智能化弱电圈发布1200机架A级容错型绿色数据中心工程技术方案
A 级数据中心建设方案——容错型绿色数据中心工程技术方案,值得收藏学习!
智能化弱电圈发布一套配置1200个标准机架、IT总负荷6000kW的A级容错型绿色数据中心工程技术方案。方案对标GB 50174-2017《数据中心设计规范》等国内标准,参考Uptime Tier IV容错设计要求,采用2N冗余供配电、蓄冷连续制冷架构,设定全年加权PUE不高于1.25、基础设施可用率不低于99.995%等设计目标,覆盖土建、机电、智能化等全基础设施专业内容。
这份完整的A级容错型绿色数据中心工程方案可供行业参考高可靠与能效平衡的设计思路,但所有指标、投资及工期均为方案设计测算值,未绑定具体落地项目,需结合实际项目条件核验可行性。
原创 智能化弱电圈 2026-10-03 15:57 浙江
第一章 项目概述1.1 建设背景数字经济与人工智能算力需求持续快速增长,金融交易、政务服务、能源调度、医疗
第一章项目概述
1.1 建设背景
数字经济与人工智能算力需求持续快速增长,金融交易、政务服务、能源调度、医疗健康等关键业务对信息系统的连续性要求已达到分钟级乃至秒级。电子信息系统一旦运行中断,将造成重大经济损失或公共场所秩序严重混乱——按照《数据中心设计规范》GB 50174-2017 的分级判据,此类承载关键业务的设施必须按 A 级(容错型)建设。
与此同时,国家发展改革委等部门印发的《数据中心绿色低碳发展专项行动计划》明确要求到 2025 年底全国数据中心平均电能利用效率降至 1.5 以下、上架率不低于 60%,新建大型数据中心电能利用效率须降到 1.3 以下;《数据中心能效限定值及能效等级》GB 40879-2021 更以强制性国家标准形式规定数据中心电能比最大允许值为 1.50。这意味着 A 级数据中心的建设必须在“高可靠”与“低碳”两个约束条件下同步求解,而不能再沿用堆砌冗余、牺牲能效的传统做法。
1.2 建设目标
·可靠性目标:基础设施按容错系统配置,在一次意外事故后或单系统设备维护、检修期间,电子信息系统的运行不受影响;关键负载供电、供冷路径全程 2N 冗余且物理隔离。
·可用性目标:基础设施可用率不低于 99.995%,年允许非计划中断时间控制在 0.4 小时以内。
·能效目标:全年加权 PUE 不高于 1.25,优于 GB 40879-2021 的 1 级(PUE ≤ 1.20 为 1 级,1.30 为 2 级)水平区间,并满足国家绿色数据中心推荐工作的能效门槛。
·绿色用能目标:可再生能源利用率不低于所在省份可再生能源电力消纳责任权重,鼓励通过绿电交易、绿证与分布式光伏提升至 50% 以上。
·可维护性目标:所有单一容量组件和分配路径元件均可有计划地从系统中移除,且不对关键环境造成影响(即支持在线维护与同步检修)。
·可扩展性目标:按模块化微分区组织,IT 容量可分三期滚动扩容,单期扩容不中断既有业务运行。
1.3 设计依据
本方案的主要设计依据如下,各项技术参数均以现行有效版本为准:
类别 | 标准 / 文件名称 | 编号或文号 |
分级与性能 | 数据中心设计规范 | GB 50174-2017 |
能效 | 数据中心能效限定值及能效等级 | GB 40879-2021 |
绿色评价 | 绿色数据中心评价 | GB/T 44989-2024 |
施工验收 | 数据中心基础设施施工及验收规范 | GB 50462-2015 |
综合布线 | 数据中心电信基础设施标准(Rated 4) | ANSI/TIA-942 |
供配电 | 供配电系统设计规范 | GB 50052-2009 |
供配电 | 民用建筑电气设计标准 | GB 51348-2019 |
建筑防火 | 建筑设计防火规范(2018 年版) | GB 50016-2014 |
气体灭火 | 气体灭火系统设计规范 | GB 50370-2005 |
暖通空调 | 民用建筑供暖通风与空气调节设计规范 | GB 50736-2012 |
电磁环境 | 电磁环境控制限值 | GB 8702-2014 |
绿色政策 | 数据中心绿色低碳发展专项行动计划 | 发改环资〔2024〕 |
绿色政策 | 2025 年度国家绿色数据中心推荐工作通知 | 工信厅联节函〔2025〕279 号 |
1.4 建设规模与设计范围
本方案按单体建筑、地上四层、总建筑面积约 20 000 平方米的规模组织,共部署 1200 个标准机架(单机柜按 42U、600 mm×1200 mm 规格考虑),IT 总计算负荷 6000 kW,设计范围涵盖建筑土建、供配电、暖通空调、给排水、消防、网络与综合布线、智能化监控、安防与运维体系等全部基础设施专业,不含 IT 设备(服务器、存储、网络设备)本身的采购与部署。
分区 | 机柜数量(架) | 单机柜功率(kW) | 小计负荷(kW) |
标准功率区 | 900 | 4 | 3600 |
中密度区 | 200 | 8 | 1600 |
高密度区(液冷预留) | 100 | 8 | 800 |
合计 | 1200 | — | 6000 |
注:高密度区按冷板式液冷预留条件设计,风冷工况下单机柜 8 kW,切换液冷后可支持 20 kW 以上,二期扩容时仅更换二次侧换热单元即可完成升级。
第二章等级定位与总体技术架构
2.1 A 级数据中心的判定与性能要求
