随着大数据的发展,数据中心的建设越来越广泛。数据中心正在由企业自用型向混合型转变,并引入外包服务等商业运作模式,以提高经营效益。其生产中心在向建设两个以上远程的数据中心,可用于生产中心、灾备中心互换的方式发展;其运维中心在从与生产中心同地工作的传统方式向异地集中建设大运维中心的方式转换,向着集中建设、集中管理的方向发展。标准方面,国内有《电子信息系统机房设计规范》(GB 50174-2008)等,国外有美国The Uptime Institute机构于2005年发布的Tier数据中心等级标准等。国内规范将数据中心分为A、B、C 3个等级,其中A级为数据中心最高级别;Tier标准将数据中心分为TierⅠ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ4个等级,其中TierⅣ为数据中心最高级别,相当于国内标准的A级,同时在某些方面要求更高,全世界上能获得此标准的数据中心仅有十几家。

　　 苏州国科数据中心是为数不多的符合TierⅣ标准的数据中心。项目位于苏州工业园区独墅湖高教区,为园区重要的公共技术服务平台。总面积57 387.51m²,其中:地上4层,地下2层,建筑总高度23.65m,抗震为重点设防7度,耐火等级为一级。机房分对称的两期建设,一二期从土建上完全分隔,同时各自采用完全独立的设备设施系统,目前一期已投入使用,二期正在施工。

　　 该项目生活供水系统采用市政直供与变频加压相结合的方式,同时采用分质供水,生活用水采用普通自来水,空调及冷却塔补水采用软化水。消防措施设置了室外消火栓、室内消火栓、自动喷水灭火系统、水喷雾系统、IG541气体灭火系统、灭火器。排水主要为生活污废水排放、屋面雨水排放、空调凝结水排放、二次消防水排放。冷却水系统设置了空调循环冷却水系统、柴油发电机循环冷却水系统。

　　 对于给排水专业方面,国内A等级数据中心与TierⅣ标准主要特点见表1。

　　 空调循环冷却水系统是数据中心设计中非常关键的环节,该系统的成功与否直接关系到改数据中心能否正常运行。本工程空调循环冷却水系统根据等级要求,采用2 N模式,即百分之百冗余;冷却形式为水冷冷却塔。由于数据中心常年24h不间断运行,同时考虑节约工程初期投资,冷却塔设计采用开式冷却塔系统,冬季和过度季节可以充分利用自然冷却降温,达到节能目的;冬季和过度季节运行时冷却塔采用交替运行方式,同时每台冷却塔配备电伴热,防止冬季局部区域结冻,影响冷却塔的正常运行。开式系统的缺点是补水量大,循环管路水质需要处理达标,以免锈蚀、堵塞管道和设备。

　　 根据数据中心的等级不同,重要区域的用电和空调的保证度不同,对应的循环冷却水系统要求也是各不相同,以下介绍两种笔者在项目中用过的空调循环冷却水系统。

　　 (1)水冷冷却塔+集中冷站的双冷源系统。水冷冷却塔作为A路冷却水源(见图1),B路采用附近的集中冷站的供冷系统(见图2)。同样可以满足TierⅢ级标准数据中心(相当于国内B级)的冗余设置标准,又可以充分利用地域集中冷站的优势,节约造价。

　　 (2)干湿两用冷却系统。采用屋面冷却塔+风冷冷水主机(见图3),该系统设备数量少,系统结构简单;同时由于采用闭式冷却塔,水质容易控制。系统控制方式采用冷冻系统控制,采用电动阀门切换,系统冗余同时由各系统内机组间设置分隔检修阀门达成。闭式冷却塔仅在过渡季节或者冬季可以进行自然冷却时启动,且控制逻辑简单。虽然风冷冷水系统较水冷冷水在节能方面差一点,但是综合考虑到对室内场地占用及对应投资、特别是楼层布局的影响等,本工程选用风冷冷冻水系统也是具有一定适用性的。

　　 本项目柴油发电机组冷却系统采用水冷冷却系统,冷却塔与柴油发电机一一对应模式,共用循环水供回水母管,其中柴油发电机组根据供电电源的TierⅣ(相当于国标A级标准)安全需求等级,采用了相同的A、B两路电源,冷却系统随之分为独立的两套系统(见图4)。该系统冷却塔为间歇式运行,除柴油发电机组应急使用外,其余运行为周期性的测试运行,以检视冷却系统是否运行正常,发现问题可及时维护,保证冷却系统的安全可靠运行。该系统冷却塔采用闭式冷却塔,管道内充装防冻液,同时冷却塔集水盘设置电伴热加热系统,保证冬季时冷却塔不会因为冻结而影响运行。

