机房工程深化设计方案
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3.机房工程深化设计方案
3.1绿色数据中心的挑战和应对措施
3.1.1数据中心建设面临的挑战
规划难、节能难：
数据中心布局规划是个庞大的工程，耗时耗力；
内部和外部对建设模式争论不休；
冷却架构和末端选择反复比较；
安全、冗余、节能与造价互相制约。
建设周期长、架构扩展难：
建设周期长，不匹配业务上线周期；
业务安全要求复杂；
机柜功率密度要求多样，未来难以预测；
新技术成本增加成本，难以合理取舍。
系统复杂增加维护难度、新设备维护带来新挑战
从IDC全生命周期来看，既要考虑到机房布局的可行性，也要考虑到设备安装的可行和便捷性，还要考虑到后期维护、维修的可能性和便捷性空间规模变大，水进机房成为必然，需考虑漏水防护等
3.1.21.应对措施
解决方案标准化、模块化、去工程化：
分解成各种微模块解决方案；
选择容易实现模块化的末端空调。
技术先进性和成熟性兼顾
工厂预制和调试，尽可能去工程化；
选择成熟度高、具有先进性的列间空调解决方案
选择模块化高压直流、模块化UPS供电系统
管理手段智能化
选择性能先进的智能监控系统；
防水工程和漏水检测相结合；
空调群控和运行优化。
3.2项目背景及需求分析
3.2.1项目背景
本方案针对青海省第五人民医院新建数据中心机房方案进行设计描述，按照规划，建设统一的数据中心，实现纵向与横向之间的数据交换与共享，满足业务系统的信息化的需要。本项目规划机房建设面积约192平米。建设整体目标是：设计先进的、功能完备的、可实施的信息化硬件支撑平台，对业务提供有力支撑，满足未来3~5年的发展需求，为了满足云计算和虚拟化的需求，提高数据中心工作效率，本项目采用模块化数据中心，采用一体化集成解决方案，集成数据中心机柜系统、供配电系统、制冷系统、机房管理系统、防雷接地系统、综合布线系统，有效满足客户在云时代数据中心高效可靠，快速灵活和智能管理的需求，本项目涉及的机房建设具体包括：
1) 制冷系统；
2) 供配电系统；
3) 服务器机柜；
4）封闭冷池系统；
5) 监控系统；
6) 防雷接地系统；
7）新排风系统
8）气体消防系统
9）装饰装修工程
3.2.2需求分析
建筑条件：机房位于地上四层，建筑面积约192平米。层高为6米，机房承重为1000kg/m2。机房设计应根据上述建筑条件和机房承重要求，对相应区域做结构加固处理。
水文气象条件：
西宁市地处高原地区，属半干旱大陆性高原气候，其特点是冬季寒冷，夏季凉爽，干燥多风，降水量少，蒸发量大，尽夜温差大，太阳辐射强。
据青海气象台观测资料：
年平均气温5.7℃，一月平均气温-8.2℃，七月平均气温17.2℃，历年极端最低气温-26.6℃，历年极端最高气温38.7℃，日气温变化幅度15-20℃。年平均降水量367.5mm，降水多集中在7、8、9 三个月，占全年降水量的57.6%，年最大量541.2mm，年平均蒸发量1748.6mm，蒸发量为降水量的4.76 倍。历年最大积雪18cm，基本雪压0.20kN/m2。
全年主导风向为东南风，年平均风速2.0m/s，最大瞬时15.7m/s，基本风压0.35kN/m2。
历年平均气压775.2 毫巴，平均日照时数2753.5 小时，日照百分率62.8%，历年最高相对湿度79%，平均相对湿度55%，多年平均无霜期138 天。
机房等级：新数据中心机房是今后数据通讯、数据存储、系统管理的中心，作为数据处理的基础核心平台，必须保证其具有高可靠性，先进性以及绿色节能等特点，达到国标B 级机房的要求。
机房容量：机房规划建设2个微模块，共计38个IT机柜，当期建设1个微模块，机房IT机柜设计容量应不小于19个42U标准机柜。
供电与UPS：采用2路市电+电池供电模式，设计方案需要考虑如何优化利用现有供电条件，达到国标B级机房的要求。
机柜功率密度与制冷：单IT机柜平均功率密度5KW，制冷需满足上述功率密度的要求，并采用高效制冷技术，满足绿色机房要求。
机房装饰装修：本着轻装修重实用的原则进行地面、墙面装修，地面做防静电处理，建设防雷接地系统。
3.3设计原则和依据
3.3.1设计依据
《电子信息系统机房设计规范》（GB50174-2008）
《电子信息系统机房施工及验收规范》（GB50462-2008）
《电子计算机场地通用规范》（GB2887-2011）
《电子计算机场地安全要求》（GB9361-2011）
