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企業級數據中心建築利用效率優化和細節研究


0引言

根據城市用地分類與規劃建設用地標准(GB50137-2011),企業級數據中心用地一般是按工業用地一類或二類考慮,下面以某一企業級數據中心建築設計逐步優化過程的案例爲對象來說明數據中心建築方案的進階過程以及如何逐步合理的提高數據中心建築的利用效率。還以另兩個企業數據中心案例重新規劃平面後建築的利用效率提高來說明哪些設計細節對數據中心建築設計起到強有效的作用。

1、案例一的設計條件:


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此項目園區規劃200畝地(圖01),一共4棟數據中心樓,勻按T3標准建設。一期1#數據中心樓共計 3540 個機櫃(其中:4KW標准機櫃2100個、6KW 機櫃1440個)。數據中心樓要求爲建築總高度小于24 米,不高于3層的混凝土建築,原則上不設地下室,數據中心樓的首層應爲動力層,主要設置配電設備用房,二層及以上樓層均爲機房層,機房要模塊化處理。首層要求設大廳等辦公區輔助用房約1000平米,每層辦公輔助用房約500平米。


2、案例一方案的優化推進過程:


在機房制冷模式已定的前提下,先按3540個機櫃總數來合計機房模塊的大小,這裏有兩個限定條件:一、機房模塊內采用氣體滅火系統;二、機房模塊內采用高壓細水霧滅火系統。第一個條件限定機房面積不大于800平米的同時房間體積不得大于3600立方米;第二個條件一般會采用開式全淹沒方式(全室應用系統),單個防護分區容積不大于3000立米,相鄰防護分區之間可以無防火分隔,即對房間面積沒有限制,適合大空間區域。在業主確定用高壓細水霧消防系統的前提下,機房模塊根據計算選大以提高利用效率:4KW標准機櫃2100個分7個模塊,6KW 機櫃1440個分5個模塊,一共12個機房標准模機,每個主機房750平米放置不小于295個標准機櫃。初始方案如下圖:2、3層爲機房層,一層爲動力能源等支持區。(圖02-圖05)

 

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每層建築面積約8100平米,模塊機房按3橫2縱的方式布置成長方形,辦公區設置在南側,總建築面積約2.44萬平米。建築總高度約18.3米。建築利用效率爲每個標准機櫃需要占用建築面積約6.9平米。

從業主要求造價要低、建築利用率要高出發對建築物平面進行了進一步優化,依據土建造價估預算規則:正方形建築由于外牆面積減少等多種因素,造價要低于長方形建築。第二方案調整平面方案如下圖(圖06-08):











每層建築面積約7900平米,模塊機房按2橫3縱的方式布置成正方形,辦公區設置在南側,總建築面積約2.38萬平米。建築總高度約18.3米。從數據中心的建築利用效率來看每個標准機櫃需要占用建築面積約6.8平米。

這個方案相對于初始方案土建的造價可能有所降低,但建築利用效率提高的並不明顯。並且這兩個方案由于機房模塊采用水系統的消防,變配電等電力設備房間在位于一層,很難有效完全的避開機房模塊空調間大型水管路由的下方位置,跑水隱患對于大型的數據中心的安全性能有一定影響。于是方案在兩個已有方案的基礎上需要做進一步推進:(圖09-12)

  


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把模塊機房按橫4縱1布置,與輔助辦區一起設計爲3層;支持區沿模塊機房設爲長條狀,設計爲2層。按此方案總建築面積縮減到約2萬平米。建築總高度約15米。每個標准機櫃需要占用建築面積約5.6平米,建築利用效率大大提高,建築總體高度的降低也使土建工程造價有所降低,更好的貼合了設計要求。


3、案例二的設計進階依據和結果:


此項目總體規劃3棟數據中心樓,按不低于T3標准建設,每棟數據中心樓地上4層(層高5.5米),地下1層(層高7.5米),建築高度23.0米,總建築面積27179.54平方米,其中地上建築面積21281.45平方米,地下建築面積5391.21平方米,蓄水池建築面積506.88平方米。原數據中心樓從左到右分兩個防火分區,支持區單獨在左側防火分區,模塊機房和新風室辦公等輔助區在右側防火分區。分區十分明確。(圖12-13)

  



對這設計方案做數據分析如下表:(圖14)


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可以看出機房模塊區占比太低,各空間面積分配效率不夠高,現有空間格局功能分區明確是優點,但是單機櫃占建築面積8.4平米的結論,對于無論是自用還是出租來說數據中心建築利用效率明顯還有可提升的空間。最後優化後方案平面數據統計如下: (圖15-16)


 



對原設計進行各系統分析後主要從以下5個方面入手進行了優化:1、根據機櫃不同功率要求將原每個機房模塊200平米擴大爲滿足原氣體滅火系統要求的600平米和300平米;2、利用原5.5米高的標准層高,電池室增做鋼結構夾層每層淨空2.6米加大建築利用效率;3、不在每層做新風機房,所有新風機放置在屋頂,每個機房內做土建新排風管井直上屋面,新風管井內做鍍鋅風管,重新規化了垂直路由管線;4、在保證原配電2N設計的前提下根據增加的機櫃將原來2*1250KVA+6*2000 KVA的變壓器調整爲8*2500KVA的變壓器。5、按目前機房主流運維模式:無人值守,擴大原一層辦公區,將輔助區集中在一層便于管理。

在不改變原建築設計的基礎上把數據中心建築利用效率從單機櫃8.4平米降低到5.95平米,設備總數量提高1307台。


4、結論:


數據中心建築設計要先依據業主需求的機櫃數和消防前提條件定機房模塊大小;再合理的規劃各個子系統(水暖、動力、配電、弱電)的垂直路由管線和各類水平路由;然後據設備條件定層高、柱距。在建築格局已定的情況下先看機房模塊大小是否合適,各功能區面積占總建築面積的比例是否合適,數據中心建築主要功能的機房模塊面積應當在30%左右才適;垂直路由管線在很大程度上可以節約建築空間,使建築空間的利用效率得到最大化。



參考文獻:

中華人民共和國工業和信息化部《電子信息系統機房設計規範GB50174-2008》、

中華人民共和國公安部.《建築設計防火規範GB50016-2014》




 
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