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TierIV標准獨體數據中心建築設計案例分析


0引言


據我國相應規範對數據中心data ceter(DC) 定義:爲集中放置電子信息設備提供運行環境的建築場所,可以是一棟或幾棟建築物,也可以是一棟建築物的一部分,包括主機房、輔助區、支持區和行政管理區等。首先數據中心需要一個固定的建築場所,文章采用歸納、舉例、比較、總結等方法,從一般設計原則、獨立型數據中心實例方面,把從實際案例中總結來的設計理論,與設計實例相結合分析,來梳理數據中心設計的方法論。


1、設計時一般考慮的原則


 功能區設計:


主機房---IT設備區(白區),取決于建設設備的數量,致力于解決有效裝機數量,直接關系建設方的收益,是自用或租用效益的直接來源。一般按可安放標准機櫃數量作爲衡量參數,原則上機櫃越多經濟性能越好。



支持區---配電、暖通、消防設備設施的區域,取決于總裝機容量,電氣和暖通等專業的設計架構(按建設地區的水紋、地理、氣候、交通電力等基礎設施環境多種綜合大環鏡條件和主機房微環境要求設計)。合理的規劃設計應同時滿足設備安裝、運行、維護三階段要求。



輔助區---水平、垂直交通及備品備件、清潔衛生設施區域。屬于必不可少的非主要功能區域但並不會爲業主帶來直接經濟價值,在面積占比上應以經濟合理爲設計原則。水平、垂直交通的設計一是要滿足設備設施運輸及維護更換要求,二是優化流線,人員流線和設備物流要求能方便分別管理,力求距離最短,形式最簡單。備品備件、清潔衛生設施區域按夠用即可的原則設置。



行政管理區---設計重點有關于辦公、ECC、門廳等,這個區域的大小,設計的標准及規格與建設方的需求息息相關,差異非常之大。有的與數據中心建築混合在一起建設或與數據中心建築相聯,有的獨立于數據中心建築設在爲其提供相關配套服務的獨立建築體內,設計時要針對不同項目滿足其不同需求。



國內外綠色數據中心建築評價體系對各區域的要求:



建立及發布者

標准名稱

對功能區的要求的摘要

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

按A、B、C 三級,無面積要求,對主機房有獨立分隔要求。

中國住房和城鄉建設部

綠色數據中心評價技術細則

分級標准同GB50174,機房面積占建築總面積60%以上

美國綠色建築委員會(簡稱USGBC)

LEED v4

機房面積占建築總面積60%以上

英國建築研究院(簡稱BRE)

BREEAM Data Centres 2010

主機房及配電支持區房間空間面積應占建築面積的75% 以上

美國環保署(簡稱EPA)

Energy Star Score for Data Centres(能源之星認證)

數據中心面積占建築總面積50%以上,分級標准同Uptime

Uptime Institute

Tier Certification

數據中心面積占建築總面積50%以上,分爲Tier I、Tier II、Tier  III、TierIV 這4 個等級,其中TierIV等級要求配電及暖通專業雙鏈路,進入主機房前建築空間上兩條鏈路完全物理隔離。

美國標准TIA-942-2014

《數據中心的通信基礎設施標准》(引用Tier  Certification)


在數據中心建築使用的一般建築參數和模數



建築層高、建築柱距-----關系到設備平面布置效率。



設計參考因素:


1)機房內強弱電管線數量及路由的設計對機房內淨高度的要求:按GB50174規範不宜小于2.6m。



2)獨立數據中心建築內的機櫃位對建築層高、建築柱距的影響:一般標准機櫃尺寸W:0.6&0.8m,D:1.2&1.1m,H:2&2.2m;防靜電地板規格0.6*0.6m,下送風時高度大于0.4m。



3)大型設備安裝要求建築層高、建築柱距的影響:如大型柴機房一般結構設計荷載爲16KN/m2;設備基礎爲機組尺寸加0.3米,並排左右間距不小于1.5米;日用油箱間一般寬爲1.7-2米,進深爲2-2.2米;排煙排風可共井,進風應獨立考慮;應此柴發樓建築進深一般爲15-16米,單隔間柴發機房一般約寬7.2米左右,多機共用的房間柱間距在滿足土建造價經濟性的前提下越大越好。



4)采用水冷制冷的數據冷凍機房一般都會有多套冷水機組板換以及多台供水補水設備,它們之間有較複雜的管線連接和閥門設置,綜合考慮其對建築層高、建築柱距的影響。



5)一般民用建築內的地下室停車位對柱距的影響:小型車停車位寬度2.4米,並排停3輛,則爲7.2米寬。



2一般獨立型數據中心的設計實例



建築群功能組合式---單體平面設計,數據中心在群落的位置



不同行業的建設需求和不同建設條件對數據中心的性能形態要求是存在著差別的,這些差別對于數據中心的整體架構有著至關重要的絕定性影響。這裏通過實際案例對關于建築部分的設計作共性的梳理:



金融行業園區型數據中心



金融行業數據中心基于其行業性質,對投資不太敏感,對安全和穩定性十分之重視,設計時多選用保守穩定可靠的設計方案,慎重采用功能上未有實例,未驗證的標新立異的設計理念。在數據中心建設等級上一般都是按國標A級或TierIV標准建設。當進行區型數據中心建設時,除開數據中心樓同時建有多棟與之配套的服務功能型建築。



例1:已運行中的南方中國某銀行數據中心一共7棟建築組成,淨用地面積18.6萬平米,總建築面積20.8 萬平米。其中用作IT設備布置的爲下圖左側西北角3棟獨立的正方體建築--災備中心數據機房(建築面積約6.3萬平米),其它建築分別從西北到東南爲培訓辦公綜合體、科研測試樓、呼叫中心、運維中心;組成對數據中心進行管理,提供服務支持的輔助建築群。




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運維中心和數據機房設計使用年限爲100年,其它建築設計使用年限爲50年。每棟數據中心樓四層,建築高度約29米,主要柱網布置爲縱向9米橫7.2米,每層約5500平方米,地坪正負零以下設一個淨高2米的設備管道夾層。一層布置變配電、冷凍機房等支持區層高7米;柴發區層高8米;標准層每層中部6個模塊機房,兩端兩個強弱電及消防的支持區域,模塊機房區層高6.2米,模塊機房區內結構板與支持區及走廊的結構樓板錯開下沉0.9米。



整個數據中心按TierIV標准來設計的的情況下要求電氣和暖通系統的兩個獨立鏈路在進入機房模塊前完成物理隔離的條件,設計建築物的平面格局時對管井、空間面積分配的合理性這些要求予以充分考慮。如下圖一層平面(左)和標准層平面(右):




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每棟數據機房樓建築面積約2.1萬平米,每個模塊機房面積(不含空調間)400平米,每棟樓18個模塊,純IT設備機房(白區)的面積爲7200平米,約占總建築面積的32%。共可放置IT機櫃2250個。每個機櫃需要約9.8平方米的建築面積來予以支持。



例2:華北地區某銀行數據中心樓一共4棟建築組成,數據中心有關的各個建築功能都相對獨立化。建築群以東北角上的數據中心爲核心,配置與之相關的業務建築,建築物的功能組合的形式,是互相相關又相對獨立的。1 爲制卡生産中心(一棟高層廠房建築),2 爲制卡庫房,3 爲數據機房,4 爲綜合庫房(三棟多層廠房建築)。該項目規劃總用地面積約6.3萬平米。總建築面積約11.3萬平米,其中地上建築面積約9.9萬平米,地下部分建築面積1.3萬平米。總建築面積約11.2萬平米。地上功能包括制卡生産中心、庫房、職工食堂及附屬配套辦公用房等,地下功能包括廚房及其配套房間,設備機房及車庫等。





圖片2.jpg


 

圖上方3圈出的數據中心包括相聯的能源動力樓及數據機房,建築面積約2.5萬平米(地下約0.2萬平米,地上約2.3萬平米),按TierIV等級設計建設 。



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能源動力樓地上3層,建築高度從室外地坪至女兒牆上皮爲23.9米,地下1層主要冷凍機房區層高7.6米,變配電、柴發區等支持區層高7.5米;UPS配電支持區層高5米;跟機房樓通過兩個通道連接爲模塊機房提供A、B兩條鏈路的支技。主要柱網布置爲10.5*10.2&5.8米。



數據機房地上4層,建築高度從室外地坪至女兒牆上皮爲23.9米,標准層高5.6米;主要柱網布置爲9.6 &7.2*8.8&8.5米。模塊機房區層高6.2米,模塊機房區內結構板與支持區及走廊的結構樓板錯開下沉0.9米。標准層每層中部4個模塊機房,兩側爲不同鏈路的強弱電及消防的支持區域,每個模塊機房面積(不含空調間)520平米,每棟樓16個模塊,純IT設備機房(白區)的面積爲8320平米,約占總建築面積的33%。共可放置IT機櫃3790個。每個機櫃需要約6.6平方米的建築面積來予以支持。



小結:

數據中心機房樓一般位于園區的最內側外界幹擾低的位置;動力能源支技區(柴發、變配電區)如相對獨立設置,數據中心建築的利用率更高,單機櫃占用的建築面積少;在同等設備配置的TierIV標准前提條件下,柱距選擇0.6米的倍數的柱距如:7.2米、8.4米、9米、9.2米等,據機房模塊靈活而定比單一用標准機櫃模數而言,數據中心建築的利用率更高。



參考文獻:

《數據中心節能設計規範DB11/T12B2-2015》

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》

西北工業大學出版社 《高可靠性綠色數據中心的構建》、

楊茜,李德英,胡文舉,王夢圓《國內外綠色數據中心建築評價體系研究綜述》







 
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