電子信息系統機房設計與驗收規範及應用
機房的概念：
機房工程的重要性：
機房工程的主要內容：
與機房相關的國家標準：
《電子信息系統機房設計規範》（GB50174-2008）
重新修編，改名為《數據中心設計規範》
《電子信息系統機房施工及驗收規範》（GB50462-2008）
《計算機場地通用規範》（GB2887報批中）
《計算站場地安全要求》（GB9361報批中）
《電子信息系統機房環境檢測標準》(在編)
《數據中心綜合監控系統工程技術規範》(在編)
《數據中心建設標準》TIA942
《電子信息系統機房設計規範》GB50174-2008解析
術語和符號：
保護性接地，以保護人身和設備安全為目的的接地。
防雷接地、防電擊接地、防靜電接地。
功能性接地，用於保證設備（系統）正常運行，正確地實現設備（系統）功能的接地。交流工作接地、直流工作接地、信號接地。
機房分級：
電子信息系統機房應劃分為A、B、C三級。根據機房的使用性質、管理要求及其在經濟和社會中的重要性確定所屬級別，根據TIA-942介紹：
同時還應綜合考慮建設投資。
A級舉例：國家級信息中心、計算中心；重要的軍事指揮部門；大中城市的機場、廣播電台、電視台、應急指揮中心；銀行總行；國家和區域電力調度中心等的機房。
B級舉例：科研院所；高等院校；三級醫院；大中城市的氣象台、信息中心、疾病預防與控制中心、電力調度中心、交通(鐵路、公路、水運)指揮調度中心；國際會議中心；大型博物館、檔案館、會展中心、國際體育比賽場館；省部級以上政府辦公樓；大型工礦企業等的機房，一個機房內的不同部分可按不同的標準進行設計，備份機房與主機房同等級。
機房選址：
電力供給應穩定可靠，交通、通信應便捷，自然環境應清潔；
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；
應遠離水災和火災隱患區域；
應遠離強振源和強雜訊源；
應避開強電磁場干擾。(某省會火車站機房)
設備運輸：
管線敷設：
雷電感應：
結構荷載：空調室外機的安置位置。樓層。
考慮多層或高層建築物、安裝空調室外機、設備搬運等因素，機房宜設置在大樓的第二層，或裙樓的中間層。
機房組成：主機房、輔助區、支持區、行政管理區等功能區組成。可能是一個獨立的區域，也可能是混在一個大區域內。區域的規劃是機房設計的重要內容之一。
設備布置：
原則：滿足機房管理、人員操作和安全、設備和物料運輸、設備散熱、安裝和維護的要求。
具體要求：
產生塵埃及廢物的設備宜布置在有隔斷的單獨區域內；機櫃的布置宜採用面對面、背對背（冷熱通道）的方式；通道與設備間的距離要求。
環境要求：環境參數：主機房和輔助區內的溫度（23±1℃）、相對濕度（40%~55%）、含塵濃度（在靜態條件下測試，每升空氣中大於或等於0.5μm的塵粒數應少於18000粒）、雜訊（停機時，在主操作員位置測量的雜訊值應小於65dB（A））、振動；
電磁參數：無線電干擾場強126dB）、磁場干擾環境場強（800A/m）、靜電電位（不應大於1kV）。
不同靜電電位產生的現象：
建築與結構：
主機房凈高不宜小於2.6m；
主機房和輔助區不應布置在用水區域的垂直下方；
改建機房應根據荷載要求採取加固措施。
加固分類及常用方法：
基礎加固；混凝土加固；結構加固（樓板加固）。
增設支點；粘鋼加固；粘碳纖維加固。
影響加固的因素：
UPS（8）、電池（16四層）、消防鋼瓶（8）、屏蔽室（8）
單體（伺服器、小型機、存儲機櫃）重量（8），
機櫃群重量，線槽重量（頂板）
施工中堆放的物品不得超過樓板的荷載。
建築與結構：
平面規劃：主機房等各區域的劃分；
出入口宜單獨設置，避免人流和物流的交叉；
有人操作區域和無人操作區域宜分開布置；
機房內外通道及門的寬度；盡量遠離水源。
平面規劃舉例：
防火與疏散：
電子信息系統機房的耐火等級不應低於二級；
當A級或B級電子信息系統機房位於其它建築物內時，在主機房與其它部位之間應設置耐火極限不低於2h的隔牆，隔牆上的門應採用甲級防火門；
面積大於100m2的主機房，安全出口不應少於兩個，且應分散布置；
室內裝修：
應選用氣密性好、不起塵、易清潔、符合環保要求、在溫度和濕度變化作用下變形小、具有表面靜電耗散性能的材料；