《数据中心设计规范》GB 50174-2017 将数据中心划分为 A、B、C 三级,符合下列情况之一者应为 A 级:电子信息系统运行中断将造成重大的经济损失;或电子信息系统运行中断将造成公共场所秩序严重混乱。
性能方面,A 级数据中心的基础设施宜按容错系统配置,在电子信息系统运行期间,基础设施应在一次意外事故后或单系统设备维护或检修时仍能保证电子信息系统正常运行。需要特别说明的是,规范同时给出了一种兼顾经济性的扩展方案:当设备与线路维护可保证设备正常运行、市电电源质量满足要求、接入处功率因数符合供电部门要求、柴油发电机系统可承受容性负载影响、注入公用电网的谐波电流分量符合 GB/T 14549 规定时,电子信息设备的供电可采用不间断电源系统与市电电源系统相结合的供电方式。
本方案定位于金融级、政务级关键业务承载,对供电纯净度与故障隔离的要求高于规范最低门槛,因此不采用“一路市电 + 一路 UPS”的降级方案,而是在市电侧、UPS 侧、柴发侧全部按 2N 或 N+X 冗余配置,并在物理上分区隔离。
2.2 国标 A 级与 Uptime Tier IV 的对比
国标 A 级与 Uptime Tier IV 的核心词同为“容错”,但对单点故障的界定存在系统性差异,方案设计时必须识别这些差异,否则易出现“按国标做却拿不到 Tier 认证”或“按 Tier 做却投资失控”两种偏差。
对比维度 | 国标 A 级(GB 50174-2017) | Uptime Tier IV | 本方案取值 |
市电定位 | 两路来自不同变电站的市电视为可靠电源,市电中断属一次事故 | 市电视为不可靠,园区内柴发才是可靠电源 | 取严:两路市电 + N+X 柴发全部按关键组件 |
UPS 配置 | 满足 3.2.2 条件后可 (N+1) UPS + 一路市电 | 必须 2N UPS | 取严:2N 双母线 UPS |
柴发配置 | 可为独立于正常电源的专用馈电线路;柴发 N+X | N+1 或 2N 且物理隔离 | 取严:N+X 柴发,分组物理隔离 |
储油时间 | 按规范附录执行(通常 12 小时),有供油协议可调整 | 12 小时现场燃料储存 | 12 小时园区储油 + 供油协议 |
物理隔离 | 未明确规定,接受环形管网布置 | 互为备份的系统与路径必须物理隔离 | 取严:双路由物理隔离 |
连续制冷 | 冷冻水系统宜设置蓄冷设施 | 必须连续供冷(蓄冷或其他形式) | 蓄冷罐 + 不间断供冷回路 |
消防 | 主机房宜设气体灭火或细水雾 | 不考察消防系统 | 按国标执行并加强 |
本方案的取值原则为“国标为底线、Tier IV 为上限、按需取严”,即在两个体系有分歧之处一律取严格者,确保同一套基础设施既能通过国内 A 级竣工验收,也具备申请 Uptime Tier IV 设计认证(TCDS)与 CQC 增强级认证的物理条件。
2.3 总体容错架构
整体采用“双系统 + 双路径 + 物理隔离 + 分区隔离”的四层容错架构:
·双系统:供配电、制冷、网络三大关键子系统均设置 A、B 两套完整系统,每套系统均可独立承担 100% 的关键负载。
·双路径:从市电引入、变压器、UPS、列头柜到机柜 PDU,全程 A/B 双路由;从冷机、水泵、管路到空调末端同样双路由。
·物理隔离:A、B 两套系统的配电室、电池室、柴发机房、冷冻站分别设于建筑不同防火分区,两路管线不共槽、不共井、不共走廊。
·分区隔离:按微模块划分防火与故障隔离单元,任一单元内的火灾、漏水、设备故障均被控制在单元边界内,不影响其他单元。
·在线维护:任何单一容量组件或分配路径元件均可有计划地退出服务进行检修,系统剩余容量仍满足 N 需求。
2.4 主要技术指标汇总
指标项 | 目标值 | 设计取值 | 依据 |
机房等级 | A 级(容错型) | A 级 | GB 50174-2017 3.1 / 3.2 |
标准机架数 | — | 1200 架 | 业务需求 |
IT 总负荷 | — | 6000 kW | 负荷计算 |
供电架构 | 2N 双路 + 备用电源 | 2N 变压器 / 2N UPS / N+X 柴发 | GB 50174-2017 8.1 |
UPS 电池后备时间 | ≥ 15 min | 15 min(满载) | GB 50174-2017 8.1.7 |
柴发储油时间 | 12 h | 12 h(含日用油箱) | GB 50174-2017 附录 A |
柴发启动时间 | ≤ 15 s | ≤ 10 s 并机带载 | 工程实践取值 |
ATS 切换时间 | ≤ 0.5 s | ≤ 0.5 s(末端 STS 毫秒级) | CQC 增强级指标 |
制冷架构 | 连续供冷 | 2N 冷源 + 蓄冷罐 + 末端 N+1 | GB 50174-2017 7.4 |
冷通道送风温度 | 18 ~ 27 ℃ | 24 ± 1 ℃ | ASHRAE / GB 50174 |
相对湿度 | 40% ~ 60% | 50% ± 5% | GB 50174-2017 |
全年加权 PUE | ≤ 1.30 | ≤ 1.25 | GB 40879-2021 2 级及以上 |
基础设施可用率 | ≥ 99.995% | 99.995% | Tier IV 等效 |
地板承重 | ≥ 10 kN/㎡ | 主机房 12 kN/㎡,高密度区 16 kN/㎡ | GB 50174-2017 |