《建筑内部装修设计防火规范》（GB50222-95）2001年版
《综合布线系统工程设计规范》(GB/T50311-2007)
《电信专用房屋设计规范》（YD/T 5003-2005）
《通信中心机房环境条件要求》（YD/T1821-2008）
《低压配电设计规范》（GB 50054-2011）
《民用建筑电气设计规范》（JGJ-16-2008）
《建筑给水排水设计规范》（GB50015-2003）2009年版
《建筑设计防火规范》（GBJ50016－2006）
《通信局（站）电源系统总技术要求》（YD/T 1051-2010）《通信电源设计安装设计规范》（YD/T 5040-2005）
《通信局（站）防雷与接地工程设计规范》（GB 50689-2011）《通信电源集中监控系统工程设计规范》（YD/T5027-2005）《通信用配电设备》（YD/T 585-2010 ）
《通信电源用阻燃耐火软电缆》（YD/T 1173-2010）
《电信设备安装抗震设计规范》（YD5059-2005）
《建筑灭火器配置设计规范》（GB50140-2005）
《给水排水管道工程施工及验收规范》（GB50013-2006）
《气体灭火系统设计规范》（GB50370-2005）
《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》（GB50736-2012）《公共建筑节能设计标准》(GB50189-2005)
《建筑照明设计标准》（GB50034-2013）
《智能建筑设计标准》（GB/T50314-2006）
《火灾自动报警系统设计规范》(GB50116-2013)
《建筑物电子信息系统防雷技术规范》（GB50343－2004）《安全防范工程技术规范》（GB50348—2004）
《视频安防监控系统工程设计规范》（GB50395-2007）
《出入口控制系统工程设计规范》（GB50396-2007）
《通风与空调工程施工及验收规范》（GB50243-2002）
《建筑装饰工程施工及验收规范》（GB50210-2002）
《建筑防腐蚀工程施工及验收规范》（GB50212-2002）
《智能建筑工程质量验收规范》（GB50339-2003）
《建筑电气工程施工质量及验收规范》（GB50303-2002）
《建设项目工程总承包管理规范》（GB/TS0358-2005）
《建筑施工安全检查标准》（JGJ59-2011）
《电信设备抗地震性能检测规范》（YD 5083-2005）
《通信用电源设备抗地震性能检测规范》（YD 5096-2005）
《单元式空气调节机》(GB/T 17758-2010)
《计算机和数据处理机房用单元式空气调节机》（GB/T19413-2010）
其他现行各种相关的国颁、部颁、通信管理局颁发的规程、规范、技术标准等。
青海省第五人民医院整体迁建项目建筑智能化工程招标文件及招标图纸
3.3.2设计原则
数据中心机房的设计必须满足当前各项需求应用，又面向未来快速增长的发展需求，因此必须是高质量、高安全、可靠灵活的、开放的。我们在进行设计时，遵循了以下几条原则：
先进性和实用性
采用先进的技术和设备，满足当前的需求，兼顾未来的业务需求，尽可能采用最先进的技术、设备和材料，以适应高速的数据传输需要，使整个系统在一段时期内保持技术的先进性，并具有良好的发展潜力，以适应未来信息产业业务的发展和技术升级的需求。
可行性
以现有成熟的系统技术产品为对象设计，同时考虑建设方的特定需求及周边信息环境的现状技术发展的趋势，使设计的方案现实可行。
可靠性
为保证各项业务应用，整个机房必须具有高可靠性。要对数据中心机房布局、结构设计、设备选型、日常维护等各个方面进行高可靠性的设计和建设。在关键设备采用备份、冗余等可靠技术的基础上，采用相关软件技术提供较强的管理机制、控制手段和事故监控与安全保密技术措施提高整个系统的可靠性。
标准化、开放性
标准化、开放性是现代技术发展及应用必要的基础；因此，设计中应遵循国际标准和国家颁布的有关标准，包括各种建筑、机房设计标准，电力电气保障标准，空调、消防设计标准以及计算机局域网、广域网标准，坚持统一规范的原则，以保障投资者的长远利益并便于日后的使用和维护。其中应用软件亦应采用商品化的通用软件，减少二次开发的工作量及投资。
可扩充性
系统设计应在满足现阶段应用需要的情况下，应充分考虑分期投资建设或系统扩容；技术发展及应用需求发展而引起系统产品更新换代等各种可能性；满足扩充，升级和更新的要求。
方便易用性