　　 另外,柴油发电机组循环冷却水系统根据等级要求,以及造价的考虑而各有不同,以下是笔者根据TierⅢ标准选用的另外一种循环冷却水的冗余方式,即2 N与N+1的结合运用(见图5)。也就是说,根据设备重要性及设备本身特点设置备用情况,而非机械地全部按2 N冗余设置。其主要特点如下:考虑冷却塔故障发生的特点,将冷却塔冗余设置调整为N+1,而管路设置仍按N+N冗余;母管上各冷却塔、柴油发电机组接管之间均设置检修阀门,母管采用双路模式,此方案冷却塔根据柴油发电机组的冗余情况,一一对应,设置N+1冗余,可以充分节约造价,同时有管路的双路设置,在一处冷却塔检修时,不影响其余冷却塔的正常同时供水。

　　 本项目所有主机房、变配电、不间断电源系统和电池室等电气室,采用组合分配式IG541气体灭火系统,一期共设置4套气体灭火系统,钢瓶间分部在不同的楼层,共22个保护单元。

　　 气体灭火系统分有管网和无管网2种形式,灭火介质常见的用于大空间的有IG541和FM200两种,各有特点。

　　 IG541惰性气体一般采用有管网形式,最多保护单元为8个。IG541药剂使用安全,对设备无损伤,后期新增房间可连接至预留好的选择阀,不用做任何调整,不影响原有机房的使用;缺点是占用机房面积稍大。

　　 FM200适合短距离供气灭火系统,可采用有管网和无管网两种形式,其中无管网一般用于体积较小的电气房间灭火。有管网形式最大保护单元数为8个,后期新增房间可连接至预留好的选择阀,不用做任何调整,不影响原有机房的使用。FM200药剂缺点是含氟卤代烷灭火剂在火场高温下容易产生腐蚀性强的氢氟酸,对精密仪器有强烈的酸蚀作用;近年来,药剂更贵,更换成本也比IG541高。

　　 故数据机房不建议采用FM200气体灭火系统。IG541有管网形式更加安全环保,在后期预留的房间或者布局调整时,只要不大于最大保护单元数,只需要调整管网末端以及钢瓶间均内部微调,可以充分满足数据中心分期建设,以及根据市场使用调整布局方式的灵活性。

　　 近年来,高压细水雾系统市场越来越成熟,运用越来越广泛,在很多场合实现了气体灭火系统的替代。根据《细水雾灭火系统技术规范》(GB 50898-2013),高压细水雾可用于配电室、电子信息系统机房、文物库、档案库房、柴油发电机房等场所;同时《电子信息系统机房设计规范》中,B、C级电子信息机房也允许使用高压细水雾系统,仅有A级电子信息机房暂未被允许使用。国外所有等级的数据中心均允许采用高压细水雾灭火系统,由于系统以水为灭火介质,其在实现高效灭火的同时,对人体完全无影响,能更好地保障现场人员的人身安全,当然,系统灭火结束后,仍有少量水渍存在。

　　 本工程柴油发电机房采用水喷雾灭火系统,共14台柴油发电机组,水喷雾喷头布置在发电机组的周围,系统采用一一对应,共设置了14个雨淋阀。水喷雾设置自动控制、手动控制和应急操作3种控制方式。本项目自动控制采用温感与缆式线型定位火灾探测器,同时位于柴油发电机房的门口设置应急操作控制盘,每台发电机组与雨淋阀编号一一对应,手动操作设置于消防控制中心,保证灭火的准确性、时效性。柴油发电机组立体包围式水喷雾具体做法详见图6。

　　 水喷雾和高压细水雾系统均适用于柴油发电机房。一般在喷淋系统压力与水喷雾系统压力相差不大时,建议采用水喷雾灭火方式,节约投资;在数据机房已采用高压细水雾系统的前提下,可直接共用细水雾灭火机房,系统可考虑直接覆盖柴油发电机房。

　　 由于本项目设计时间较早,高压细水雾尚未大面积推广使用,故本项目设计时采用水喷雾灭火系统。

　　 数据中心的功能分化很多,设计标准变化也很大,同一工程的不同区域可能采用的设置标准也不同,比如,二层采用国标A级标准,三层采用国标B级标准。针对不同的供电保证需求,对应不同的空调形式,也就决定了采用不同的冷源形式;柴油发电机组的冷却形式也需要根据工程特点,相应做出对比和选择。冷源形式需要针对不同的工程,从数据中心等级要求、平面布局、工程成本等各方面综合选定。一般需考虑如下内容:平面布局中设置冷冻、冷却机房,集中冷却供回水管井,业主开发意图和成本控制等等。

　　 从安全、环保和灵活性等角度考虑,IG451灭火系统比FM200更适合用于数据中心的机房内部灭火灭。水喷雾和高压细水雾系统均适用于柴油发电机房。