數據中心規劃設計參考-（文章以GB 50174爲參考基準）

1. 數據中心建設整理

1.1. 國內政策

2019年1月20日，工業和信息化部、國家機關事務管理局、國家能源局日前聯合印發《關於加強綠色數據中心建設的指導意見》，明確提出：到2022年，數據中心平均能耗基本達到國際先進水平，新建大型、超大型數據中心的電能使用效率值達到$\color{red}{1.4}$以下，高能耗老舊設備基本淘汰，水資源利用效率和清潔能源應用比例大幅提升，廢舊電器電子產品得到有效回收利用。

1.2. 國內數據中心設計規範-GB 50174-2017

適用範圍：新建、改建、擴建的數據中心設計；
GB 50174-2017 傳送門

1.2.1. 數據中心組成-空間角度劃分

從機房空間角度劃分，數據中心分爲：主機房、輔助區、支持區、行政管理區。

• 主機房：主要用於數據處理設備安裝和運行的建築空間，包括服務器機房、網絡機房、存儲機房等功能區域；
• 輔助區：用於電子信息設備和軟件的安裝、調試、維護、運行監控和管理的場所，包括進線間、測試機房、總控中心、消防和安防控制室、拆包區、備件庫、打印室、維修室
  等區域；
• 支持區：爲主機房、輔助區提供動力支持和安全保障的區域，包括變配電室、柴油發電機房、電池室、空調機房、動力站房、不間斷電源系統用房、消防設施用房等；
• 行政管理區：用於日常行政管理及客戶對託管設備進行管理的場所，包括辦公室、門廳、值班室、盥洗室、更衣間和用戶工作室等。

每個區域按照建設等級的不同，對面積要去也不一樣，後文有專門的章節會講解主機房、輔助區、支持區、行政管理區的面積要求。

1.2.2. 分級和性能要求

國內數據中心應劃分爲A、B、C三級。設計時應根據數據中心的使用性質、數據丟失或網絡中斷在經濟或社會上造成的損失或影響程度確定所屬級別。

指標	A級（容錯型）	B級（冗餘型）	C級（基本型）
重大經濟損失	✓
公共場所秩序嚴重混亂	✓
較大經濟損失		✓
公共場所秩序混亂		✓
上述情況之外的			✓

• 災備中心，設計時宜與主用數據中心等級相同；
• 數據中心各模塊可以按照不同等級設計建設，但數據中心的等級按照最低等級部分確定。

機房級別定義：

1. A級數據中心按照容錯級系統配置；
2. B級數據中心按照冗餘級設備配置；
3. C級數據中心按照基本需求配置；

各單位建設數據中心須基於自身機房分級和性能要求，結合投資能力進行建設，下面舉例說明A/B級數據中心：

• A級數據中心：金融行業、國家氣象臺、國家級信息中心、重要的軍事部
  門、交通指揮調度中心、廣播電臺、電視臺、應急指揮中心、郵政、電信等行業的數據中心及企業認爲重要的數據中心。
• B級數據中心：研院所、高等院校、博物館、檔案館、會展中心、政府辦公樓等的數據中心。

1.2.3. 機房選址和區域空間要求

1.2.3.1. 數據中心選址

機房選址特別重要，選址要求應參照如下要求：

1. 電力供給應充足可靠，通信應快速暢通，交通應便捷；
2. 採用水蒸發冷卻方式製冷的數據中心，水源應充足。
3. 自然環境應清潔，環境溫度應有利於節約能源；
4. 應遠離產生粉塵、油煙、有害氣體以及生產或貯存具有腐蝕性、易燃、易爆物品的場所；
5. 應遠離水災、地震等自然災害隱患區域；
6. 應遠離強振源和強噪聲源；
7. 應避開強電磁場干擾；
8. A級數據中心不宜建在公共停車庫的正上方；
9. 大中型數據中心不宜建在住宅小區和商業區內。

1.2.3.2. 數據中心面積計算方式

數據中心一般由主機房、輔助區、支持區和行政管理區（也可以沒有）組成。

1. 主機房的面積可以通過如下方式進行估算：

    A=SN

A：主機房的使用面積（m2）；
S：單臺機機櫃、大型設備、列頭櫃等設備佔用面積，可取2.0~4.0（m2/臺）；
N：機房內機櫃、大型設備、列頭櫃等設備的總檯數。