內牆壁和頂棚的裝修應滿足使用功能要求，表面應平整、光滑、不起塵、避免眩光，並應減少凹凸面；
活動地板的高度（250mm，400mm）；
外窗（A、B級不宜設，氣密性好的雙層固定窗，區別有人、無人區）。
活動地板：
空氣調節：
一般規定：A、B級應選用專用空調，C級可選用；
宜設置獨立的空調系統（機房與其他用房、有人區與無人區）；
造成系統宕機的主要威脅(國外資料)
影響負荷計算因素：
熱源：
機房內設備的散熱（耗電量中的97%都轉化為熱量）；
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；伴隨各種散濕過程產生的潛熱；
濕源：人、新風。
氣流組織：
下送風、上迴風的應用場合（冷熱通道）；
熱密度大：單台機櫃的發熱量大於3kW；
熱負荷大：單位面積的設備發熱量大於300W/㎡；
機櫃過高：單台機櫃的高度大於1.8m。
10KW(風冷）：20∽30KW（局部風冷），櫃內冷卻。
冷（熱）通道封閉技術
系統設計：
室內溫、濕度參數相同或相近的房間，相鄰布置；
A、B級主機房不用採暖散熱器，C級最好不用；
地板下送風時，斷面風速應按活動地板下的有效斷面積計算；
雜訊值超過規定時，應採取降噪措施；
主機房應維持正壓。主機房與樓內的壓差不小於5Pa，與樓外靜壓差不宜小於10Pa。
空調系統的新風量應取下列二項中的最大值：
（1）按工作人員計算，每人40m3/h。
（2）維持室內正壓所需風量。（>5%室內總送風量）
根據機房大小（<200取4∽5%，<500取3%，<1000取2.5%，>1000取2%或者按換氣次數（5∽0.5次/h)
主機房內空調系統宜設過濾器，新風系統應設過濾器
新風系統在保證室內外一定壓差的情況下，送排風應保持平衡。
對易造成空氣二次污染的房間，送風時應採取措施。
為了節省成本，也為了使空調機運行正常，與室內機配套的室外機按室外環境溫度分成幾檔：
美國按：35℃ 40℃ 45℃；
Slulz按：32℃ 37℃ 42℃；
海洛斯：30℃ 35℃ 40℃ 46℃
對於冬天的低溫，美國分為二檔：≥-15℃和＜-15℃
空調設計應根據當地氣候條件採取下列節能措施：
1 大型機房宜採用水冷冷水機組空調系統；
2 北方地區採用水冷冷水機組的機房，冬季可利用室外冷卻塔作為冷源，並應通過熱交換器對空調冷凍水進行降溫；
3 空調系統可採用電製冷與自然冷卻相結合的方式（SIS換熱)。
熱管換熱：
水冷系統帶來的設計難點：
水系統的冗餘設計：雙管路或環形管路
事故應急泄水：從屋面到管井、管廊
供水保障：多水源供應以及蓄水池
節能設計：
資料表明空調系統的用電量占機房總用電量的30～50%，甚至更多，下圖是美國APC公司給出的美國2006年的情況。
設備選擇：
空調和製冷設備的選用應符合運行可靠、經濟適用、節能和環保的要求；
空調機應帶有通信介面，通信協議應滿足機房監控系統的要求，顯示屏宜有漢字顯示；
過濾器和加濕器應便於清洗和更換，設備安裝應留有相應的維修空間（新風室）。
電氣：
供配電：機房應由專用配電變壓器或專用迴路供電，變壓器宜採用乾式變壓器；
機房低壓配電系統不應採用TN-C系統。（干擾、安全）
電子信息設備應由不間斷電源系統供電。應有自動和手動旁路裝置。確定基本容量時應留有餘量。
UPS基本容量（E）≥1.2x設備計算負荷（P）
機房內的動力電與UPS電應由不同迴路供電。
機房雙路供電：
機房配電櫃宜配備浪涌保護器（SPD、TVSS）、電源監測和報警裝置，並應提供遠程通信介面。
零地電壓（<2V）不能滿足設備要求時，宜配備隔離變壓器。
零地電壓的控制：專用配電單元靠近用電設備安裝 ；
在UPS的輸出端配備隔離變壓器；
配電三相平衡；抑制電源諧波。
機房UPS配電：UPS電源插座應與市電插座嚴格區別，並應有明顯標識。
UPS容量與機房設備、級別、系統搭建（n+x)有關
主機房內單獨使用一套UPS系統
輔助區宜單獨設置UPS系統。
供配電：柴油發電機應能夠承擔機房全部負荷的需要。
柴油發電機周圍應設置檢修用照明和維修電源，電源宜由UPS供電。
敷設電纜應避免阻擋風路；
配電線路中的中性線截面積不應小於相線截面積。單相負荷應均勻地分配在三相線路上。（相平衡）
低壓配電系統供電方式：