工程的建设，是以满足人们的应用需要为目的；所以必须考虑便利于以不同文化层次、各种年龄的用户使用要求；系统及功能的配置以能够为用户提供方便、实用、舒适为基准，其使用应简便易学；并便于日后的维护及管理。
可管理性
随着业务的不断发展，管理任务必定会日益繁重。在数据中心机房的设计中，必须建立一套全面、完善的机房管理和监控系统。所选用的设备应具有智能化，可管理功能，同时采用先进的管理监控系统设备及软件，实现集中管理监控、实时监控、监测设备运行状况，实时灯光、语音报警、实时事件记录，简化机房管理人员的维护工作，从而为数据中心机房安全、可靠运行提供最有力的保障。
3.4BM方案设计
3.4.1机房工艺布置
机房内设备工艺布置采用艾特网能iBlock BM整体机房解决方案，布置一套BM封闭冷池微模块。
微模块包括42U标准服务器机柜19台，1台网络布线柜，列间35KW风冷空调3台，智能一体化配电柜1台，冷通道封闭组件1套。
本项目配置模块化120KVA UPS 1台，满载后备1h，分两组，UPS和后备电池放置于单独的UPS间。
本项目机房布局示意图如图2-1所示：
BM模块化机房布局图如下
3.4.2方案配置
供配电方案
UPS配置
服务器负载：19台机柜，单机柜设计功率密度5KW，总负载95kW。
考虑到数据中心设备分期投入的需求，选择模块化UPS。配置120kVA的模块化UPS，配置2个40kVA功率模块，满足供电需求，建议再增配一个功率模块，组成2+1冗余配置，提高系统可靠性。
UPS主机框选择艾特网能祁连UM-1200TAL-F，包括一个监控模块，一个旁
路模块以及手动维修旁路空开。
UPS功率模块选择祁连UM-0400TAL-M，单模块功率40KVA。
电池配置
已知单格电池（2V）放电功率W计算公式如下：
W=P/ (ηn6)
备电时间：按照1小时配置, 电池EOD点：1.75V，
P：UPS负载功率，根据设计要求按照120KVA计算；KVA转换成KW乘以0.8为96KW
η：逆变器效率，根据UPS参数，η=0.96；
n：串联12V电池个数，根据系统参数，n=38。
经计算，12V单体电池的放电功率为：W=961000/（0.96406）=416.7 W/Cell；
根据电池恒功率放电数据表，
艾特网能12V200AH系列电池恒功率放电数据表（25℃）SP12-200电池在终止电压1.75V/Cell时，1小时放电功率为213.4W，若采用2组蓄电池并联，则有213.4*2=426.8＞416.7 W/Cell，满足单体计算供电需求。因此需要2组蓄电池并联，每组电池40节SP12-200，满足系统备电时间要求。
采用艾特网能SP12-200蓄电池，配置2组，402=80只电池。
制冷方案
热负荷计算与空调配置
空调的选择需要综合考虑机房面积和机房的发热，负载发热量按95KW考
虑。考虑到负载同时在线率一般不会超过0.8，因此核算后微模块内总热量约为76KW。
微模块采用3台艾特网能CoolRow系列变容量列间空调制冷，组成2+1冗余备份系统，空调型号为CR035EA，单台制冷量38.1KW，100%显热比，主用机组总制冷量76.2KW，能够满足微模块内制冷需求。CoolRow列间空调放置于机柜间，配合封闭冷通道制冷，避免机柜局部过热的情况发生。
3.4.3BM系统
（1）制冷系统
CoolRow系列列间机房专用空调
CoolRow采用了代表业内先进技术，达到目前业内最高性能水平风冷&水冷3.3以上及冷冻水25以上的高能效比，以及100%以上显热比。
4CoolRow机房空调特点
1）EC变容量供冷技术：EC驱动电机，比普通驱动电机节能20%左右；变容量按需供冷，制冷精确，节能效果好；电机变功率调节运行，节能性优于窜气卸载的变容量模式；30~100%软起动，启动电流小。
2）电子膨胀阀节流技术: 控制精度高, 反应速度快，精确制冷且系统稳定；与负荷匹配精准，节能效果好。优于业内热力膨胀阀配置。
3）满柜式大面积蒸发器：优于业内半柜“V”型蒸发器或“/”型蒸发器，换热面积最大，换热效率最高；蒸发器表面迎风风速小，减少风机压头及功率。
满柜式蒸发器/表
4）分段式冷凝水收集系统：冷凝水积水盘分段收集冷凝水，减少下部表冷器飞水现象，确保冷凝水排水通畅无溢流。优于一体式积水盘设计。
5）全覆盖式风机设计：风机柜内全覆盖均匀布置，机架上下供冷均匀；蒸发器表面风速均匀，无死角，换热效率高。优于业内半覆盖风机布置。
6）蒸发器亲水膜涂层：提高换热效率，减少绝热损失。优于行业白板蒸发器.