2. 輔助區+支持區的面積可按照主機房面積的1.5~2.5倍。

3. 行政管理區等區域面積可按照5-7m2/人計算。

1.2.3.3. 數據中心設備佈局要求

1. 容錯系統中相互備用的設備應佈置在不同的物理隔間內，相互備用的管線宜沿
   不同路徑敷設；A級機房
2. 機架佈置宜採用面對面、背對背方式，也就是模塊化機櫃；
3. 主機房內通道與設備間的距離應符合下列規定：
   • 用於搬運設備的通道淨寬不應小於1.5m；
   • 面對面佈置的機櫃（架）正面之間的距離不宜小於1.2m；
   • 背對背佈置的機櫃（架）背面之間的距離不宜小於0.8m；
   • 機櫃（架）與牆之間的距離不宜小於1.0m；
   • 成行排列的機櫃（架），其長度超過6m時，兩端應設有通道；當兩個通道之間的距離超過15m時，在兩個通道之間還應增加通道。通道的寬度不宜小於1m，局部可爲0.8m。

1.2.4. 建築與結構

概念
樓層層高:層高是指下層地板面或樓板上表面（或下表面）到相鄰上層樓板上表面（或下表面）之間的豎向尺寸。
樓層淨高:指樓面或地面至上部樓板底面之間的最小垂直距離。
GB_50223《建築工程抗震設防分類標準》：將建築抗震級別分爲四類，甲、乙、丙、丁四類。

• 丙類：標準設防類，應按照本地區設防烈度進行抗震建設；
• 乙類：重點設防類，6-8度應該按照本地區高一度來進行抗震建設，9度時適當提高要求。

1. 主機房淨高應根據機櫃高度、管線安裝及通風要求確定。新建數據中心時，主
   機房淨高不宜小於3.0m。
   批註：實際普通機房淨高更多實在3.2-3.5m左右，新建智能算力中心建議4-5m左右

2. 主機房和輔助區不應佈置在用水區域的直接下方，不應與振動和電磁干擾源爲鄰。
   批註：機房主區域樓上不應該有廁所

3. 新建A級數據中心首層建築完成面應高出當地洪水百年重現期水位線1.0m以上，並應高出室外地坪最少0.6m

4. 新建A級數據中心的抗震設防類別不應低於乙類，B級和C級數據中心的抗震設防類別不應低於丙類。

5. 改建的數據中心應根據荷載要求，按照《建築抗震鑑定標準》GB50023的規定進行抗震鑑定。經抗震鑑定後需要進行抗震加固的建築應根據現行國家標準《混凝土加固結構規範》GB50367、《建築抗震加固技術規程》JGJ 116和《混凝土結構後錨固技術規程》JGJ 145的規定進行加固。

6. 當抗震設防類別爲丙類的建築改建爲A級數據中心時，在使用荷載滿足要求的條件下，建築可不做加固處理。

7. 單獨設置人員出入口和貨物出入口。

8. 建築入口至主機房區域的通道淨寬不應小於1.5m。

9. 主機房不宜設置外窗。當主機房設有外窗時，外窗的氣密性不應低於《建築外門窗氣密、水密、抗風壓性能分級及檢測方法》GB/T7106規定的8級要求或採用雙層固定式玻璃窗，外窗應設置外部遮陽，遮陽係數按《公共建築節能設計標準》GB 50189確定。不間斷電源系統的電池室設有外窗時，應避免陽光直射。
   

關注2個點：

• 主機房區域承重要求：8-12KN/m2，智能計算中心建議不低於12KN/m2；
• 電池室承重要求：16KN/m2。

1.2.5. 空氣調節

1. 總冷量=顯冷+潛冷
   • 顯冷：空調區域內空氣由較高的溫度降到舒適的空調溫度所需消耗的冷量功率；
   • 潛冷：空調區域內爲抵消較高溼度的空氣發生冷凝轉變爲較低適度的空氣放出的冷凝潛熱所消耗的冷量功率。
2. 冷凍水：把空調的製造的冷量傳送給風機盤管，交換給機房空間，交換回機房空間熱量，封閉循環,循環水爲自來水。
3. 冷卻水：把冷凍水的熱量交換出來，通過冷卻塔或者冷凝器冷卻，冷卻水爲處理過的自來水，還需要投放防凍劑等。
   數據中心空調系統原理和結構___傳送門

空氣調節主要體現在對機房溫溼度的調節。

• 符合現行國家標準《民用建築供暖通風與空氣調節設計規範》GB50736的有關規定

• 按照不同級別，負荷下表中的各項要求：
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• 與其他功能房共建與同一建築內的數據中心，宜設置獨立的空調系統；

• 主機房與其他房間宜分別設置空調系統。

1.2.5.1. 負荷計算

1. 空調系統夏季冷負荷應包括下列內容：

• 數據中心內設備的散熱；
• 建築圍護結構得熱；
• 通過外窗進入的太陽輻射熱；
• 人體散熱；
• 照明裝置散熱；
• 新風負荷；
• 伴隨各種散溼過程產生的潛熱。

