距離較遠(yuǎn)，一個(gè)電源系統(tǒng)任意一處出現(xiàn)異常運(yùn)行或發(fā)生短路故障時(shí)另一個(gè)電源仍能不中斷供電，這樣的電源都可視為雙重電源［14］。

一級(jí)負(fù)荷的供電應(yīng)由雙重電源供電，而且不能同時(shí)損壞，只有滿足這2個(gè)基本條件，才可能維持其中一個(gè)電源繼續(xù)供電。雙重電源可一用一備，亦可同時(shí)工作，各供一部分負(fù)荷。

盡管從電網(wǎng)無(wú)法得到嚴(yán)格意義上的2個(gè)獨(dú)立電源，但是燃?xì)夥植际诫娫词菄?yán)格意義上的“獨(dú)立于市電網(wǎng)”的獨(dú)立電源。

4.2 《數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)規(guī)范》

4.2.1 相關(guān)條文

8.1.12 A 級(jí)數(shù)據(jù)中心應(yīng)由雙重電源供電，并應(yīng)設(shè)置備用電源。備用電源宜采用獨(dú)立于正常電源的柴油發(fā)電機(jī)組，也可采用供電網(wǎng)絡(luò)中獨(dú)立于正常電源的專用饋電線路。當(dāng)正常電源發(fā)生故障時(shí)，備用電源應(yīng)能承擔(dān)數(shù)據(jù)中心正常運(yùn)行所需要的用電負(fù)荷。

8.1.13 B 級(jí)數(shù)據(jù)中心宜由雙重電源供電，當(dāng)只有一路電源時(shí)，柴油發(fā)電機(jī)組作為備用電源。

8.1.18 同城災(zāi)備數(shù)據(jù)中心與主用數(shù)據(jù)中心的供電電源不應(yīng)來(lái)自同一個(gè)城市變電站。采用分布式能源供電的數(shù)據(jù)中心，備用電源可采用市電或柴油發(fā)電機(jī)。

獨(dú)立于正常電源的專用饋電線路可以作為數(shù)據(jù)中心的備用電源。

4.2.2 條文解釋

8.1.12 備用電源是保障A 級(jí)數(shù)據(jù)中心正常運(yùn)行的必要條件，獨(dú)立于正常電源的發(fā)電機(jī)組和供電網(wǎng)絡(luò)中獨(dú)立于正常電源的專用饋電線路都可以作為備用電源。由于柴油發(fā)電機(jī)組在可操作性上優(yōu)于其他備用電源，故大部分?jǐn)?shù)據(jù)中心將其作為備用電源［15］。

8.1.13 B級(jí)數(shù)據(jù)中心比A級(jí)數(shù)據(jù)中心在電源可靠性方面降低了要求，當(dāng)B 級(jí)數(shù)據(jù)中心由雙重電源供電時(shí)，不需要再設(shè)置備用電源。

8.1.18 從電源可靠性和安全性角度考慮，同城災(zāi)備數(shù)據(jù)中心與主用數(shù)據(jù)中心的電源應(yīng)來(lái)自不同的變電站。

分布式能源包括燃?xì)馊?lián)供系統(tǒng)、太陽(yáng)能、風(fēng)能等，數(shù)據(jù)中心應(yīng)鼓勵(lì)采用分布式能源［16-17］。A 級(jí)數(shù)據(jù)中心采用分布式能源供電時(shí)，可采用市電或柴油發(fā)電機(jī)作為備用電源。

鼓勵(lì)采用分布式能源作為數(shù)據(jù)中心的主用電源，這里的分布式能源是指燃?xì)夥植际健?/p>

5 結(jié)論

（1）我 國(guó) 于2018 年1 月1 日 實(shí) 施GB50174—2017《數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)規(guī)范》，肯定了分布式供能。

（2）燃?xì)夥植际诫娫词菄?yán)格意義上的“獨(dú)立于市電網(wǎng)”的獨(dú)立電源。新GB 50174規(guī)范允許采用燃?xì)夥植际诫娫纯梢宰鳛閿?shù)據(jù)中心的主要電源。

（3）主機(jī)房的環(huán)境溫度要求有所降低，對(duì)空調(diào)供回水溫度放寬（7～21 ℃）。按此新標(biāo)準(zhǔn)，空調(diào)冷負(fù)荷將有所下降（約10%）。