低壓配電系統接地方式：
TN-C系統又稱四線制系統。
TN-S系統又稱五線制系統。
TN-C-S系統又稱四線半系統。TT系統。
照明：
主要照明光源應採用高效節能熒光燈，燈具應採取分區、分組的控制措施。
照明均勻度不應小於0.7，非工作區域內的一般照明照度值不宜低於工作區域內一般照明照度值的1/3。
照明均勻度=最小照度/平均照度：
機房內不應採用0類燈具，當採用Ⅰ類燈具時，燈具的供電線路應有保護線，保護線應與金屬燈具外殼做電氣連接。
主機房和輔助區應設置備用照明；
應急照明=安全照明+備用照明+疏散照明。
照明的布置方式：
靜電防護：地板或地面應有靜電泄放措施和接地構造，防靜電地板、地面的表面電阻或體積電阻應為2.5×104～1.0×109Ω，且應具有防火、環保、耐污耐磨性能。機房內所有設備的金屬外殼、各類金屬管道、金屬線槽、建築物金屬結構等必須進行等電位聯連結接並接地。
防雷與接地：《建築物防雷設計規範》GB50057和《建築物電子信息系統防雷技術規範》GB50343。
保護性接地和功能性接地宜共用一組接地裝置，其接地電阻按其中最小值確定。
關於電子信息設備信號接地的電阻值，IEC有關標準及等同或等效採用IEC標準的國標均未規定接地電阻值的要求，只要實現了高頻條件下的低阻抗接地(不一定是接大地)和等電位聯結即可。
接地電阻值要求小於1Ω是否有必要
表1 25mm2和107mm2銅導體在空氣中的電阻和感抗
機房內的電子信息設備應進行等電位聯結，可採用S型、M型或SM混合型。
S型適用於小規模、工作頻率較低的電子設備；M型或兩種結構形式的組合適用於工作頻率較高的電子設備。機房應設置等電位聯結網格，網格四周應設置等電位連接帶，並應通過等電位聯結導體將就近與接地彙集排、各類金屬管道、金屬線槽、建築物金屬結構 等進行連接。
配電系統防雷示意圖：
機房布線：
與綜合布線國標的區別：
1、適用範圍不同(通用和專用)；
2、程度不同；（機房布線要求比綜合布線國標要求高）
GB50311是基礎，機房布線是GB50311的提高。
機房綜合布線範圍：
根據功能要求劃分成若干區，工作區內信息點的數量應根據機房等級和用戶需求進行配置。
當機房內的機櫃或機架成行排列或按功能區劃分時宜在主配線架和機櫃或機櫃之間設置配線列頭櫃。
A級機房宜採用電子配線設備對布線系統進行實時智能管理。
存在下列情況時，應採用屏蔽布線系統、光纜布線系統或採取其他相應的防護措施。（環境要求、用戶要求、安裝要求）
線纜的防火要求：
A級機房、隱蔽通風處敞開敷設應採用CMP級或OFCP、OFNP防火線纜。
普通線纜(銅纜CMX，光纜E)
CMP的難燃燒特性：
ＣＭＰ的原材料氟樹脂FEP是塑料中最難燃燒的一種材料。
CMP的低發熱特性：
即使強制使其燃燒所產生的熱量也相當低（只是PE的1/9），並能夠防止由於火焰向周圍蔓延而導致的2次火災。
線槽高度：
纜線採用線槽或橋架敷設，線槽或橋架的高度不宜大於150毫米，線槽或橋架的安裝位置應與建築裝飾、電氣、空調、消防等協調一致。
限制線槽高度的主要原因是：
1、當機房空調採用下送風方式時，活動地板下敷設的線槽如果太高，將會產生較大的風阻，影響氣流流通；
2、如果線槽太高，維修時將造成查線不便；
大型機房布線結構圖：
1、數據點占絕大多數
2、品質高、可靠性高
3、密度大
4、防火要求高
5、安裝位置受限制
卡博菲橋架：
疊壓式線纜固定裝置
高密度解決方案：
配線架形式、數量（高密度、異型、可管理）
高密度解決方案，光纖預連接解決方案
何時使用機架：
機架通常是在存取有限制的區域使用(如己具保安性的主配線間/設備間)。當對一個存取已經被限制的室內,它是較合適的配線解決方案。
可設置配線架，非核心的網路設備,如交換機，集線器
亦可安置大型的／重的,和發出大量熱的網路設備。
機櫃通常是為要求較高安全的地方,和開放的公眾地方，須共享或共用的區域使用(如樓層配線間,大開間辦公環境)
放置主要的和不容許誤碰而宕機的設備，如路由器，主要交換機,伺服器等
需要特殊處理的設備（屏蔽、對溫度要求高的設備等）
機房監控與安全防範：
系統宜採用集散或分散式網路結構；
監控系統與安全防範系統可設置在同一個監控中心內，宜採用獨立UPS供電；
監控範圍：環境、設備、安全，KVM。