2. 空調系統溼負荷應包括下列內容：

• 人體散溼；
• 新風溼負荷；
• 滲漏空氣溼負荷；
• 圍護結構散溼。

1.2.5.2. 系統設計&設備選擇

1. 採用冷凍水空調系統的A級數據中心宜設置蓄冷設施，蓄冷時間應滿足電子信息設備的運行要求； 控制系統、末端冷凍水泵、空調末端風機應由不間斷電源系統供電；冷凍水供回水管路宜採用環形管網或雙供雙回方式。當水源不能可靠保證數據中心運行需要時，A級數據中心也可採用兩種冷源供應方式。
2. 主機房應維持正壓。主機房與其它房間、走廊的壓差不宜小於5 Pa，與室外靜壓差不宜小於10 Pa。
3. 空調系統的新風量應取下列二項中的最大值：
   • 按工作人員計算，每人40m3/h；
   • 維持室內正壓所需風量。
4. 大型數據中心宜採用水冷冷水機組空調系統，也可採用風冷冷水機組空調系統；採用水冷冷水機組的空調系統，冬季可利用室外冷卻塔作爲冷源；採用風冷冷水機組的空調系統，設計時應採用自然冷卻技術。
5. 空調系統無備份設備時，單臺空調製冷設備的製冷能力應留有15%～20%的餘量。
6. 蓄冷設施有兩個作用：1、在兩路電源切換時，冷水機組需重新啓動，此時空調冷源由蓄冷裝置提供；2、供電中斷時，電子信息設備由不間斷電源系統設備供電，此時空調冷源也由蓄冷裝置提供。因此，蓄冷裝置供應冷量的時間宜與不間斷電源設備的供電時間一致。蓄冷裝置提供的冷量包括蓄冷罐和相關管道內的蓄冷量及主機房內的蓄冷量。

1.2.5.3. 數據中心空調製冷量計算方式

數據中心空調製冷量計算方式有兩種方式：

• 功率及面積估算法
• 子系統累加法
• 面積法

1. 功率及面積估算法

數據中心主要的熱負荷來源於設備的發熱量和空間結構的熱負荷。因此，在很多信息不明確的情況下，如機房照明負荷、建築維護結構負荷、補充的新風負荷、人員的散熱負荷等，可以根據經驗，基於機房設備功耗和機房面積，來估算機房空調製冷容量和配置。

   Qt=Q1+Q2
   # Qt總製冷量（kw）；
   # Q1室內設備熱負荷（=設備功率*0.8）
   # Q2機房環境熱負荷（=0.12~0.18kw/m2*機房面積）,南方地區可選0.18，北方地區通常選擇0.12.
   # 假設單臺空調製冷量是Qs，則機房空調數量爲：
   n=Qt/Qs
   # A級機房n+m臺，B級機房n+1臺。

機房面積計算方式詳見上文數據中心面積計算方式。

2. 子系統累加法

機房熱負荷 = 設備熱負荷 + 機房照明熱負荷 + 建築維護結構熱負荷 + 人員的散熱負荷 + 新風熱負荷 。

   Qt=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5
   # 1.設備熱負荷
   Q1=P*n1*n2*n3
   P：機房內設備總功耗；
   n1:同時使用係數；
   n2：利用係數；
   n3：負荷工作係數;
   通常n1、n2、n3取0.6~0.8之間，考慮製冷量的冗餘，通常n1*n2*n3=0.8。
   # 2.機房照明熱負荷
   Q2=C*S
   C：照明功率，一般爲20w/m2；
   S：機房面積。
   # 3.建築維護結構熱負荷
   Q3=K*S
   K：建築維護結構熱負荷係數，一般爲50w/m2，具體得查表；
   S：機房面積。
   # 4.人員的散熱負荷
   Q4=P*N
   P：人體發熱量，輕體力工作人員熱負荷顯熱和潛熱之和，在室溫爲21和24度時均爲130w/人；
   N：機房常有人員數量。
   # 新風熱負荷
   新風熱負荷計算比較複雜，以空調設計餘量來平衡，不另外計算。