抗震设防烈度 | ≥ 7 度 | 8 度(按选址复核) | GB 50011 |
第三章选址与建筑土建方案
3.1 选址原则
·电力供应充足可靠:具备从两个不同上级变电站各引入一路 10 kV(或 110 kV)电源的条件,两路电源不应同时受电于同一母线。
·通信快速畅通:具备两家及以上基础电信运营商的光缆接入条件,且引入路由物理分离。
·交通便捷、便于设备运输与运维人员进出,但应避开人流密集的公共聚集场所。
·自然环境安全:远离地震断裂带、采空区、滑坡与泥石流易发区、洪水淹没区及易燃易爆危险源,场地标高高于设计洪水位。
·环境条件:优先选择年平均气温较低、空气质量较好的区域,以延长自然冷却可利用小时数;采用水蒸发冷却方式制冷时,水源应充足且水质稳定。
·电磁环境:远离强电磁干扰源,场地电磁环境符合 GB 8702 的公众曝露控制限值要求。
·政策合规:符合地方国土空间规划、能耗指标与“东数西算”枢纽节点布局要求,能评、环评可通过。
3.2 建筑与结构
采用钢筋混凝土框架结构,地上四层、局部地下一层(用于柴发机房、储油间与消防水池)。主要结构参数如下:
项目 | 设计参数 | 说明 |
建筑耐火等级 | 一级 | GB 50016 |
抗震设防类别 | 重点设防类(乙类) | 按提高一度采取抗震措施 |
抗震设防烈度 | 8 度 | 按选址地震安评复核 |
主机房楼面活荷载 | 12 kN/㎡ | 满足标准机柜布置 |
高密度区楼面活荷载 | 16 kN/㎡ | 满足液冷及高密度机柜 |
柴发机房楼面活荷载 | 16 kN/㎡ | 含机组检修荷载 |
电池室楼面活荷载 | 16 kN/㎡ | 按蓄电池组重量核算 |
UPS 及配电室活荷载 | 10 kN/㎡ | — |
主机房净高 | ≥ 4.5 m(梁下) | 含架空地板与顶部走线 |
架空地板高度 | ≥ 600 mm | 保障冷风输送均匀性 |
防水等级 | 一级 | 屋面与地下室外墙 |
3.3 功能分区
建筑按功能划分为主机房区、支持区、辅助区与管理区,各区之间以防火分隔和访问控制边界相区分。主机房区按微模块组织,每个模块包含 100 ~ 120 个机柜,模块之间设独立防火隔墙与独立气流组织,形成故障隔离单元。
分区 | 主要功能房间 | 面积占比(参考) |
主机房区 | IT 微模块机房、高密度液冷区、网络核心机房 | 约 30% |
电气支持区 | 高压配电室、变压器室、低压配电室、UPS 室、电池室、柴发机房、储油间 | 约 28% |
制冷支持区 | 冷冻站、换热间、空调机房、冷却塔平台、蓄冷罐区 | 约 18% |
辅助区 | 备件库、拆包区、测试间、维修间、气瓶间 | 约 10% |
管理区 | ECC 总控中心、运维办公室、值班室、会议室、安保室 | 约 8% |
交通及公共区 | 门厅、走廊、楼梯、电梯、卫生间 | 约 6% |
3.4 主机房工艺布置
·机柜采用面对面、背对背方式排列,形成封闭冷通道与封闭热通道,冷通道宽度不小于 1.2 m,热通道不小于 1.0 m。
·用于搬运设备的通道净宽不小于 1.5 m;成行排列的机柜长度超过 6 m 时,两端均应设置出口通道。
·需要在机柜侧面进行维修测试时,机柜与机柜、机柜与墙之间的距离不小于 1.2 m。
·强电与弱电线槽分层敷设:强电走架空地板下或顶部电缆桥架,弱电上走线,强弱电桥架间距不小于 300 mm 并做屏蔽与接地处理。
·机柜布置预留 20% 扩容空间,并按 A、B 双路供电对应两列 PDU 布置。
第四章供配电系统方案
4.1 负荷分级与负荷计算
数据中心电力负荷按重要程度分为三级:一级负荷中的特别重要负荷(电子信息设备、空调末端、消防设备、应急照明、安防与监控系统),一级负荷(冷水机组、冷冻水泵、冷却塔),二级及三级负荷(一般照明、办公用电、维修用电)。
负荷类别 | 计算负荷(kW) | 供电方式 | 备注 |
IT 设备 | 6000 | 2N UPS 双路 | 含服务器、存储、网络 |
空调末端(机房精密空调) | 600 | UPS 或双路市电 + UPS 保障 | 保障连续供冷 |
冷源(冷水机组、水泵、冷却塔) | 750 | 双路市电 + 柴发保障 | 柴发启动后按序列投入 |
照明及小动力 | 120 | 双路市电 | 含应急照明 EPS |
消防及其他保障负荷 | 80 | 双路市电 + 柴发 | — |
合计(设计总负荷) | 7550 | — | 对应 PUE 1.258 |
能效口径核算:设计 PUE = 总耗电 7550 kW ÷ IT 耗电 6000 kW ≈ 1.258,取整目标 1.25 是通过自然冷源与高效设备进一步压缩冷源与配电损耗后可达成的运行值,设计取值按 1.25 控制。
4.2 高压供电方案
引入两路独立 10 kV 电源,分别来自不同上级变电站(或同一变电站不同母线段且上级电源独立),两路电源互为备用,每路均可承担全部一、二级负荷。10 kV 主接线采用分段单母线,正常运行时母联断路器断开,两路电源分列运行;当一路失电时,母联断路器自动(或经确认后手动)投入,由另一路带全部重要负荷。
10 kV 系统采用放射式向各变压器供电,配置微机综合保护装置与电能质量在线监测装置,实现故障快速切除与事件记录(SOE)。
4.3 变压器与低压配电
变压器按 2N 配置,每台变压器长期负荷率不大于 50%,单台故障或检修时另一台可带起全部重要负荷。低压侧采用分段单母线,每段母线设母联开关,A、B 两段母线分别引自不同变压器,全程物理隔离。
