电子信息系统机房设计与验收规范及应用
机房的概念：
机房工程的重要性：
机房工程的主要内容：
与机房相关的国家标准：
《电子信息系统机房设计规范》（GB50174-2008）
重新修编，改名为《数据中心设计规范》
《电子信息系统机房施工及验收规范》（GB50462-2008）
《计算机场地通用规范》（GB2887报批中）
《计算站场地安全要求》（GB9361报批中）
《电子信息系统机房环境检测标准》(在编)
《数据中心综合监控系统工程技术规范》(在编)
《数据中心建设标准》TIA942
《电子信息系统机房设计规范》GB50174-2008解析
术语和符号：
保护性接地，以保护人身和设备安全为目的的接地。
防雷接地、防电击接地、防静电接地。
功能性接地，用于保证设备（系统）正常运行，正确地实现设备（系统）功能的接地。交流工作接地、直流工作接地、信号接地。
机房分级：
电子信息系统机房应划分为A、B、C三级。根据机房的使用性质、管理要求及其在经济和社会中的重要性确定所属级别，根据TIA-942介绍：
同时还应综合考虑建设投资。
A级举例：国家级信息中心、计算中心；重要的军事指挥部门；大中城市的机场、广播电台、电视台、应急指挥中心；银行总行；国家和区域电力调度中心等的机房。
B级举例：科研院所；高等院校；三级医院；大中城市的气象台、信息中心、疾病预防与控制中心、电力调度中心、交通(铁路、公路、水运)指挥调度中心；国际会议中心；大型博物馆、档案馆、会展中心、国际体育比赛场馆；省部级以上政府办公楼；大型工矿企业等的机房，一个机房内的不同部分可按不同的标准进行设计，备份机房与主机房同等级。
机房选址：
电力供给应稳定可靠，交通、通信应便捷，自然环境应清洁；
应远离产生粉尘、油烟、有害气体以及生产或贮存具有腐蚀性、易燃、易爆物品的场所；
应远离水灾和火灾隐患区域；
应远离强振源和强杂讯源；
应避开强电磁场干扰。(某省会火车站机房)
设备运输：
管线敷设：
雷电感应：
结构荷载：空调室外机的安置位置。楼层。
考虑多层或高层建筑物、安装空调室外机、设备搬运等因素，机房宜设置在大楼的第二层，或裙楼的中间层。
机房组成：主机房、辅助区、支持区、行政管理区等功能区组成。可能是一个独立的区域，也可能是混在一个大区域内。区域的规划是机房设计的重要内容之一。
设备布置：
原则：满足机房管理、人员操作和安全、设备和物料运输、设备散热、安装和维护的要求。
具体要求：
产生尘埃及废物的设备宜布置在有隔断的单独区域内；机柜的布置宜采用面对面、背对背（冷热通道）的方式；通道与设备间的距离要求。
环境要求：环境参数：主机房和辅助区内的温度（23±1℃）、相对湿度（40%~55%）、含尘浓度（在静态条件下测试，每升空气中大于或等于0.5μm的尘粒数应少于18000粒）、杂讯（停机时，在主操作员位置测量的杂讯值应小于65dB（A））、振动；
电磁参数：无线电干扰场强126dB）、磁场干扰环境场强（800A/m）、静电电位（不应大于1kV）。
不同静电电位产生的现象：
建筑与结构：
主机房净高不宜小于2.6m；
主机房和辅助区不应布置在用水区域的垂直下方；
改建机房应根据荷载要求采取加固措施。
加固分类及常用方法：
基础加固；混凝土加固；结构加固（楼板加固）。
增设支点；粘钢加固；粘碳纤维加固。
影响加固的因素：
UPS（8）、电池（16四层）、消防钢瓶（8）、屏蔽室（8）
单体（伺服器、小型机、存储机柜）重量（8），
机柜群重量，线槽重量（顶板）
施工中堆放的物品不得超过楼板的荷载。
建筑与结构：
平面规划：主机房等各区域的划分；
出入口宜单独设置，避免人流和物流的交叉；
有人操作区域和无人操作区域宜分开布置；
机房内外通道及门的宽度；尽量远离水源。
平面规划举例：
防火与疏散：
电子信息系统机房的耐火等级不应低于二级；
当A级或B级电子信息系统机房位于其它建筑物内时，在主机房与其它部位之间应设置耐火极限不低于2h的隔墙，隔墙上的门应采用甲级防火门；
面积大于100m2的主机房，安全出口不应少于两个，且应分散布置；
室内装修：
应选用气密性好、不起尘、易清洁、符合环保要求、在温度和湿度变化作用下变形小、具有表面静电耗散性能的材料；
