设计过程：银行数据中心基础设施建设与运维管理

1.项目需求

1）数据中心区域总建筑面积不少于60000m²，机房净使用面积不少于15000m²。可在建筑内部按不同功率密度（平均为1.5kW/m²，局部为3.0kW/m²）灵活部署IT设备负载。

2）采用UptimeInstituteTierIV。

3）PUE小于1.5。

2.项目限制条件

1）园区根据控规条件，数据中心建筑高度为80m以下。

2）市政给水不足，远期有中水引入计划。

3.技术方案论证

（1）平面方案演进

方案一：地上5层，无地下，投影面积约为11800m²，建筑长度为129m，宽度为96.1m，总建筑面积为59000m²，高架地板面积为12000m²，首层设置柴油发电机和高低压配电房间。此方案首层柴油发电机房面积不满足需求，室外储油罐间距无法满足要求，高架地板面积不满足需求，主要原因是配电房间太多并且分散。

方案二：地上6层，地下2层，投影面积约为10080m²，建筑长度为105m，宽度为96m，总建筑面积为72880m²，高架地板面积为14910m²，此方案二～六层配电区域面积不足，高架地板面积不满足需求。

方案三：地上6层，地下1层，投影面积约为9062m²，建筑长度为96m，宽度为93.6m，总建筑面积为64000m²，高架地板面积为15950m²，此方案满足需求。

（2）电气方案演进 电气方案主要对三联供方案、中压上楼层方案进行论证。

1）三联供方案论证。三联供CCHP（CombinedCooling，HeatingandPower），即冷热电三联供，是指以天然气为主要燃料带动燃气轮机或内燃机等燃气发电设备而产生电力以满足用户的电力需求；系统排出的废热通过余热回收利用设备（如余热锅炉或余热直燃机等）向用户冬季供暖；夏季通过驱动吸收式制冷机供冷；同时还可提供生活热水，充分利用了排气的热量。经过能源的梯级利用使一次能源利用效率从常规发电系统的40%左右提高到80%左右，大量节省了一次能源。主要有以下问题。

•无政策支持，采用三联供系统需要燃气公司申请，业主需提供三联供站的安装空间和燃气存储空间，通常燃气存储空间间距比较大，如果没有地方设置燃气存储空间，应向供电局申请供电需求，燃气发电作为主用电源，市政供电作为备用电源，供电局通常不会同意。由于燃气发电产生的余热除供应自己园区的热力需求外，剩余部分不能自行销售，热力公司也不让并网。目前国家没有相关的并网发电政策，协调并网发电难以实现，因此，数据中心的三联供系统只能以独立运行方式工作。

•三联供系统应具有一定的规模，否则投入与产出不平衡。

•三联供系统维修起来比较慢，而要求的维修时间间隔相对又比较短，不满足数据中心的管理运行要求。另外，天然气泄漏也是不容忽视的一个问题。

三联供系统在政策、安全性、运行成本都无法解决的条件下，本数据中心项目不推荐采用此方案。

2）中压上楼层方案论证（变压器上楼）。高压、低压、UPS等电气设备集中部署和分散至各IT设备区域就近部署的差异，见表10⁃3。

表10⁃3 两种方式的优缺点对比表

3）UPS系统2N和2（N+1）方案论证（变压器上楼）。10kV市电接入系统架构通常为2N，变配电侧系统架构通常也为2N，如果UPS系统为2（N+1），整体电气系统稳态可用性无任何提高，2（N+1）系统与2N系统稳态可用性差别非常小，见表10⁃4。

表10⁃4 两套系统稳态可用性对比（数据来自美国EYP公司）

综合以上电气方案分析，本案例采用2路市电接入、中压配电在IT设备区域就近部署、2NUPS系统。

（3）空调方案演进

1）水冷系统方案论证。通过2N水冷冷水系统+水冷冷水系统、2N风冷冷水系统+水冷冷水系统、2N风冷冷水系统+风冷冷水系统3种系统在能效、投资、运行方面的比较进行论证。能效比较见表10⁃5。