7）正温度系数电子再热器：热量温度负反馈调节，实现温度电流双保护；插拔更换，维护简单。优于电子管翅式加热器。
8）可拆卸电极加湿器：体积小，易拆装；封闭加湿，效率最高；自动冲洗且可拆卸维护，维护费用低。优于远红外加湿器及全封闭电极加湿器。
9）多角度送风导流设计：可根据机房实际布置情况选择45°单侧&双侧以及全正面水平垂直送风等多种送风方式。优于业内纯正面送风方式和突出机架面板平面水平平行送风方式。
10）满柜式大面积过滤器：柜门同尺寸大面积过滤器配置，过滤器面积最大，过滤效果最好，优于业内半柜式过滤器布置；G4级过滤器，优于行业普遍的G3配置，效果更好；金属框架，可重复使用。
11）水管上下灵活走管设计：机组标配水管上下走管预留接口，可根据实际需要灵活选择走管形式。优于业内单种走管，其它形式需非标的设计。
12）室外风机变频无极调速：可根据室外温度变化变频无极调节风机转速，节能、降噪、寿命长。优于业内斩波调速风机的能耗和寿命。
13）整机能效业内最高：满柜式大面积蒸发器、全覆盖式风机设计、CFD 风道气流优化模拟、控制系统能效管理功能、冷凝器风机变频无极调速等多项节能技术应用，整机综合能效比风冷&水冷3.3以上及冷冻水25以上、显热比高达100%以上，处于业内领先水平。
（2）供配电系统
模块化UPS
UPS设计理念
可靠
?UPS系列通过精细设计，从电能输入端、电能存储端、电能输出端提供稳定可靠的全方位保护，确保负载设备安全。
?保障恶劣环境中长期稳定运行的可靠性体系
便捷
采用模块化设计理念，主机、电池包、供配电模块、智能监控模块均极易安装；采用自适应负载检测和并机参数动态检测功能，用户扩容方便。
?模块化、易扩容
?标准化、易识别
?一体化、易交付
?容错化、易维护
节能
采用先进的拓扑、卓越的控制算法和优质的磁性与功率器件，全系列UPS 均具备业界领先效率，从而在有效保障供电连续性的同时，大幅节省能耗智慧
?自有的实时操作系统，有力支撑可靠性与灵活性
?电池参数实时监测，自动实现温度补偿
?智能网管系统，覆盖所有供电节点
祁连UM系列40-800 KVA
UM系列模块化UPS 采用在线式双变换技术，可全面消除各类电力问题带给关键负载的影响。UM采用全模块化设计，最大可支持40-800kVA的平滑扩容，且维护简单易行，极大地改善了传统UPS可用性低的问题。UM还具有可靠高效、智能灵活的特点，可为客户中大型供电场景提供理想的供电保护。
特性与价值
模块化设计
全模块化设计，功率模块、旁路模块、控制模块均支持热插拔，按需扩容，易于维护
高可靠
能源控制单元、辅助电源等冗余设计，消除单点故障。138-485Vac 超宽电压输入范围，305-485Vac 不降额，305-138Vac线性降额至40%，减少电池后备供电次数，延长电池寿命
高效率
低负载下高效运行：在线模式下，4 0 %负载率时效率可达96%，20%负载时效率可达95%
高可用性
高功率密度，单柜可达320kVA，节约占地面积50%
输出功率因数达1，对于输入功率因数>0.5的容性、感性负载均不降额，带载能力强
电池节数30-40节可调，设置灵活，旧系统改造时可利用原有电池。单节电池故障时避免客户更换整组电池，节约客户维护成本。
户中大型供电场景提供理想的供电保护。
智能精密配电柜
艾特网能智能精密列头配电柜符合YD/T 585-2010 的相关技术要求。
智能精密列头配电柜安装于通信局站通信设备机房内机列的端首，为本列通信设备进行交流电源分配和电量参数监测。380V(或220V)交流输入电源进入柜体后，火线通过“窥口铜接线端头”连接在总断路器上，然后经总断路器→电流互感器→汇流排→若干个支路断路器→用户负载；工作地线进入柜体后，通过“窥口铜接线端头”连接在汇流排上→然后经工作地铜排→用户负载，完成交流电源的分配功能。
主要特点
柜体内部布线方便、可靠、美观
交流防雷防护功能