设备 | 配置方式 | 容量选择 | 关键要求 |
10 kV 高压柜 | 两段母线 + 母联 | 按短路容量 25 kA 选型 | 五防联锁,微机保护 |
干式变压器 | 2N(A、B 双套) | 2×2000 kVA(IT)+ 2×1600 kVA(辅助) | 负荷率≤ 50%,SCB14 及以上能效 |
低压配电柜 | 分段单母线 + 母联 | 按计算电流 1.25 倍选型 | 各级开关选择性配合 |
无功补偿 | 低压集中补偿 | 补偿后功率因数≥ 0.95 | 含谐波抑制电抗器 |
有源滤波 APF | 低压母线侧 | 按谐波实测配置 | THDi 控制在 5% 以内 |
4.4 UPS 系统与蓄电池
UPS 采用 2N 双母线架构,A、B 两套系统完全独立,每套均可承担 100% IT 负载。确定 UPS 基本容量时应留有余量,按 E ≥ 1.2 P 取值(E 为 UPS 系统基本容量,P 为电子信息设备计算负荷),推荐单机长期负载率控制在 90% 以内。UPS 主机选用高频模块化机型,模块 N+1 冗余并支持热插拔,整机效率不低于 96%(双变换模式),ECO 模式不低于 99%,输入功率因数 ≥ 0.99,输出 THD ≤ 3%。
蓄电池后备时间按满载不小于 15 分钟设计,采用阀控式铅酸蓄电池或磷酸铁锂蓄电池,配置电池监测单元(单体电压、内阻、温度)。电池室独立设置,配置防爆排风与温度控制,电池架抗震加固。
参数 | 设计取值 | 依据 / 说明 |
UPS 架构 | 2N 双母线,完全独立 | GB 50174-2017 8.1,Tier IV 等效 |
容量余量系数 | ≥ 1.2 | GB 50174-2017 8.1.7 |
单机负载率 | ≤ 90%(满载)/ 45%(半载) | 过载能力约束 |
电池后备时间 | ≥ 15 min(满载) | 覆盖柴发启动与切换 |
输入功率因数 | ≥ 0.99 | CQC 增强级指标 |
输出 THD | ≤ 3% | CQC 增强级指标 |
零地电压 | ≤ 1 V | 避免信号干扰 |
电池监测 | 单体电压 / 内阻 / 温度 | YD/T 799 相关要求 |
4.5 备用柴油发电机系统
设置独立于正常电源的备用柴油发电机组,按 N+X(X 取 1 ~ N)配置,机组输出功率按数据中心最大平均负荷选取,且具备连续和不限时运行能力——即按持续功率(COP)而非主用功率(PRP)选型,这是 A 级与 Tier IV 的共同强制要求。机组在市电中断后 10 秒内完成启动、并机并向母线供电,配置自动并机系统、自动负载投入与卸载逻辑。
柴油储存按 12 小时连续运行设计,设置园区储油罐与机房日用油箱两级储存,配备燃油液位远程监测、自动补油与油质管理;在外部供油渠道可靠(签订应急供油协议、供油响应时间明确)的前提下,可按规范调整储存时间。工程实践中,国内 A 级项目柴发功率超配比例通常处于 1.14 ~ 1.4 区间,本方案取 1.2,既满足冗余要求,也为后续机柜扩容预留容量。
参数 | 设计取值 |
机组配置 | N+X(3×1800 kW,二用一备,10 kV 并机) |
功率选型基准 | 持续功率(COP),可不限时运行 |
启动至带载时间 | ≤ 10 s(含并机) |
储油时间 | 12 h(园区储油罐 + 日用油箱) |
负载能力 | 含 IT 负载、制冷负荷、应急照明与消防负荷 |
容性负载适应 | 满足 UPS 及 IT 设备容性负载影响 |
监测 | 燃油液位远程监测、启动电池监测、自动并机 |
4.6 末端配电与机柜供电
自 UPS 输出柜经列头柜至机柜 PDU 全程双路。每个 IT 机柜配置两条独立 PDU,分别引自 A、B 两套 UPS 系统,双电源 IT 设备两路同时在线供电;单电源设备经机架式 STS(静态转换开关)接入,切换时间不大于 8 ms。末端配电设置分支电流与温度监测,实现分路计量与告警。
4.7 电能质量与防雷接地
·谐波治理:在低压母线配置有源电力滤波器,向公用电网注入的谐波电流分量符合 GB/T 14549 的规定。
·电压偏差与频率:设备端电压偏差控制在±5% 以内,频率偏差 ±0.5 Hz。
·防雷:按第二类防雷建筑物设计,设置外部防雷装置与三级 SPD 电涌保护,信号线路同步配置浪涌保护。
·接地:采用 TN-S 系统,设置联合接地体,接地电阻不大于 1 Ω;机房内设置等电位联结网格,接地采用 M 型或 SM 型混合等电位联结方式。
第五章制冷空调系统方案
5.1 冷负荷与方案选择
按 IT 负荷 6000 kW 计算,机房显热冷负荷约 6000 kW,加上建筑围护结构、新风、照明与人员负荷,设计总冷负荷约 6600 kW。冷源选型在风冷直膨、水冷冷水机组与蒸发冷却之间比选:本方案采用水冷冷水机组 + 板换自然冷却(Free Cooling)的组合方案,兼顾能效与水资源条件;在水资源受限地区,可改为风冷冷水机组 + 间接蒸发冷却的组合。
5.2 冷源配置
冷源按 2N 配置,A、B 两套系统分别设于不同防火分区的冷冻站内,各自包含冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔与板式换热器,任一套系统退出时另一套可承担全部冷负荷。每台冷水机组按 N+1 冗余配置于各套系统内部,形成“2N 系统 × 内部 N+1”的双重保障。