表10⁃5 能效比较（数据来自ASHRAE90.1—2010）

投资比较如图10⁃2所示。

图10⁃2 投资比较

运行方面比较见表10⁃6。

表10⁃6 运行方面比较

2）中水冷却水方案论证。一般城市市政中水按冲厕实施。

城市供水水质标准实行国家标准《城市污水再生利用 城市杂用水水质》（GB/T18920—2002）见表10⁃7。

表10⁃7 城市杂用水水质标准

冷却塔补水标准实施国家标准《工业循环冷却水处理设计规范》（GB50050—1995），见表10⁃8。

表10⁃8 冷却塔补水标准

将两项水质标准对比，可以看出其侧重点不同，杂用水水质标准侧重有机污染物指标，冷却塔补水标准侧重金属离子指标。杂用水水质指标还是有部分指标低于冷却塔补水水质指标，如pH。为确保冷却塔运行效果，避免因中水原水水质较差造成冷却塔容易产生污垢，从而影响冷却塔冷却效果和空调系统正常运行，需增设中水处理设施。除此之外，由以往经验看，中水中有机物会造成冷却塔内产生水藻，影响运行效果，同时，中水原水中含有病原菌，存在随冷却塔冷却水蒸发造成病原菌传播的潜在危害。

3）自然冷却技术方案论证。自然冷却系统的原理：自然冷却系统在冬季利用冷却塔的冷却水通过板式热交换器与冷冻水回水进行热交换，如图10⁃3所示。

自然冷却北京地区全年小时数统计见表10⁃9。

数据来源：中国国家气象局《中国建筑热环境分析专用气象数据集》2006年以来北京地区典型气象年逐时参数报表。

图10⁃3 自然冷却系统原理

表10⁃9 自然冷却北京地区全年小时数统计

由上表可以看出，每年可以利用部分自然冷却的小时数为1740h，完全自然冷却的小时数为3177h。总结以上自然冷却使用率，可得出至少节约46%制冷能耗。

压缩机在不同室外温度下的运行状态：(www.xing528.com)

环境湿球温度为2～10℃：压缩机制冷比例为0～90%；环境湿球温度为2℃以下：压缩机完全停止工作，进入完全自然冷却状态。

将部分自然冷却的小时数按1/5的比例折合成完全自然冷却的时间，结果为2523h，即约等于105天，占全年天数比例近29%。

将风冷⁃冷冻水系统部分自然冷却的小时数按1/5的比例折合成完全自然冷却的时间，结果为2729h，即约等于114天，占全年比例近31%。同样，将水冷⁃冷冻水系统部分自然冷却的小时数按1/5的比例折合成完全自然冷却的时间，为3456h，约等于144天，占全年天数比例为39%。

节能对比见表10⁃10。

表10⁃10 节能对比

由此可见，水冷⁃冷冻水系统在自然冷却的运行模式下节能的效果是非常显著的，但考虑本项目市政给水的不确定性，最终采用水冷⁃冷冻水系统+风冷-冷冻水系统的2N架构，这样既提高了可靠性，又对市政给水的不确定性进行了有效预防。

