大型数据中心机电配套建设研究

杨 玲，王 丽

（中通服咨询设计研究院有限公司，江苏 南京 210019）

0 引 言

近几年，互联网数据中心行业市场持续高速增长，数据中心机电配套的技术也在不断发展创新。因此，本文选取近期竣工的某大型数据中心机楼，对该项目机电配套建设进行研究[1]。

1 建设标准

该数据中心机楼各机电配套设备按照GB 50174—2017《数据中心设计规范》A级、中国电信商用数据中心超五星级标准进行配套设备方案规划，具体方案按照两种标准中更为严格的标准进行部署，以满足不同客户的使用需求[2]。

主要机电配套工程的配置标准对比如表1所示。

表1 机电配套工程建设标准对比

2 工艺布局

该数据中心机楼共4层，建筑面积20 650㎡，远期规划设备机架2 458架，本期项目建设机架623架，ODF 4架。其中，一层单机架功耗6 kW，三层单机架功耗分为7 kW和12 kW，四层单机架功耗分为6 kW、7 kW、8 kW、10 kW和35 kW。

本期工艺布局规划见表2。

表2 本期项目工艺布局规划表

3 供电系统

3.1 外市电引入及变配电系统

园区已建设110 kV专用变电站，目前引入两路63 MV·A外市电。

本数据中心机楼远期规划总用电负荷约为2.45万kV·A，本期共引入3组6回10 kV市电电源，每组2回市电电源平时互为备用，每回均能承担该组全部用电负荷。

互为备份的两段10 kV母线以放射式向各台变压器供电；变压器采用2N配置，每台变压器负荷率不大于45%；当一台变压器故障时，另一台变压器带起全部负荷。

10 kV配电系统根据维护及油机设置分为以下3个系统：

1#系统：给一层4台变压器（空调水泵、屋顶风冷主机、一层IT负荷）及5台10 kV空调主机供电，容量约为8 800 kV·A。

2#系统：给二层6台变压器供电，容量约为7 500 kV·A 。

3#系统：给三、四层共10台变压器供电，容量约为12 500 kV·A。

根据实际工程经验，本项目10 kV配电柜及进线电缆一次性建设到位，变压器及低压柜分期建设。

高低压变配电系统图如图1所示。

图1 高低压变配电系统图

3.2 柴油发电机组

依据建设标准及客户需求，柴油发电机组配置原则如下：

（1）每套10 kV系统由一套独立的油机系统作为后备电源供电；

（2）每套油机系统按N+1配置，按基本功率考虑；

（3）IT负载的功率因数、需要系数、IT同时系数、动力负荷同时系数均按照1考虑；

（4）本地储油容量保障全部负载的后备供油时间满足12 h用油。

园区内已建设一栋3层的动力中心，本期油机保证负荷约8 911 kW，根据以上配置原则，本期配置1套5+1油机系统（单台主用功率1 800 kW），安装在动力中心三层。远期预留1套5+0油机系统（单台主用功率1 800 kW），安装在动力中心三层；1套8+1油机系统（单台主用功率1 800 kW），安装在动力中心三层屋顶。

油机配套的进（出）线柜、并机柜、配电屏等一并在动力中心三层油机控制室内安装。每台机组配置1套控制器对机组进行控制，配置1台主控柜对并机系统进行总体控制，由供货厂家对控制器进行编程，满足油机运行控制要求。

柴油发电机组平面布局如图2所示。

图2 柴油发电机组平面布局

3.3 不间断电源

（1）IT设备

一层机房为自用传输机房，为满足传输设备供电需求，采用2套2 000 A /-48 V直流系统及配套蓄电池组，单系统双路由供电。

三层机房为外租IDC机房，为满足后期多数客户需求，采用4套1 200 kV·A 2+0 UPS系统及配套蓄电池组，组成2套1 200 kV·A 2NUPS系统，双系统双路由供电。

四层机房为自用核心、传输、枢纽机房，为满足本层各类设备的供电需求，采用5套2 000 A /-48 V直流系统及配套蓄电池组，单系统双路由供电；10套1 600 A/240 V直流系统及配套蓄电池组，组成5套1 600 A/240 V 2N直流系统，双系统双路由供电；2套500 kV·A 单机UPS系统及配套蓄电池组，组成1套500 kV·A 2NUPS系统，双系统双路由供电[3]。