系統結構：
微環境監控的實現：
給水排水：
機房內可能有水的部位，地面應設置擋水和排水設施；
機房內的給水排水管道應採取防滲漏和防結露措施；
穿越主機房的給水排水管道應採取防漏保護的措施；
設有地漏時，應採用潔凈室專用地漏或自閉式地漏；
給排水管道及其保溫材料均應採用難燃材料。
消防：
國家標準
《建築設計防火規範》GB50016
《氣體滅火系統設計規範》GB50370
《自動噴水滅火系統設計規範》GB50084
《建築滅火器配置設計規範》GB50140
《火災自動報警系統設計規範》GB50116；
註：GB50462更名為數據中心基礎設施施工及驗收規範，2015版 GB50174-2017數據中心設計規範即將實施。
機房內氣體滅火系統的範圍（高壓細水霧滅火系統）
C級機房可以使用預作用的自動噴水滅火系統；
機房應設置火災自動報警系統（極早期）；
電子信息系統機房應採取防鼠害和防蟲害措施。
採用管網式潔凈氣體滅火系統或高壓細水霧滅火系統的主機房，應同時設置兩種火災探測器，且火災報警系統應與滅火系統聯動；
凡設置潔凈氣體滅火系統的主機房，應配置專用空氣呼吸器或氧氣呼吸器。
緊急斷電開關。
GB50174的節能條款：
《電子信息系統機房設計規範》GB50174-2008中把建設綠色機房放到非常重要的位置。在總則第一條中明確規定：「為規範電子信息系統機房設計，確保電子信息系統設備安全、穩定、可靠地運行，做到技術先進、經濟合理、安全適用、節能環保，制訂本規範。」
GB50174中與節能相關的條款還有第6.2.2條、第6.4.4條、第6.4.6條、第7.1.2條、第7.1.3條、第7.4.1條、第7.4.13條、第7.5.1條、第8.2.3條等。
選址、保溫、節能設計、利用自然冷源和提高效率等。
何為綠色數據中心
綠色建築是在全壽命周期內兼顧資源節約與環境保護的建築。
《綠色建築評價標準》(GB/T50378—2014)對建築環境性能的評價歸納為：場地、材料、能源、水資源、室內環境質量、創新與性能改進（管理）等六個方面。
PUE=1.6~1.8
機房能效指標（PUE）：Power Usage Effectiveness的簡寫，是評價數據中心能源效率的指標之一。
PUE基準值是2.0，越接近1越好，美國平均為1.92；
空調系統耗電量通常佔據50%以上。
使用風冷系統的數據中心，PUE一般不可能小於1.8
水冷系統＋自由散熱，是成為綠色數據中心的基本條件。
通常可用性級別越高，PUE值也越大！
也就是說，節能與可用性指標成反比關係！
IT設備用電量：
機房節能與環保：
建設「綠色數據中心」是一個系統工程，牽涉到機房建設的方方面面。作為信息建設的核心基礎設施，保證信息系統安全可靠的運行是其第一要務。
節能不能以犧牲安全性和可靠性為代價！
節能新技術：
1、硬體設備本身功耗的降低（網路、存儲、伺服器等）
2、伺服器整合
3、虛擬化技術
4、管理技術的提高（基礎設施與信息設備的聯動、個性化管理等）
5、採用直流供電
6、高壓分層直接供電方式（節電5%）
7、冰蓄冷。（電價節約20%）
8、飛輪UPS電源
9、集裝箱式數據中心（SUN、思科、戴爾、Google1160、IBM、惠普、微軟、SGI、華為賽門鐵克、世紀互聯 ）
10、機房熱能綜合運用
機房熱能綜合運用：
11、選用高效能的設備（空調、模塊化UPS、機櫃、背板冷卻等）
12、節能化設計（選址、布局、照明、保溫、新風處理、線纜布放等）
13、優化氣流組織形式(冷熱通道、提高地板高度)
14、自然冷源的利用（熱管、雞舍）
15、空調節能添加劑（節電18%）
16、空調室外機（霧化噴淋8%，遮蔭）
17、冷熱通道封閉（節電22%）
……
高效能是指在IDC環境中高效的設備（舒適性空調和專用空調）
機房建設的節能和環保
避免過度裝修設計，層高太高，合理利用水冷和自然冷卻方法，避免過分擴展預留，合理設計新風量
根據機房的重要性考慮後備資源的預留，合理擺放設備；
加強管理，減少故障時間
適當提高機房基準溫度
有人區與無人區照明、空調區別對待
本文來源於互聯網，作者：黃群驥。暖通南社整理編輯。
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