3. 面積法

機房熱負荷 = 機房面積*經驗值

   Qt=S*Q
   S：機房面積
   Q：單位面積功耗經驗值，數據中心一般爲 `600-800W/m2`

1.2.6. 電氣

1.2.6.1. 供配電

遵循標準：

1. 《供配電系統設計規範》GB50052
2. 下表：
   
   
   **內容包含：**配變電系統、不間斷電源系統、備用電源系統

• 配變電系統：變壓器、高壓配電櫃、低壓配電櫃
• 不間斷電源系統：不間斷電源、輸入配電櫃、輸出配電櫃、蓄電池組
• 備用電源系統：柴油發電機
  
  傳送門：https://zhuanlan.zhihu.com/p/61850820

1. 確定不間斷電源的基本容量時應留有餘量：

   E1>=1.2P
   E:不間斷電源系統的基本容量（kW/kVA）
   P:電子信息設備的計算負荷（kW/kVA）

UPS運行在60%~70%能效最高，一般UPS選型時，UPS總容量爲：

   E>=E1/0.7

2. 採用不間斷電源供電的空調系統和電子信息設備不應由同一組不間斷電源系統供電。
3. A級數據中心應由雙重電源供電，並應設置備用電源。備用電源宜採用獨立於正常電源的柴油發電機組，也可採用供電網絡中獨立於正常電源的專用饋電線路。
4. B級數據中心宜由雙重電源供電，當只有一路電源時，應設置柴油發電機組作爲備用電源。
5. 柴油發電機，A級數據中心應連續和不限時運行，B級數據中心可按限時500h運行功率選擇。
6. 同城災備數據中心與主用數據中心的供電電源不應來自同一個城市變電站。
7. 容錯配置的配變電系統、不間斷電源系統等，應分別佈置在不同的物理隔間內。

1.2.6.2. 其他

照明、靜電防護、防雷與接地、電磁屏蔽等不多贅述。

1.2.6.3. 機房總用電量

   Et=E1+E2+E3+E4
   # Et：機房總耗電量；
   # E1：UPS耗電量；
   # E2：空調耗電量=空調製冷量/2.5；
   # E3：照明耗電量，E3=P*S,P：每平米耗電量，一般爲20W，S機房面積；
   # E4：其他耗電量，其他設備耗電量，可以不計，在機房冗餘量時多加點量。

   E=Et*(1+25%)
   一般考慮25%冗餘量。

1.2.7. 網絡與綜合佈線系統

遵循標準： 《綜合佈線系統工程設計規範》GB50311
名詞解釋：

• 屏蔽線&非屏蔽線

名詞	屏蔽層	是否抗干擾	傳輸速度	直徑大小	價格
屏蔽線	有	抗干擾	快	大	高
非屏蔽線	無	不抗干擾	慢	小	低

1. 纜線採用線槽或橋架敷設時，線槽或橋架的高度不宜大於150mm；
2. 當線槽或橋架敷設在主機房天花板下方時，線槽和橋架的頂部距離天花板或其他障礙物不宜小於300mm。

1.2.8. 智能化系統

智能化系統：
包含總控中心、環境和設備監控系統、安全防範系統、火災自動報警系統、數據中心基礎設施管理系統等。
國家標準：

• 《智能建築設計標準》GB50314
• 《安全防範工程技術規範》GB50348
• 《火災自動報警系統設計規範》GB50116
• 《視頻顯示系統工程技術規範》 GB50464

1.2.9. 給水排水

1. 採用水冷冷水機組的冷源系統應設置冷卻水補水儲存裝置，儲存時間不應低於當地應急水車抵達現場的時間。當不能確定應急水車抵達現場的時間時，A級數據中心可按12小時儲水。
2. 數據中心內的給水排水管道應採取防滲漏和防結露措施。

1.2.10. 消防與安全

不贅述。

1.3. 第三方測試驗收

根據中華人民共和國國家標準GB/T2887-2011規定，計算機場地(機房)峻工後應進行驗收，未通過國家認可的質量驗收單位驗收的計算機場地（機房）不得投入使用。

第三方測試機構提供何種服務：

• 在設計階段，第三方測試機構機構基於招標方提供的機房建設標準及設計要求，對設計圖紙以及文件進行審覈驗證，確保數據中心建設的合理性與可行性。

• 在建設施工階段，第三方測試機構將基於前期審覈確定的設計方案對設備安裝調試、項目現場進行督導、進程跟蹤，及時發現問題和隱患，提出整改建議，確認整改情況，確保施工工藝的質量及實際施工與設計方案保持一致。

• 施工完成後，第三方測試機構將制訂一套完整的驗證測試方案，逐一進行單設備/單系統的驗證測試、數據中心風火水電消防等所有相關係統參與的滿負載驗證測試、不同場景下的故障模擬測試等。

第三方測試機構會根據測試數據分析測試結果，就驗證測試發現的問題提出整改意見與建議，在各方整改完成後再對不合格項進行復檢，待複檢完畢且合格後正式出具驗收報告，至此，一個完整的第三方測試驗證正式竣工。

總結：第三方測試機構提供設計驗證、圖紙審覈、設備廠驗、工程查驗、單設備測試、單系統測試、聯合測試、運維驗證、假負載模擬測試等服務。