设备 | 配置 | 关键参数 |
离心式冷水机组 | 2N 布置,每套 3 台(2 用 1 备) | COP ≥ 6.0,变频,10 kV 供电 |
板式换热器 | 每套 1 台,与冷机并联 | 自然冷却切换点 12 ℃(湿球) |
冷冻水泵 | 2N,每套 N+1 | 变频,末端定压差控制 |
冷却水泵 | 2N,每套 N+1 | 变频,与冷机联动 |
闭式 / 开式冷却塔 | 2N,每套 N+1 | 低漂水率,变频风机 |
蓄冷罐 | 与冷冻水系统并联 | 蓄冷时间≥ 15 min 连续供冷 |
机房精密空调 | 列间空调,冷通道封闭 | N+1,EC 风机,变频 |
5.3 连续制冷与蓄冷
A 级数据中心采用冷冻水系统时宜设置蓄冷设施,蓄冷时间应满足电子信息设备的运行要求。本方案设置闭式蓄冷罐,容积按 15 分钟连续供冷设计,在冷机重启、切换或市电倒切的过渡期间维持供冷不中断。同时,控制系统、末端冷冻水泵与空调末端风机由 UPS 供电,确保断电瞬间空调末端不停止送风。
5.4 气流组织与管路
·采用下送风、封闭冷通道的气流组织方式,冷通道封闭并配置透明顶盖与自动平移门,热通道回风直接回到空调回风侧,避免冷热气流掺混。
·精密空调温度控制精度±0.5 ℃,湿度控制精度 ±2%;冷通道送风温度按 24 ± 1 ℃ 设定,相对湿度 50% ± 5%。
·冷冻水供回水管路采用双供双回(或环形管网)方式,A、B 两路管路物理分离敷设,不共用管井与支架。
·机房保持正压,主机房与室外静压差不小于 5 Pa,与其他房间静压差不小于 5 Pa,防止未经过滤空气渗入。
·设置漏水检测绳(点式 + 定位式),沿空调、水管路与机柜底部敷设,报警联动关闭对应区域阀门。
5.5 高密度区液冷预留
高密度区按冷板式液冷预留条件设计:一次侧冷冻水(供水温度可按 32 ~ 36 ℃ 提高,显著提升自然冷却小时数)接至液冷 CDU,二次侧去离子水或乙二醇溶液进入机柜冷板。风液混合模式下,液冷承担 70% ~ 80% 的 IT 散热,风冷承担剩余部分。土建阶段预留液冷管道路由、CDU 安装位与地面防水,一期可按风冷运行,二期按需切换。
5.6 温湿度与洁净度参数
参数 | 运行范围 | 设计控制值 |
冷通道送风温度 | 18 ~ 27 ℃ | 24 ± 1 ℃ |
回风温度 | — | 35 ~ 38 ℃ |
相对湿度(露点控制) | 40% ~ 60% RH | 50% ± 5% RH |
露点温度 | 5.5 ~ 15 ℃,且低于机房露点上限 | ≤ 15 ℃ |
温度变化率 | < 5 ℃/h | ≤ 2 ℃/h |
空气洁净度 | ≥ 0.5 μm 粒子浓度符合 ISO 8 级 | 配置 G4+F8 两级过滤 |
主机房正压 | ≥ 5 Pa | 10 Pa |
噪声(主机房) | ≤ 65 dB(A) | ≤ 65 dB(A) |
第六章网络与综合布线方案
6.1 网络架构
网络采用核心层—汇聚层—接入层三层架构,核心层设备双机热备并分置于不同物理机房,上联链路双归属。关键业务区域配置硬件防火墙、入侵检测与网闸,东西向流量通过微分区策略控制。数据传输采用加密传输,系统日志留存不少于 180 天,每年至少开展 2 次渗透测试。
6.2 综合布线
布线系统按 ANSI/TIA-942 Rated 4 的容错级要求设计:主干与水平子系统均采用完全冗余的物理路由,两条路由在进入建筑后分别进入不同的电信间(Meet-Me Room),并通过地理分离的运营商引入路径进入园区。
·主干子系统:OM4 多模光纤 + OS2 单模光纤双路由,铜缆主干按需求配置;主干线缆沿两条分离的桥架敷设。
·水平子系统:采用预端接光缆与铜缆,支持 25G/100G 平滑升级;机柜内配置双路 PDU 与双上联。
·电信间:设置两处物理分离的进线间与电信间,分别服务 A、B 路由。
·标识与管理:全链路电子标签与智能配线架管理,实现链路自动发现与变更审计。
6.3 运营商与外线引入
引入不少于三家基础电信运营商,光缆从园区两个不同方向的市政管孔进入,进入建筑后分别敷设至两处进线间,形成真正的路由多样化。外线引入通道与园区内其他管线保持隔离并做好防水封堵。
第七章消防系统方案
7.1 建筑防火与防火分区
建筑耐火等级一级,主机房、UPS 室、电池室、柴发机房、储油间等房间之间采用防火墙与甲级防火门分隔,电缆井、管道井每层楼板处做防火封堵,管线穿越防火分区处采用防火封堵材料封堵。主机房按微模块设置防火隔离单元,单元之间采用不燃材料分隔,形成故障与火灾的隔离边界。
7.2 灭火系统
A 级数据中心的主机房宜设置气体灭火系统,也可设置细水雾灭火系统;当电子信息系统在其他数据中心内安装有承担相同功能的备份系统时,也可设置自动喷水灭火系统。本方案主机房、UPS 室、电池室、网络核心机房采用 IG-541(烟烙尽)惰性气体灭火系统(环保、无残留、对人相对安全),变配电室可采用七氟丙烷,柴发机房与储油间采用泡沫喷雾或细水雾,办公与管理区按规范设置自动喷水灭火系统。
区域 | 灭火方式 | 设计浓度 / 参数 |
主机房(微模块) | IG-541 惰性气体 | 设计浓度 37.5% ~ 42.8%,喷放 ≤ 60 s |
UPS 室 / 电池室 | IG-541 或七氟丙烷 | 七氟丙烷设计浓度 8%,喷放 ≤ 10 s |