内墙壁和顶棚的装修应满足使用功能要求，表面应平整、光滑、不起尘、避免眩光，并应减少凹凸面；
活动地板的高度（250mm，400mm）；
外窗（A、B级不宜设，气密性好的双层固定窗，区别有人、无人区）。
活动地板：
空气调节：
一般规定：A、B级应选用专用空调，C级可选用；
宜设置独立的空调系统（机房与其他用房、有人区与无人区）；
造成系统宕机的主要威胁(国外资料)
影响负荷计算因素：
热源：
机房内设备的散热（耗电量中的97%都转化为热量）；
建筑围护结构得热；
通过外窗进入的太阳辐射热；
人体散热；照明装置散热；
新风负荷；伴随各种散湿过程产生的潜热；
湿源：人、新风。
气流组织：
下送风、上回风的应用场合（冷热通道）；
热密度大：单台机柜的发热量大于3kW；
热负荷大：单位面积的设备发热量大于300W/㎡；
机柜过高：单台机柜的高度大于1.8m。
10KW(风冷）：20∽30KW（局部风冷），柜内冷却。
冷（热）通道封闭技术
系统设计：
室内温、湿度参数相同或相近的房间，相邻布置；
A、B级主机房不用采暖散热器，C级最好不用；
地板下送风时，断面风速应按活动地板下的有效断面积计算；
杂讯值超过规定时，应采取降噪措施；
主机房应维持正压。主机房与楼内的压差不小于5Pa，与楼外静压差不宜小于10Pa。
空调系统的新风量应取下列二项中的最大值：
（1）按工作人员计算，每人40m3/h。
（2）维持室内正压所需风量。（>5%室内总送风量）
根据机房大小（<200取4∽5%，<500取3%，<1000取2.5%，>1000取2%或者按换气次数（5∽0.5次/h)
主机房内空调系统宜设过滤器，新风系统应设过滤器
新风系统在保证室内外一定压差的情况下，送排风应保持平衡。
对易造成空气二次污染的房间，送风时应采取措施。
为了节省成本，也为了使空调机运行正常，与室内机配套的室外机按室外环境温度分成几档：
美国按：35℃ 40℃ 45℃；
Slulz按：32℃ 37℃ 42℃；
海洛斯：30℃ 35℃ 40℃ 46℃
对于冬天的低温，美国分为二档：≥-15℃和＜-15℃
空调设计应根据当地气候条件采取下列节能措施：
1 大型机房宜采用水冷冷水机组空调系统；
2 北方地区采用水冷冷水机组的机房，冬季可利用室外冷却塔作为冷源，并应通过热交换器对空调冷冻水进行降温；
3 空调系统可采用电制冷与自然冷却相结合的方式（SIS换热)。
热管换热：
水冷系统带来的设计难点：
水系统的冗余设计：双管路或环形管路
事故应急泄水：从屋面到管井、管廊
供水保障：多水源供应以及蓄水池
节能设计：
资料表明空调系统的用电量占机房总用电量的30～50%，甚至更多，下图是美国APC公司给出的美国2006年的情况。
设备选择：
空调和制冷设备的选用应符合运行可靠、经济适用、节能和环保的要求；
空调机应带有通信介面，通信协议应满足机房监控系统的要求，显示屏宜有汉字显示；
过滤器和加湿器应便于清洗和更换，设备安装应留有相应的维修空间（新风室）。
电气：
供配电：机房应由专用配电变压器或专用回路供电，变压器宜采用干式变压器；
机房低压配电系统不应采用TN-C系统。（干扰、安全）
电子信息设备应由不间断电源系统供电。应有自动和手动旁路装置。确定基本容量时应留有余量。
UPS基本容量（E）≥1.2x设备计算负荷（P）
机房内的动力电与UPS电应由不同回路供电。
机房双路供电：
机房配电柜宜配备浪涌保护器（SPD、TVSS）、电源监测和报警装置，并应提供远程通信介面。
零地电压（<2V）不能满足设备要求时，宜配备隔离变压器。
零地电压的控制：专用配电单元靠近用电设备安装 ；
在UPS的输出端配备隔离变压器；
配电三相平衡；抑制电源谐波。
机房UPS配电：UPS电源插座应与市电插座严格区别，并应有明显标识。
UPS容量与机房设备、级别、系统搭建（n+x)有关
主机房内单独使用一套UPS系统
辅助区宜单独设置UPS系统。
供配电：柴油发电机应能够承担机房全部负荷的需要。
柴油发电机周围应设置检修用照明和维修电源，电源宜由UPS供电。
敷设电缆应避免阻挡风路；
配电线路中的中性线截面积不应小于相线截面积。单相负荷应均匀地分配在三相线路上。（相平衡）
低压配电系统供电方式：
低压配电系统接地方式：
