大型數據中心機電配套建設研究

楊 玲，王 麗

（中通服咨詢設計研究院有限公司，江蘇 南京 210019）

0 引 言

近幾年，互聯網數據中心行業市場持續高速增長，數據中心機電配套的技術也在不斷發展創新。因此，本文選取近期竣工的某大型數據中心機樓，對該項目機電配套建設進行研究[1]。

1 建設標準

該數據中心機樓各機電配套設備按照GB 50174—2017《數據中心設計規范》A級、中國電信商用數據中心超五星級標準進行配套設備方案規劃，具體方案按照兩種標準中更為嚴格的標準進行部署，以滿足不同客戶的使用需求[2]。

主要機電配套工程的配置標準對比如表1所示。

表1 機電配套工程建設標準對比

2 工藝布局

該數據中心機樓共4層，建筑面積20 650㎡，遠期規劃設備機架2 458架，本期項目建設機架623架，ODF 4架。其中，一層單機架功耗6 kW，三層單機架功耗分為7 kW和12 kW，四層單機架功耗分為6 kW、7 kW、8 kW、10 kW和35 kW。

本期工藝布局規劃見表2。

表2 本期項目工藝布局規劃表

3 供電系統

3.1 外市電引入及變配電系統

園區已建設110 kV專用變電站，目前引入兩路63 MV·A外市電。

本數據中心機樓遠期規劃總用電負荷約為2.45萬kV·A，本期共引入3組6回10 kV市電電源，每組2回市電電源平時互為備用，每回均能承擔該組全部用電負荷。

互為備份的兩段10 kV母線以放射式向各臺變壓器供電；變壓器采用2N配置，每臺變壓器負荷率不大于45%；當一臺變壓器故障時，另一臺變壓器帶起全部負荷。

10 kV配電系統根據維護及油機設置分為以下3個系統：

1#系統：給一層4臺變壓器（空調水泵、屋頂風冷主機、一層IT負荷）及5臺10 kV空調主機供電，容量約為8 800 kV·A。

2#系統：給二層6臺變壓器供電，容量約為7 500 kV·A 。

3#系統：給三、四層共10臺變壓器供電，容量約為12 500 kV·A。

根據實際工程經驗，本項目10 kV配電柜及進線電纜一次性建設到位，變壓器及低壓柜分期建設。

高低壓變配電系統圖如圖1所示。

圖1 高低壓變配電系統圖

3.2 柴油發電機組

依據建設標準及客戶需求，柴油發電機組配置原則如下：

（1）每套10 kV系統由一套獨立的油機系統作為后備電源供電；

（2）每套油機系統按N+1配置，按基本功率考慮；

（3）IT負載的功率因數、需要系數、IT同時系數、動力負荷同時系數均按照1考慮；

（4）本地儲油容量保障全部負載的后備供油時間滿足12 h用油。

園區內已建設一棟3層的動力中心，本期油機保證負荷約8 911 kW，根據以上配置原則，本期配置1套5+1油機系統（單臺主用功率1 800 kW），安裝在動力中心三層。遠期預留1套5+0油機系統（單臺主用功率1 800 kW），安裝在動力中心三層；1套8+1油機系統（單臺主用功率1 800 kW），安裝在動力中心三層屋頂。

油機配套的進（出）線柜、并機柜、配電屏等一并在動力中心三層油機控制室內安裝。每臺機組配置1套控制器對機組進行控制，配置1臺主控柜對并機系統進行總體控制，由供貨廠家對控制器進行編程，滿足油機運行控制要求。

柴油發電機組平面布局如圖2所示。

圖2 柴油發電機組平面布局

3.3 不間斷電源

（1）IT設備

一層機房為自用傳輸機房，為滿足傳輸設備供電需求，采用2套2 000 A /-48 V直流系統及配套蓄電池組，單系統雙路由供電。

三層機房為外租IDC機房，為滿足后期多數客戶需求，采用4套1 200 kV·A 2+0 UPS系統及配套蓄電池組，組成2套1 200 kV·A 2NUPS系統，雙系統雙路由供電。

四層機房為自用核心、傳輸、樞紐機房，為滿足本層各類設備的供電需求，采用5套2 000 A /-48 V直流系統及配套蓄電池組，單系統雙路由供電；10套1 600 A/240 V直流系統及配套蓄電池組，組成5套1 600 A/240 V 2N直流系統，雙系統雙路由供電；2套500 kV·A 單機UPS系統及配套蓄電池組，組成1套500 kV·A 2NUPS系統，雙系統雙路由供電[3]。