网络核心机房 | IG-541 | 同上,独立防护区 |
变配电室 | 七氟丙烷 | 设计浓度 8%~9% |
柴发机房 / 储油间 | 泡沫喷雾或细水雾 | 按规范设计喷雾强度 |
办公与管理区 | 自动喷水灭火系统 | 中危险级 I 级 |
7.3 火灾自动报警与极早期探测
·采用吸气式极早期烟雾探测(VESDA)作为主机房的第一级探测,灵敏度等级不低于 B 级,采样管网布置于冷通道、热通道与机柜内部。
·配置点型感烟 / 感温探测器作为第二级探测,与极早期探测形成双重确认逻辑,降低误喷风险。
·火灾自动报警系统与气体灭火、防火阀、排烟风机、门禁、ECC 联动,报警信号同步上传 DCIM 平台。
·设置声光警报与疏散指示,气体灭火防护区在喷放前有 30 s 延时并触发声光警报,确保人员撤离。
7.4 消防联动与 EPO 策略
紧急断电(EPO)按钮的设置有明确的策略边界:在主机房内不设置可被人误触的 EPO 按钮,仅在出口与 ECC 设置带保护罩的紧急停机装置,避免误操作导致业务中断。消防联动的动作序列设计为:极早期报警 → 确认并声光警报 → 延时 → 切断对应防火单元非关键电源 → 气体喷放 → 消防后排烟与恢复流程,全过程在 ECC 有可视化确认与人工干预窗口。
第八章智能化监控与运维管理
8.1 DCIM 与动环监控系统
建设 DCIM(数据中心基础设施管理)平台,集成动力、环境、安防、IT 资产与能效数据,实现“监、控、管、优”一体化。动力环境监控覆盖从高压进线到机柜 PDU 的每一个关键节点,采集密度可按需求自定义,最高可精确到秒级。
监控对象 | 监测点位 / 参数 | 告警与联动 |
高压 / 低压系统 | 电压、电流、功率、开关状态、保护动作 | 越限告警,事件顺序记录 |
UPS 系统 | 输入输出电压电流、电池电压 / 内阻 / 温度、负载率 | 电池劣化趋势告警,切换事件推送 |
柴油发电机 | 运行状态、燃油液位、启动电池电压、水温油压 | 低液位告警,自动补油联动 |
蓄电池 | 单体电压、内阻、温度 | 内阻超阈值预警,定位到节 |
制冷系统 | 冷冻水供回水温度、流量、冷机负荷率、冷却塔状态 | 能效偏离告警,故障切换联动 |
机房环境 | 冷 / 热通道温湿度、露点、压差、漏水 | 热点告警,漏水定位 |
机柜级 | PDU 分路电流、功率、机柜进出风温度 | 三相不平衡与过载告警 |
能效管理 | 分项计量:IT、制冷、配电、照明 | 实时 PUE 计算与趋势分析 |
8.2 楼宇自控(BA)
BA 系统负责冷源群控、水泵变频、冷却塔风机、新风与照明的自动调节,并与 DCIM 联动实现“按需制冷”:根据机柜进风温度与 IT 负载动态调整冷冻水供水温度与水泵频率,避免过冷与能源浪费。控制策略需具备故障安全模式(Fail-Safe),在控制系统失效时设备自动进入保障运行的默认状态。
8.3 物理安全与安防
·出入口设置三道互锁安全门(防尾随),主机房区采用生物识别 + 刷卡的双因素认证。
·部署视频监控(无盲区覆盖、不少于 90 天存储)、红外幕帘、振动传感与入侵报警。
·访客全流程陪同与登记,设备进出采用资产出门条与安检流程。
·安保 7×24 值班,与公安及消防联动。
8.4 运维体系与制度建设
按 GB/T 51313 与《数据中心设施运维管理指南》建设 3P 文件体系(MOP 维护流程、SOP 标准作业流程、EOP 应急预案),关键要点如下:
·人员与组织:7×24 值班,持证上岗(电工证、制冷证、消防证),双人复核制度。
·维护策略:以预防性维护为主、预测性维护为辅,关键设备按厂家周期与实测状态双维度排程。
·演练机制:每年至少组织 2 次综合应急演练(市电全停、冷源失效、火灾疏散、网络中断),演练记录与复盘报告留档。
·变更管理:任何影响关键负载的操作须走变更申请、风险评估、审批、回退方案四步流程。
·备件与文档:关键备件现场备置,图纸、单线图、设备台账与运维手册实现版本受控管理。
第九章绿色节能方案
9.1 能效目标与测算
设计全年加权 PUE ≤ 1.25。按 IT 负荷 6000 kW 测算,全年 IT 耗电约 5256 万 kWh(6000 kW × 8760 h),全站耗电约 6570 万 kWh,其中制冷与配电损耗约 1314 万 kWh。以工商业电价 0.60 元/kWh 估算,年电费约 3942 万元。该测算为满载工况下的上限值,实际运行随上架率提升而逐步逼近。
分项 | 功率(kW) | 占全站比例 | 年耗电(万 kWh) |
IT 设备 | 6000 | 79.5% | 5256 |
制冷系统 | 1050 | 13.9% | 920 |
供配电损耗 | 380 | 5.0% | 333 |
照明及其他 | 120 | 1.6% | 105 |
全站合计 | 7550 | 100% | 6614 |
注:分项年耗电按 8760 h 满载折算,合计 6614 万 kWh 与 PUE 1.258 口径下的 6570 万 kWh 的差异来自分项取整,工程核算以分项计量实测为准。
9.2 主要节能技术措施
·自然冷却:配置板式换热器,湿球温度低于切换点时冷机停机,全年自然冷却可利用小时数目标 3500 ~ 4000 h(视选址气候条件)。
·提高冷冻水供水温度:冷冻水供温由常规 7 ℃ 提升至 12 ~ 15 ℃,制冷季延长、冷机 COP 提升;液冷区一次侧供温可提升至 32 ~ 36 ℃。