TN-C系统又称四线制系统。
TN-S系统又称五线制系统。
TN-C-S系统又称四线半系统。TT系统。
照明：
主要照明光源应采用高效节能荧光灯，灯具应采取分区、分组的控制措施。
照明均匀度不应小于0.7，非工作区域内的一般照明照度值不宜低于工作区域内一般照明照度值的1/3。
照明均匀度=最小照度/平均照度：
机房内不应采用0类灯具，当采用Ⅰ类灯具时，灯具的供电线路应有保护线，保护线应与金属灯具外壳做电气连接。
主机房和辅助区应设置备用照明；
应急照明=安全照明+备用照明+疏散照明。
照明的布置方式：
静电防护：地板或地面应有静电泄放措施和接地构造，防静电地板、地面的表面电阻或体积电阻应为2.5×104～1.0×109Ω，且应具有防火、环保、耐污耐磨性能。机房内所有设备的金属外壳、各类金属管道、金属线槽、建筑物金属结构等必须进行等电位联连结接并接地。
防雷与接地：《建筑物防雷设计规范》GB50057和《建筑物电子信息系统防雷技术规范》GB50343。
保护性接地和功能性接地宜共用一组接地装置，其接地电阻按其中最小值确定。
关于电子信息设备信号接地的电阻值，IEC有关标准及等同或等效采用IEC标准的国标均未规定接地电阻值的要求，只要实现了高频条件下的低阻抗接地(不一定是接大地)和等电位联结即可。
接地电阻值要求小于1Ω是否有必要
表1 25mm2和107mm2铜导体在空气中的电阻和感抗
机房内的电子信息设备应进行等电位联结，可采用S型、M型或SM混合型。
S型适用于小规模、工作频率较低的电子设备；M型或两种结构形式的组合适用于工作频率较高的电子设备。机房应设置等电位联结网格，网格四周应设置等电位连接带，并应通过等电位联结导体将就近与接地汇集排、各类金属管道、金属线槽、建筑物金属结构 等进行连接。
配电系统防雷示意图：
机房布线：
与综合布线国标的区别：
1、适用范围不同(通用和专用)；
2、程度不同；（机房布线要求比综合布线国标要求高）
GB50311是基础，机房布线是GB50311的提高。
机房综合布线范围：
根据功能要求划分成若干区，工作区内信息点的数量应根据机房等级和用户需求进行配置。
当机房内的机柜或机架成行排列或按功能区划分时宜在主配线架和机柜或机柜之间设置配线列头柜。
A级机房宜采用电子配线设备对布线系统进行实时智能管理。
存在下列情况时，应采用屏蔽布线系统、光缆布线系统或采取其他相应的防护措施。（环境要求、用户要求、安装要求）
线缆的防火要求：
A级机房、隐蔽通风处敞开敷设应采用CMP级或OFCP、OFNP防火线缆。
普通线缆(铜缆CMX，光缆E)
CMP的难燃烧特性：
ＣＭＰ的原材料氟树脂FEP是塑料中最难燃烧的一种材料。
CMP的低发热特性：
即使强制使其燃烧所产生的热量也相当低（只是PE的1/9），并能够防止由于火焰向周围蔓延而导致的2次火灾。
线槽高度：
缆线采用线槽或桥架敷设，线槽或桥架的高度不宜大于150毫米，线槽或桥架的安装位置应与建筑装饰、电气、空调、消防等协调一致。
限制线槽高度的主要原因是：
1、当机房空调采用下送风方式时，活动地板下敷设的线槽如果太高，将会产生较大的风阻，影响气流流通；
2、如果线槽太高，维修时将造成查线不便；
大型机房布线结构图：
1、数据点占绝大多数
2、品质高、可靠性高
3、密度大
4、防火要求高
5、安装位置受限制
卡博菲桥架：
叠压式线缆固定装置
高密度解决方案：
配线架形式、数量（高密度、异型、可管理）
高密度解决方案，光纤预连接解决方案
何时使用机架：
机架通常是在存取有限制的区域使用(如己具保安性的主配线间/设备间)。当对一个存取已经被限制的室内,它是较合适的配线解决方案。
可设置配线架，非核心的网路设备,如交换机，集线器
亦可安置大型的／重的,和发出大量热的网路设备。
机柜通常是为要求较高安全的地方,和开放的公众地方，须共享或共用的区域使用(如楼层配线间,大开间办公环境)
放置主要的和不容许误碰而宕机的设备，如路由器，主要交换机,伺服器等
需要特殊处理的设备（屏蔽、对温度要求高的设备等）
机房监控与安全防范：
系统宜采用集散或分散式网路结构；
监控系统与安全防范系统可设置在同一个监控中心内，宜采用独立UPS供电；
监控范围：环境、设备、安全，KVM。
系统结构：