本工程科學合理地建設不間斷電源系統，以上各種類型不間斷電源系統單套配置如下。

2 000 A/-48 V直流供電系統：每套系統配置1個整流架和1臺直流輸出屏，每套系統配置2組2 000 Ah蓄電池組。

1 600 A/240 V直流供電系統：每套系統配置2個整流架和1臺直流輸出屏，每套系統配置2組800 A·h蓄電池組。

1 200 kVA 2+0 UPS系統：每套系統配置2臺600 kV·A UPS主機和3臺UPS輸出屏，每臺主機配置2組500 Ah蓄電池組。

500 kV·A 單機UPS系統：每套系統配置1臺500 kV·A UPS主機和2臺UPS輸出屏，每臺主機配置2組500 A·h蓄電池組。

（2）冷凍泵、群控、弱電及空調末端

冷凍泵：本期一層配置1套1 000 kV·A 2+0 UPS系統，為空調冷凍泵提供保障電源；

群控、弱電及空調末端：一層配置一套400 kV·A 2NUPS系統，為群控、弱電設備及一層水冷空調末端提供保障電源，單臺UPS主機配置1組500 A·h蓄電池組；三、四層水冷空調末端共用一套單機500 kV·A UPS系統，單臺UPS主機配置2組500 A·h蓄電池組[4]。

以上所有UPS 設備都采用效率較高的高頻UPS，蓄電池采用環保的高功率閥控式密封鉛酸蓄電池，蓄電池系統后備時間不少于30 min。

4 供冷系統

4.1 空調主機

（1）冷水機組：該數據中心空調總制冷所需冷負荷遠期為20 650 kW，共需配置5臺1 600 RT離心式冷水機組，單臺機組額定制冷量為5 620 kW，機組按照N+1的原則配置，本期安裝3臺。

（2）冷卻塔：遠期配置功率為60 kW的冷卻塔5臺，本期安裝3臺。

（3）板式換熱器：遠期配置換熱量為5 700 kW的板式換熱器5臺，本期安裝3臺。一次側11～17 ℃，二次側12～18℃。為充分利用冬季以及過渡季節室外冷源，在室外低溫時段（11℃以下），全部或部分冷水機組將停止工作，利用自然冷源，由水-水板式換熱器替代其進行制冷，熱量通過冷卻塔散出。

（4）蓄冷罐：為滿足15 min應急蓄冷需求，配置2個466 m3閉式蓄冷罐，本期安裝。

（5）冷凍水泵：遠期配置5臺，單臺參數：900 m3/h，揚程45 m，功率160 kW。本期安裝3臺。

（6）冷卻水泵：遠期配置5臺，單臺參數：1 300 m3/h，揚程33 m，功率160 kW。本期安裝3臺。

4.2 空調末端

本設計方案基于規范標準及客戶需求，同時考慮以下因素。

（1）綠色：根據當地氣候條件，空調系統采用列間空調及熱管背板等新型制冷末端和熱管壓縮制冷一體化主機，充分利用自然冷源，提升末端能效比，從而降低空調系統全年電能的消耗，低碳環保。

（2）靈活：大樓主體采用冷凍水系統，考慮工期因素，部分交付期較緊張機房采用熱管壓縮制冷一體化主機空調系統，并預留與冷凍水切換接口，大大提升了系統靈活性。

（3）安全：基于數據中心對系統安全性要求高，傳輸及核心機房采用雙冷源供冷，機房末端空調采用不間斷電源供電。

具體建設方案如下：

（1）單機架功耗為7 kW及12 kW的IT機柜采用熱管背板新型制冷末端貼近熱源制冷，2N備份；

（2）單機架功耗為6 kW及8 kW的傳輸機柜采用熱管房級空調+冷凍水型房級空調雙冷源制冷，風帽送風；

（3）單機架功耗為10 kW及35 kW的核心機柜采用熱管列間空調+水氟列間空調雙冷源制冷，2N備份；

（4）電力電池室采用房級精密空調制冷，N+1備份；

（5）機房濕度采用恒濕機獨立控制，加濕方式采用濕膜加濕，節能降耗[5]。

5 智能化系統

本期智能化系統建設區域為數據中心一層、三層、四層、屋面及動力中心三層。本期智能化建設系統包括以下幾方面。

（1）辦公網綜合布線：綜合布線內容包含前端面板至弱電間的管線部分，辦公網后端設備由建設單位對接。

（2）視頻監控系統：視頻監控采用數字高清系統，集中存儲，存儲時間達6個月。

（3）門禁系統：門禁與火災報警系統聯動。

（4）動力環境監控系統：動力環境監控系統對數據中心供配電系統、UPS及電池監測、空調系統、漏水監測、溫濕度檢測等設備進行監視，統一集成在一套環境監控系統中。

（5）群控系統：群控系統的建設包括冷凍機組及其附屬設備的自控。冷凍機組的自控包括冷卻塔、冷凍機組、冷凍水冷卻水泵、各水箱及補水泵的監視和控制。也包括各類閥門的手自動控制和反饋等。

（6）DCIM綜合管理平臺：本期綜合管理系統提供底端采集及測量設備，不新建平臺。 新增設備全部接入園區已建DCIM綜合管理系統，實現統一管理。

6 結 論

本項目按照國標A級標準及中國電信商用數據中心超五星級標準中更為嚴格的標準進行部署，以滿足不同客戶的使用需求。在工藝布局上，供電及供冷系統更接近設備末端；供電系統采用-48 V、240 V、UPS等多種不間斷電源系統；供冷系統采用精密空調、列間空調、背板空調等多種空調末端形式；并配置完善的智能化系統。以上建設方案具備靈活性和綠色節能的優勢，可為其他數據中心的建設提供參考。