·封闭冷通道 + 列间空调:缩短送风距离、消除冷热掺混,末端风机能耗显著下降。
·高效设备:SCB14 及以上能效干式变压器、效率 ≥ 96% 的高频模块化 UPS、一级能效冷水机组、EC 风机。
·智能调优:基于 AI 的冷源群控与 PUE 实时优化,据实测可实现 5% ~ 30% 的节能幅度。
·节水:冷却塔浓缩倍数控制在 4 ~ 6,排污水回收用于绿化与冲洗,采用低漂水率填料。
9.3 可再生能源与余热利用
·绿电:通过电力交易市场购买绿电、购买绿证或自建分布式光伏提升可再生能源利用率,目标不低于所在省份可再生能源电力消纳责任权重,力争达到 50% 以上。
·储能:配置储能系统参与需求响应与峰谷套利,提升用电负荷调节匹配能力。
·余热回收:冷冻水冷凝侧加装换热器回收热量,用于办公区采暖、生活热水或为周边产业园区供热,北方采暖地区新建大型数据中心建议同步规划。
·绿色认证:按 GB/T 44989-2024 对标创建,条件具备时申报国家绿色数据中心。
第十章实施进度计划
10.1 总体进度安排
项目总工期按 24 个月组织,分为六个阶段,各阶段之间设置明确的里程碑与交付物。
阶段 | 时间(月序) | 主要工作内容 | 里程碑交付物 |
一、立项与选址 | 第 1 ~ 3 月 | 需求确认、选址比选、能评环评、立项审批 | 可研报告、选址报告、立项批复 |
二、设计 | 第 4 ~ 6 月 | 方案设计、初步设计、施工图设计、图纸审查 | 施工图、工程量清单、设计交底 |
三、土建施工 | 第 7 ~ 12 月 | 基础与主体结构、围护、机电预埋、防雷接地 | 主体结构验收 |
四、机电安装 | 第 13 ~ 20 月 | 变配电、UPS、柴发、冷源、末端空调、消防、弱电安装 | 单机调试完成 |
五、调试验收 | 第 21 ~ 22 月 | 系统联调、假负载满载测试、切换演练、第三方检测 | 满载测试报告、竣工验收 |
六、试运行与交付 | 第 23 ~ 24 月 | 3 个月试运行、认证申请、文档移交、运维交接 | 认证证书、运维手册、竣工图 |
10.2 关键路径与前置条件
·关键路径:土建主体结构→ 变配电室交付机电 → 高压送电 → 冷源调试 → 假负载满载测试 → 认证。
·前置条件一:市政两路 10 kV 电源的接入批复与外线工程须在机电安装前完成,是工期最大外部风险点。
·前置条件二:柴发机组、UPS、冷水机组等长周期设备的采购周期通常为 5 ~ 8 个月,须在土建阶段完成招标定标。
·前置条件三:运营商光缆引入与管孔资源须在设计阶段锁定路由。
第十一章投资估算
11.1 估算范围与口径
本估算为工程技术方案配套的示意性投资估算,范围为基础设施(建筑土建、机电系统、室外工程与工程建设其他费用),不含土地费用、IT 设备采购、运营期电费与人力成本。价格水平参照国内中型 A 级数据中心项目的经验区间,实际投资须在初步设计完成后按当地询价与设备选型重新测算。
11.2 投资构成
序号 | 工程或费用名称 | 金额(万元) | 占比 |
1 | 建筑工程(土建、装饰、场地) | 4500 | 13.4% |
2 | 供配电系统(高压、变压器、UPS、柴发、配电、电池) | 13500 | 40.2% |
3 | 暖通空调系统(冷源、末端、管路、蓄冷) | 8500 | 25.3% |
4 | 消防系统 | 1500 | 4.5% |
5 | 弱电智能化(布线、DCIM、动环、安防) | 3500 | 10.4% |
6 | 给排水、电气照明及室外工程 | 1000 | 3.0% |
7 | 工程建设其他费用(设计、监理、咨询、检测、认证) | 1100 | 3.3% |
小计 | 33600 | 100% | |
8 | 预备费(5%) | 1680 | — |
合计 | 35280 | — |
单位造价核算:35280 万元 ÷ 1200 架 ≈ 29.4 万元/架;按 IT 容量折算约 5.88 万元/kW,处于国内 A 级(等效 Tier IV)数据中心经验区间内。
11.3 运营成本测算(参考)
项目 | 测算口径 | 年成本(万元) |
电费 | 6614 万 kWh × 0.60 元/kWh(满载) | 3968 |
水费 | 冷却塔补水约 12 万 m³ × 5 元/m³ | 60 |
运维人力 | 30 人 × 25 万元/年·人 | 750 |
维保与检测 | 设备维保、消防检测、防雷检测、演练 | 450 |
备件与耗材 | 按设备投资 0.5% 计提 | 150 |
网络与专线 | 按实际需求 | 另计 |
合计(不含网络) | — | 5378 |
注:电费按满载工况测算,实际运行随上架率提升呈阶梯上升;运营期须将 PUE 实测值作为能效考核指标纳入运维 KPI,PUE 每降低 0.01,按本规模年节约电费约 42 万元。
第十二章测试验证与验收
12.1 测试验证体系
A 级数据中心的可靠性不能靠设计文件自证,必须通过完整的测试验证体系予以确认。本方案将测试分为四级,逐级递进:
级别 | 测试名称 | 主要内容 | 通过判据 |
L1 | 单机调试 | 设备通电、参数设置、就地与远程控制 | 设备功能正常,参数符合设计 |
L2 | 系统联调 | 供配电、制冷、消防、监控各子系统联动 | 联动逻辑正确,切换时间达标 |