微环境监控的实现：
给水排水：
机房内可能有水的部位，地面应设置挡水和排水设施；
机房内的给水排水管道应采取防渗漏和防结露措施；
穿越主机房的给水排水管道应采取防漏保护的措施；
设有地漏时，应采用洁净室专用地漏或自闭式地漏；
给排水管道及其保温材料均应采用难燃材料。
消防：
国家标准
《建筑设计防火规范》GB50016
《气体灭火系统设计规范》GB50370
《自动喷水灭火系统设计规范》GB50084
《建筑灭火器配置设计规范》GB50140
《火灾自动报警系统设计规范》GB50116；
注：GB50462更名为数据中心基础设施施工及验收规范，2015版 GB50174-2017数据中心设计规范即将实施。
机房内气体灭火系统的范围（高压细水雾灭火系统）
C级机房可以使用预作用的自动喷水灭火系统；
机房应设置火灾自动报警系统（极早期）；
电子信息系统机房应采取防鼠害和防虫害措施。
采用管网式洁净气体灭火系统或高压细水雾灭火系统的主机房，应同时设置两种火灾探测器，且火灾报警系统应与灭火系统联动；
凡设置洁净气体灭火系统的主机房，应配置专用空气呼吸器或氧气呼吸器。
紧急断电开关。
GB50174的节能条款：
《电子信息系统机房设计规范》GB50174-2008中把建设绿色机房放到非常重要的位置。在总则第一条中明确规定：「为规范电子信息系统机房设计，确保电子信息系统设备安全、稳定、可靠地运行，做到技术先进、经济合理、安全适用、节能环保，制订本规范。」
GB50174中与节能相关的条款还有第6.2.2条、第6.4.4条、第6.4.6条、第7.1.2条、第7.1.3条、第7.4.1条、第7.4.13条、第7.5.1条、第8.2.3条等。
选址、保温、节能设计、利用自然冷源和提高效率等。
何为绿色数据中心
绿色建筑是在全寿命周期内兼顾资源节约与环境保护的建筑。
《绿色建筑评价标准》(GB/T50378—2014)对建筑环境性能的评价归纳为：场地、材料、能源、水资源、室内环境质量、创新与性能改进（管理）等六个方面。
PUE=1.6~1.8
机房能效指标（PUE）：Power Usage Effectiveness的简写，是评价数据中心能源效率的指标之一。
PUE基准值是2.0，越接近1越好，美国平均为1.92；
空调系统耗电量通常占据50%以上。
使用风冷系统的数据中心，PUE一般不可能小于1.8
水冷系统＋自由散热，是成为绿色数据中心的基本条件。
通常可用性级别越高，PUE值也越大！
也就是说，节能与可用性指标成反比关系！
IT设备用电量：
机房节能与环保：
建设「绿色数据中心」是一个系统工程，牵涉到机房建设的方方面面。作为信息建设的核心基础设施，保证信息系统安全可靠的运行是其第一要务。
节能不能以牺牲安全性和可靠性为代价！
节能新技术：
1、硬体设备本身功耗的降低（网路、存储、伺服器等）
2、伺服器整合
3、虚拟化技术
4、管理技术的提高（基础设施与信息设备的联动、个性化管理等）
5、采用直流供电
6、高压分层直接供电方式（节电5%）
7、冰蓄冷。（电价节约20%）
8、飞轮UPS电源
9、集装箱式数据中心（SUN、思科、戴尔、Google1160、IBM、惠普、微软、SGI、华为赛门铁克、世纪互联 ）
10、机房热能综合运用
机房热能综合运用：
11、选用高效能的设备（空调、模块化UPS、机柜、背板冷却等）
12、节能化设计（选址、布局、照明、保温、新风处理、线缆布放等）
13、优化气流组织形式(冷热通道、提高地板高度)
14、自然冷源的利用（热管、鸡舍）
15、空调节能添加剂（节电18%）
16、空调室外机（雾化喷淋8%，遮荫）
17、冷热通道封闭（节电22%）
……
高效能是指在IDC环境中高效的设备（舒适性空调和专用空调）
机房建设的节能和环保
避免过度装修设计，层高太高，合理利用水冷和自然冷却方法，避免过分扩展预留，合理设计新风量
根据机房的重要性考虑后备资源的预留，合理摆放设备；
加强管理，减少故障时间
适当提高机房基准温度
有人区与无人区照明、空调区别对待
本文来源于互联网，作者：黄群骥。暖通南社整理编辑。
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