电量监测功能：三相电压、三相电流、有功与无功功率、电能等功能
告警功能：电压、电流、频率超限告警，开关断和缺相告警
具备RS485通信接口，便于远程监控
PDU
每机柜配置两条可拆卸、可更换的固定式配电单元（PDU），用于机柜设备电源的引入、分配、保护、分合、接插。
PDU为竖条形一体化结构，正面可拆装。220V/32A单相输入。输出设置20*C13+4*C19。
配电单元（PDU）采用模块组合一体化设计，将配电、保护、接插（插座或端子）等集成在一起，整套可拆卸，便于安装、更换配件；也可采用将电源的引入、分配、保护部分与接插部分分开的分体结构。
服务器机柜
突出特点
艾特网能服务器机柜符合ANSI/EIA RS-310-D、IEC297-2、DIN41491；PART1、DIN41494、PART7、GB/T3047.2-92S标准；兼容ETSI标准。材料采用优质冷轧钢板，主要承力结构件钢板厚度为T=2.0mm，其他非承力结构件厚度1.2mm和1.5mm。机柜静载1300kg，配置4个地脚和4个滚轮。
可满足19英寸标准设备安装需求，前后服务器安装立柱间距为734mm，并可以12.5mm的间距步进调整。
标准机柜采用前单开后双开网孔门，开孔率达75%；并具有无门，玻璃门等多种形式可选。前后门仅需要抬起即可装拆，方便某些需要拆卸柜门的场景；后侧双开门，操作维护空间仅需要300mm。侧门使用快卸结构，方便拆卸。标准顶板为前部毛刷进线孔，后部为塑胶走线环。三段式底板可拆卸可调整，支持下进风。
机柜侧门、前后门均可拆卸，在机柜四周均可进行安装布线操作。（每个机柜可以通过侧面的前后立柱和相临的机柜连接固定，做并柜连接）。相邻机柜可以通过立柱上的并柜孔和并柜压铆螺母实现并柜，无须拆除机柜门板。机柜顶部有4pcs规格为M12的焊接螺母，安装吊环后支持顶部进行吊装操作。
后部采用专用线缆管理通道，方便对大量数据线的敷设、管理和操作
服务器机柜配置
封闭冷池系统
艾特网能BM封闭冷池，主要由以下组件组成：玻璃天窗组件、玻璃隔离门组件、钢制假墙组件、消防联动系统组件、环境监控单元组件。
功能特点：
实现冷热通道隔离，合理有效的利用冷量，防止冷热横穿，冷量丢失。
改变了传统的先冷却环境，后冷却设备的状况，合理的利用资源，节约用电。
给设备提供一个非常稳定的工作环境。
玻璃天窗组件
根据安装需求不同，有三种天窗可以选择：活动天窗(也称翻转天窗)、功能天窗及固定天窗。该方案中消防气体管道位于机房顶部，所以选择活动天窗及功能天窗。
a. 活动天窗
活动天窗适用于顶部安装消防气体管道，可以与消防系统联动，当冷通道内部出现异常，温度过高或是出现烟火时，天窗自动打开，消防系统喷洒的消防气体可以迅速喷洒到通道内部，避免火灾发生。
b. 功能天窗
用于安装电源、温湿度传感器、烟感、摄像头以及消防联动控制单元等。
c. 固定天窗
适用于底部安装消防气体管道，当冷通道内部出现异常，温度过高或是出现烟火时，喷洒的气体从底部通风地板快速喷洒到冷通道内，避免火灾发生。
玻璃隔离门组件
本次投标选择旋转推拉门，它适用于冷通道正面左右两侧需要安装其它机柜的封闭冷通道。主要特点：密封性较好，左右门板可以实现自动关闭。
双开门整体与机架通过螺钉联接，门板下部安装密封毛刷，保证密封冷通道系统的密闭性。端门为左右双开结构，门页中间带有大面积透视钢化玻璃，常闭状态。
钢制假墙组件
根据楼柱与微模块封闭通道的相对位置不同，选择对应的假墙组件，以保证通道的密闭性。
假墙一机房楼柱内嵌在单列机柜内，在机柜前后方向设置钢制假墙，使通道内形成
封闭通道，同时保证机房美观。
假墙二机房楼柱内嵌在机柜内并凸出机柜，在机柜前后方向及机柜宽度方向设置假墙，是通道形成封闭。
假墙三单列通道假墙，假墙完全独立与地板固定，与机柜形成封闭通道。
消防联动系统组件
活动天窗供电电源：
主备两路输入，给天窗电磁锁提供稳定的电压。