L3 | 假负载满载测试 | 以假负载模拟 IT 满载,连续运行 72 h | 温场达标,切换无中断,PUE 达标 |
L4 | 故障模拟测试 | 市电全停、冷机失效、单点故障注入、消防联动 | 任一单点故障不影响 IT 运行 |
12.2 关键测试项与判据
测试项 | 测试方法 | 通过判据 |
双电源切换测试 | 模拟市电中断,实测备用电源投入时间 | 切换≤ 0.5 s,电压波动 ≤ 额定电压 5% |
柴发启动带载 | 市电失电后自动启动并带全部负载 | ≤ 10 s 完成启动并机,持续运行 ≥ 12 h |
UPS 电池放电 | 断开市电与柴发,电池单独带载 | 满载放电≥ 15 min,无异常单体 |
单系统故障注入 | 分别停运 A 路或 B 路 UPS、冷机、水泵 | IT 负载无中断,温升在允许范围 |
连续供冷测试 | 冷机全停,蓄冷罐单独供冷 | ≥ 15 min 内送风温度不超过 27 ℃ |
满载温场测试 | 假负载满载,网格化布点测温 | 无热点,冷通道温度在设计范围 |
PUE 实测 | 分项计量,连续 7 天测量 | 加权 PUE ≤ 1.25 |
漏水与消防联动 | 模拟漏水与报警 | 定位准确,联动动作正确 |
12.3 验收与认证
·竣工验收:按 GB 50462《数据中心基础设施施工及验收规范》组织,完成竣工图、调试记录、测试报告与设备资料的移交。
·等级确认:由具备资质的第三方检测机构依据 GB 50174-2017 出具 A 级机房检测报告。
·自愿性认证:可同步申请 CQC 数据中心场地增强级认证、Uptime Tier IV 设计认证(TCDS)与运维管理认证(M&O),以及国家绿色数据中心评价。
·合规备案:完成消防验收、防雷检测、电能质量测试与网络安全等级保护测评。
第十三章风险分析与应对措施
风险类别 | 风险描述 | 影响 | 应对措施 |
外部电源 | 两路市政电源审批或外线工程滞后 | 工期延误,无法送电调试 | 提前 6 个月启动电源申请;设计阶段保留临时电源方案 |
能效合规 | PUE 实测不达标,无法通过能评或绿色评价 | 整改成本与政策风险 | 设计阶段做全年逐时能耗模拟;预留自然冷却余量 |
投资超支 | 长周期设备价格上涨或选型变更 | 投资失控 | 关键设备提前招标锁价;预备费按 5% 计提 |
容量错配 | 上架率不足导致 PUE 劣化与单位成本上升 | 运营经济性差 | 分期建设,按模块交付;先建模块满负荷运行后再扩容 |
单点故障遗漏 | 隐性共因故障未被识别(共槽、共井、共控制) | 容错能力失效 | 开展 FMEA 与共因分析,绘制单线图与路由图交叉审查 |
人为误操作 | 运维操作导致的中断占相当比例 | 业务中断 | 3P 文件 + 双人复核 + 变更管理 + 定期演练;关键操作仿真培训 |
施工与调试 | 多专业交叉施工导致成品破坏或返工 | 工期与质量风险 | BIM 深化设计与管线综合,样板段先行,成品保护制度 |
水源与气候 | 缺水地区蒸发冷却受限或极端高温 | 制冷能力不足 | 冷源方案做多工况校核,配置补水与应急水源 |
13.1 结语
A 级数据中心的建设本质上是一次在“可靠性、能效、成本”三角约束下的系统权衡。本方案以 GB 50174-2017 为技术底线,以 Uptime Tier IV 的容错理念为架构参照,以 GB 40879-2021 与绿色数据中心政策为能效约束,构建了一套可落地、可验证、可认证的工程方案。在实际执行中,建议结合选址条件与业务容量对规模参数、冷源形式与投资估算进行专项复核,并在设计阶段尽早引入第三方检测与认证机构参与图纸审查,以避免建成后再整改的高成本返工。
附录主要标准规范清单
编号 | 名称 | 用途 |
GB 50174-2017 | 数据中心设计规范 | 分级、性能、选址、各专业设计要求 |
GB 50462-2015 | 数据中心基础设施施工及验收规范 | 施工与竣工验收 |
GB 40879-2021 | 数据中心能效限定值及能效等级 | PUE 强制性准入 |
GB/T 44989-2024 | 绿色数据中心评价 | 绿色等级评价 |
GB/T 14549 | 电能质量公用电网谐波 | 谐波限值 |
GB 50016-2014(2018 版) | 建筑设计防火规范 | 防火分区与疏散 |
GB 50370-2005 | 气体灭火系统设计规范 | 气体灭火设计 |
GB 50052-2009 | 供配电系统设计规范 | 负荷分级与供电 |
GB 51348-2019 | 民用建筑电气设计标准 | 电气设计 |
GB 50057-2010 | 建筑物防雷设计规范 | 防雷分类与措施 |
GB 50011-2010(2016 版) | 建筑抗震设计规范 | 抗震设防 |
GB 50736-2012 | 民用建筑供暖通风与空气调节设计规范 | 暖通设计 |
GB 8702-2014 | 电磁环境控制限值 | 电磁环境 |
GB/T 51313 | 数据中心基础设施运行维护标准 | 运维体系 |
ANSI/TIA-942 | 数据中心电信基础设施标准 | 布线 Rated 4 要求 |
YD/T 799 | 通信用阀控式密封铅酸蓄电池 | 蓄电池技术要求 |
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