4.项目节能措施

数据中心能耗较高，应采取各种措施降低能耗，具体措施包括：

（1）暖通系统

1）提高冷冻水的供水温度。冷冻机年运行能耗降低约10%～15%；延长部分及自然冷却使用的时间为1000～1500h。

2）提高冷冻水供回水温差。水泵能耗减少约5%～10%。

3）采用自然冷却系统。与完全不采用自然冷却的工程相比，冷机能耗节约40%～50%；与不采用部分自然冷却的工程相比，冷机能耗节约约10%～15%。

4）采用冷热通道方式，冷热通道设定不同温度。不采用机房温度23℃±1℃，采用冷通道18℃±2℃，热通道29℃±2℃，制冷系统能耗节约大致15%。

5）采用湿膜加湿。比传统的精密空调采用电极加湿，加湿效率提高超过30%。

6）改善精密空调系统。取消了加湿段、加热段，精密空调配电装设量为原设计的20%～30%；运行费用降低约10%。

7）冷却塔风机变频驱动。

8）机房用精密空调采用变频风扇。比传统的精密空调采用普通风扇，运行费用降低约20%。

（2）电气系统节能措施

1）变电站靠近负载中心，特别是模块化变电站就近设在模块旁边，大大减少了低压线路损耗。

2）采用中压柴油发电机组，减少了低压线路损耗。

3）采用高功效UPS，增加了UPS效率，降低了损耗。

4）采用新型干式变压器，减少了变压器的损耗。

5）照明灯具采用高效节能型荧光灯，采用的智能化照明控制，节省了能耗。

（3）建筑设计节能措施

1）外墙尽量不要设外窗，对于设外窗的IT机房内采取封堵，最大限度降低室外辐射的热，节约空调能耗。

2）建筑结构墙体做外保温，降低建筑冷负荷。

3）机房区与非机房区之间做保温，降低建筑冷负荷。

4）机房区之间的楼板进行保温处理，降低建筑冷负荷。

5）主机房区内做防潮处理保持房间内湿度，降低湿负荷。

（4）给排水设计节能措施

1）使用节水型卫生器具，减少用水量及加压设备能耗。

2）合理配置减压装置，将水压控制在限值要求内、减少超压出流，节约用水。

3）合理设置和使用水表，水表前加装过滤器，提高水表寿命及计量的准确性，节约用水。

4）合理利用市政管网余压，采用分区供水方式，减少二次加压能耗。

5）开发第二资源——中水，节约水资源。

6）精密空调加湿采用湿膜法直接排放方式时，将此部分水收集至室外雨水收集池，用于绿化浇洒，充分节约水资源。

5.项目总结

1）为数据中心单体建筑面积最大之一。

2）采用TierIV设计标准（无单点故障、连续制冷）。

3）PUE小于1.5。

4）高架地板面积与总建筑面积比为1∶4。

5）中水应用。

6）任意设备可任意时间就位或运离建筑。

该银行数据中心采用大量先进技术，秉承施工简单、运行高效的设计理念，为建设和运行打下坚实的基础，对重大系统方案从各方面进行比较，结合限制条件使设计更加合理、节能。

中国民生银行顺义总部数据中心位于北京市顺义区顺义新城顺安南路，是中国民生银行总部基地数据中心项目科技研发中心机房区。项目建筑面积20297m²，建筑占地面积5840m²。地上四层，建筑高度18.9m。本机房国际等级为A级机房，主要配电系统设计依据UptimeTierⅣ标准，参照TIA⁃942标准，UPS配电系统采用2N的冗余备份模式，做到各系统之间物理隔离，解决了单点故障的问题，具有系统高容错率、高可靠性；工程采用2N架构空调系统，以及冷冻水系统和DXA型机房空调系统。机房运行PUE值可达到1.4921。

招商银行深圳数据中心是按照国家标准GB50174—2008中的A级机房标准规划建设，2006年投入运行，总建筑面积约15000m²，静电地板面积约4000m²。数据中心由来自不同变电站的两路市电供电，两路市电互为冗余备份，2006年投产初期数据中心供电容量为2500KV·A，其后做了二次电力扩容，目前供电容量为6500KV·A。数据中心分为B、C两栋楼，均各有7个楼层：

一、B栋按楼层设有开放机房、AS400和S390机房、网络机房、运营商接入机房、磁带库机房、屏蔽机房等。

二、C栋按楼层设有高低压配电房、柴油发电机房、UPS机房、安全监控中心、ECC操作中心及运维办公区。