本工程科学合理地建设不间断电源系统，以上各种类型不间断电源系统单套配置如下。

2 000 A/-48 V直流供电系统：每套系统配置1个整流架和1台直流输出屏，每套系统配置2组2 000 Ah蓄电池组。

1 600 A/240 V直流供电系统：每套系统配置2个整流架和1台直流输出屏，每套系统配置2组800 A·h蓄电池组。

1 200 kVA 2+0 UPS系统：每套系统配置2台600 kV·A UPS主机和3台UPS输出屏，每台主机配置2组500 Ah蓄电池组。

500 kV·A 单机UPS系统：每套系统配置1台500 kV·A UPS主机和2台UPS输出屏，每台主机配置2组500 A·h蓄电池组。

（2）冷冻泵、群控、弱电及空调末端

冷冻泵：本期一层配置1套1 000 kV·A 2+0 UPS系统，为空调冷冻泵提供保障电源；

群控、弱电及空调末端：一层配置一套400 kV·A 2NUPS系统，为群控、弱电设备及一层水冷空调末端提供保障电源，单台UPS主机配置1组500 A·h蓄电池组；三、四层水冷空调末端共用一套单机500 kV·A UPS系统，单台UPS主机配置2组500 A·h蓄电池组[4]。

以上所有UPS 设备都采用效率较高的高频UPS，蓄电池采用环保的高功率阀控式密封铅酸蓄电池，蓄电池系统后备时间不少于30 min。

4 供冷系统

4.1 空调主机

（1）冷水机组：该数据中心空调总制冷所需冷负荷远期为20 650 kW，共需配置5台1 600 RT离心式冷水机组，单台机组额定制冷量为5 620 kW，机组按照N+1的原则配置，本期安装3台。

（2）冷却塔：远期配置功率为60 kW的冷却塔5台，本期安装3台。

（3）板式换热器：远期配置换热量为5 700 kW的板式换热器5台，本期安装3台。一次侧11～17 ℃，二次侧12～18℃。为充分利用冬季以及过渡季节室外冷源，在室外低温时段（11℃以下），全部或部分冷水机组将停止工作，利用自然冷源，由水-水板式换热器替代其进行制冷，热量通过冷却塔散出。

（4）蓄冷罐：为满足15 min应急蓄冷需求，配置2个466 m3闭式蓄冷罐，本期安装。

（5）冷冻水泵：远期配置5台，单台参数：900 m3/h，扬程45 m，功率160 kW。本期安装3台。

（6）冷却水泵：远期配置5台，单台参数：1 300 m3/h，扬程33 m，功率160 kW。本期安装3台。

4.2 空调末端

本设计方案基于规范标准及客户需求，同时考虑以下因素。

（1）绿色：根据当地气候条件，空调系统采用列间空调及热管背板等新型制冷末端和热管压缩制冷一体化主机，充分利用自然冷源，提升末端能效比，从而降低空调系统全年电能的消耗，低碳环保。

（2）灵活：大楼主体采用冷冻水系统，考虑工期因素，部分交付期较紧张机房采用热管压缩制冷一体化主机空调系统，并预留与冷冻水切换接口，大大提升了系统灵活性。

（3）安全：基于数据中心对系统安全性要求高，传输及核心机房采用双冷源供冷，机房末端空调采用不间断电源供电。

具体建设方案如下：

（1）单机架功耗为7 kW及12 kW的IT机柜采用热管背板新型制冷末端贴近热源制冷，2N备份；

（2）单机架功耗为6 kW及8 kW的传输机柜采用热管房级空调+冷冻水型房级空调双冷源制冷，风帽送风；

（3）单机架功耗为10 kW及35 kW的核心机柜采用热管列间空调+水氟列间空调双冷源制冷，2N备份；

（4）电力电池室采用房级精密空调制冷，N+1备份；

（5）机房湿度采用恒湿机独立控制，加湿方式采用湿膜加湿，节能降耗[5]。

5 智能化系统

本期智能化系统建设区域为数据中心一层、三层、四层、屋面及动力中心三层。本期智能化建设系统包括以下几方面。

（1）办公网综合布线：综合布线内容包含前端面板至弱电间的管线部分，办公网后端设备由建设单位对接。

（2）视频监控系统：视频监控采用数字高清系统，集中存储，存储时间达6个月。

（3）门禁系统：门禁与火灾报警系统联动。

（4）动力环境监控系统：动力环境监控系统对数据中心供配电系统、UPS及电池监测、空调系统、漏水监测、温湿度检测等设备进行监视，统一集成在一套环境监控系统中。

（5）群控系统：群控系统的建设包括冷冻机组及其附属设备的自控。冷冻机组的自控包括冷却塔、冷冻机组、冷冻水冷却水泵、各水箱及补水泵的监视和控制。也包括各类阀门的手自动控制和反馈等。

（6）DCIM综合管理平台：本期综合管理系统提供底端采集及测量设备，不新建平台。 新增设备全部接入园区已建DCIM综合管理系统，实现统一管理。

6 结 论

本项目按照国标A级标准及中国电信商用数据中心超五星级标准中更为严格的标准进行部署，以满足不同客户的使用需求。在工艺布局上，供电及供冷系统更接近设备末端；供电系统采用-48 V、240 V、UPS等多种不间断电源系统；供冷系统采用精密空调、列间空调、背板空调等多种空调末端形式；并配置完善的智能化系统。以上建设方案具备灵活性和绿色节能的优势，可为其他数据中心的建设提供参考。