數(shù)據(jù)中心電氣、暖通專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)

文/肖奇良

隨著云計(jì)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(jìn)行正式商用，大規(guī)模數(shù)據(jù)中心建設(shè)將很快進(jìn)入爆發(fā)期。由于設(shè)備功率密度的提高，設(shè)計(jì)單位在承接數(shù)據(jù)中心這類(lèi)項(xiàng)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(yàn)教訓(xùn)，避免因設(shè)計(jì)問(wèn)題導(dǎo)致出現(xiàn)工藝缺陷，致使建設(shè)項(xiàng)目出現(xiàn)嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)損失。

根據(jù)目前主流的設(shè)計(jì)規(guī)范，結(jié)合技術(shù)發(fā)展的方向，為使設(shè)計(jì)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(guò)對(duì)目前數(shù)據(jù)中心電氣、暖通專(zhuān)業(yè)的行業(yè)技術(shù)動(dòng)態(tài)進(jìn)行分析，結(jié)合日常設(shè)計(jì)工作中設(shè)計(jì)單位比較容易疏忽的問(wèn)題，列舉若干問(wèn)題進(jìn)行研究。

1 機(jī)房溫濕度設(shè)計(jì)

根據(jù)傳統(tǒng)技術(shù)，暖通專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)在機(jī)房溫度和濕度方面采用的是粗放式模式，沒(méi)有精確明確規(guī)定機(jī)房哪個(gè)地方的溫度和濕度，業(yè)界的設(shè)計(jì)思路往往取定末端空調(diào)機(jī)組的回風(fēng)工況作為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。為滿(mǎn)足要求，這種粗放的設(shè)計(jì)理念需要將末端空調(diào)機(jī)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(dá)到要求，對(duì)于熱負(fù)荷密度較大的數(shù)據(jù)中心設(shè)備機(jī)房，空調(diào)耗電量較大，導(dǎo)致PUE 值較高。

在滿(mǎn)足設(shè)備正常運(yùn)行的前提下，新規(guī)范對(duì)空調(diào)溫濕度的位置進(jìn)行精確定位，為“冷通道或機(jī)柜進(jìn)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(duì)冷通道或者設(shè)備進(jìn)行精確送風(fēng)，在保證機(jī)房正常運(yùn)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(jì)

以往大量采用房間級(jí)空調(diào)的設(shè)計(jì)模式已經(jīng)不可取了，對(duì)于新機(jī)房的空調(diào)氣流組織設(shè)計(jì)，特別對(duì)于單臺(tái)機(jī)柜發(fā)熱量大于4kW 的機(jī)房，一方面為了能進(jìn)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(duì)層高提出要求，需要根據(jù)單臺(tái)機(jī)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(wèn)題且面臨著空調(diào)備用率較高，冗余度較大的問(wèn)題。

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

3 空調(diào)不間斷冷源設(shè)計(jì)

以往的機(jī)房空調(diào)設(shè)計(jì)，由于設(shè)備功率密度低，一個(gè)機(jī)柜供電負(fù)荷超不過(guò)2KW，單位面積熱負(fù)荷較低，當(dāng)空調(diào)因市電停電等原因停止工作時(shí)，雖然空調(diào)設(shè)備已經(jīng)停機(jī)，但機(jī)房?jī)?nèi)的冷空氣其實(shí)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(shí)，如果沒(méi)有后備冷源，機(jī)房在幾分鐘內(nèi)將迅速提升到導(dǎo)致設(shè)備宕機(jī)的環(huán)境溫度。為使的機(jī)房能夠正常運(yùn)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(wú)法滿(mǎn)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(shí)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(jī)房空調(diào)時(shí)，在資金充足的情況下也可以設(shè)置空調(diào)由UPS 供電。若無(wú)采用UPS 供電，當(dāng)采用行級(jí)空調(diào)時(shí)，則需要采取措施，使得當(dāng)空調(diào)系統(tǒng)停電時(shí)，封閉通道的天窗要能及時(shí)打開(kāi)。

4 供配電系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)

根據(jù)數(shù)據(jù)中心的重要程度，比較重要的機(jī)房往往應(yīng)滿(mǎn)足容錯(cuò)要求，即A 級(jí)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(gè)系統(tǒng)互為主備用，當(dāng)其中一個(gè)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，全部負(fù)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(gè)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?jìng)溆萌萘枯^2N 系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性方面有優(yōu)勢(shì)。

RR 系統(tǒng)為后備冗余系統(tǒng)，該系統(tǒng)由其中一個(gè)單元為其他所有單元提供備用電源，我們可以簡(jiǎn)單理解成集中備用方式。

5 油機(jī)選型設(shè)計(jì)

在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的交流發(fā)電機(jī)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(jī)組的性能分G1、G2、G3、G4。

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

G2：電壓特性與電網(wǎng)類(lèi)似，當(dāng)負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，允許暫時(shí)的電壓和頻率的偏差。適用于照明、水泵、風(fēng)機(jī)等。

G3：連接的設(shè)備對(duì)發(fā)電機(jī)組的電壓、頻率和波形有嚴(yán)格要求。適用于電信負(fù)載和晶閘管控制的設(shè)備。

圖1

G4：連接的設(shè)備對(duì)發(fā)電機(jī)組的電壓、頻率和波形有特別嚴(yán)格要求。適用于數(shù)據(jù)處理設(shè)備和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

從以上的分類(lèi)以及使用的場(chǎng)合，不難得出：由于數(shù)據(jù)中心對(duì)發(fā)電機(jī)組的輸出頻率、電壓和波形有嚴(yán)格要求，發(fā)電機(jī)組的性能等級(jí)不應(yīng)低于G3 級(jí)。

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

COP（持續(xù)功率）：無(wú)運(yùn)行時(shí)間限制，為恒定負(fù)載持續(xù)供電的最大功率。

PRP（基本功率）：無(wú)運(yùn)行時(shí)間限制，為可變負(fù)載持續(xù)供電的最大功率。

LTP（限時(shí)運(yùn)行功率）：為恒定負(fù)載供電，年運(yùn)行時(shí)間<500 小時(shí)。

ESP（緊急備用功率）：為可變負(fù)載供電，年運(yùn)行小時(shí)數(shù)<200 小時(shí)。

A 級(jí)數(shù)據(jù)中心發(fā)電機(jī)組應(yīng)連續(xù)和不限時(shí)運(yùn)行，輸出功率應(yīng)滿(mǎn)足數(shù)據(jù)中心最大平均負(fù)荷的需要發(fā)電機(jī)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(wèn)題

對(duì)數(shù)據(jù)中心內(nèi)所有設(shè)備的金屬外殼、各類(lèi)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(duì)人員和設(shè)備安全防護(hù)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(duì)地絕緣的孤立導(dǎo)體。

以往的防雷接地著重強(qiáng)調(diào)接地電阻值，并對(duì)其進(jìn)行了嚴(yán)格的規(guī)定。經(jīng)過(guò)多年的研究并結(jié)合實(shí)踐，目前已經(jīng)形成了統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)，強(qiáng)調(diào)了等電位聯(lián)結(jié)并接地的方式，不對(duì)接地電阻進(jìn)行嚴(yán)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(jí)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(yǔ)

以上主要是結(jié)合本人實(shí)際的工作經(jīng)驗(yàn)并在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中認(rèn)為比較容易走偏的幾個(gè)問(wèn)題的研究，旨在拋磚引玉，希望廣大數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)工作者及參建者共同探討研究。