随着经济与科技的高速发展, 人类社会在19世纪末进入信息时代。因特网的出现使得信息采集、传播的速度和规模达到空前水平, 随之而来是数据的急速发展, 其中包括海量的数据规模、多样的数据类型、快速的数据流转和动态的数据体系以及巨大的数据价值。这些数据的计算和存储需要全新的承载平台, 大型和超级数据中心在这种环境中应运而生。

　　 大型数据中心承载着的是企业甚至是国家重要信息的存储和计算, 其重要性、安全性和稳定性不言而喻, 故各种配套设施的设计和建设也有着其严格的要求。笔者结合近些年来负责和参与过的大型数据中心的设计, 总结其给排水及消防系统的设计要点和体会。

　　 鉴于数据中心机房建筑的重要性和特殊性, 我国工业和信息化部专门针对这类建筑编制了相应的规范。最主要的2本规范分别是《数据中心设计规范》 (GB 50174-2017, 以下简称“数规”) 和《数据中心基础设施施工及验收规范》 (GB 50462-2015) , 如果机房使用方为境外企业, 常常还需要参考境外的标准, 如美国标准《数据中心电信基础设备标准》 (TIA-942) 。

　　 “数规”中对数据中心的定义为:集中放置的电子信息设备提供运行环境的场所, 可以是一栋建筑或建筑物的一部分, 包括主机房、辅助区、支持区和行政管理区等。其中主机房为主要用于数据处理设备安装和运行的建筑空间, 包括服务器机房、网络机房、存储机房等功能区域。

　　 “数规”中对数据中心进行了A、B、C 3个等级的分类, 并且针对各个等级机房都制定了相应的全专业的技术要求。其中A级机房重要性最高, 其运行中断将造成重大的经济损失或将造成公共场所秩序严重混乱。

　　 对于数据机房来说, 供水管道总的敷设原则是与机房无关的管道不得进入机房区域且有水管道尽量远离机房区域;可能结露的管道应做好防结露保温。

　　 一般来说, 数据机房楼 (或区域) 内有如下几类供水管道。

　　 (1) 生活给水管道。大型数据机房基本都是无人值守的, 通常仅在首层入口处有少量的值班人员, 并配套小型卫生间, 故普通生活给水管道不必进入数据机房核心区域。

　　 (2) 循环冷却水供回水管道及循环冷却水补水管道。这是采用水冷方式制冷的数据机房不可缺少的管道, 但这两种管道与数据机房核心区没有直接联系, 故通常建议敷设在核心区外围或者是敷设于专用的管道井内。

　　 (3) 消防管道。见后文消防部分篇幅。

　　 (4) 机房专用空调加湿管道。机房专用空调间需要紧靠数据机房设置, 且其与数据机房之间无法完全封闭, 这使得空调加湿管道不得不进入数据机房核心区。为了降低这类管道的漏水对数据机房造成影响, 需要尽最大可能减少这类管道进入机房区域的长度。推荐的做法为将供水横干管敷设于底层设备层或者最上层屋面, 在各层加湿器的附近安装供水立管, 各层就近接至加湿器, 并安装检修阀门。

　　 对于舒适性空调来讲, 规范要求采用的是历年平均不保证50h湿球温度作为空调设计湿球温度, 但这显然不能满足数据机房这类对安全性有着更高标准的建筑要求。笔者经过查阅文献和深入分析, 建议采用历年平均最高湿球温度作为设计参数, 这样可以大大提高数据机房制冷的安全性。另外一个重要问题是, 这一参数没有现成的数据资料可供查询, 需要设计者根据数据机房所在的地理位置收集当地的历年气象资料, 通过计算得出。笔者在2012年参与北京某大型数据机房设计时, 曾委托本院科研小组向北京市气象局采购了2002~2012年全部相关的气象资料, 通过数值分析计算出北京地区历年平均最高湿球温度为30.8℃, 同时该项目美国机房顾问给出的湿球温度设计参数为31℃, 这两个参数基本上吻合, 说明采用历年平均最高湿球温度作为数据机房类建筑的设计参数是合理可行的。

　　 对于舒适性空调来讲, 冷却塔的选型只需要考虑夏季工况。但是数据机房是全年运行, 需要考虑全年工况。尤其对于数据机房这类耗能巨大的建筑, 为了节约能源, 在冬季或者是过渡季往往需要通过冷却塔直接供冷。那么就必须对冷却塔的冬季或者过渡季工况进行复核。

　　 冷却塔的冷却原理是蒸发作用和热传导作用, 其中蒸发作用占主导。对于热传导作用, 冬季比夏季环境条件更为有利, 但是对于蒸发作用, 冬季环境条件是没有夏季有利的, 因此相同制冷量的前提下冷却塔按冬季工况选型比按夏季工况选型需要更多的填料, 所以设备体型和占地更大。这点不能忽略, 否则仅仅按夏季工况选塔, 将不能满足冬季或者过渡季自然冷却。这种情况越是在冬、夏两季温差大的地区越是明显, 在北方寒冷地区, 冬季工况大于夏季工况选型的比例大约在50%, 具体的比例还应根据不同地区的冬夏季气候条件具体计算。同时, 寒冷地区及严寒地区还要充分考虑冷却塔冬季运行的防冻问题。

　　 “数规”中对A级机房的循环冷却水的存水量有明确的要求, A级机房的蓄水池需至少存储12h的用水。这个数值是规范的最低要求, 但考虑到投资和占地, 储水量并不是越大越好。笔者建议对于重要的A级或B级机房, 应结合业主的需求、当地的市政供水条件 (如保证率及事故率以及事故处理效率等) 、事故时临时调水机制 (如供水车等) 等多种因素综合确定, 在保证数据机房用水安全的同时, 合理控制储水量, 最终选择的储水时间应有理有据。

　　 首先, 数据机房类建筑的屋面及室外雨水设计重现期要足够大, 建议重要的数据机房屋面的排水与溢流系统叠加的总排水能力不小于设计重现期100年的降雨量, 室外也需按100年设计重现期考虑防洪。其次, 数据机房内有大量的机柜和电气设备, 区域内上空严禁敷设排水管道, 故数据机房楼要求采用外排雨水的形式, 雨水有组织排入室外排水沟或排水管道。对于跨度比较大的屋面, 可利用结构找坡的方式, 以减少建筑找坡面层过厚带来的荷载过大问题。

　　 一般来说, 数据机房楼 (或区域) 内有如下几类排水管道:

　　 (1) 生活污水排水。主要来自卫生间, 就近排至室外污水系统。

　　 (2) 一般机房废水排水。主要来自各种设备机房, 如冷冻机房、供水泵房、消防水泵房等。这类废水按通常做法就近排出室外。

　　 (3) 机房专用空调间废水排水。主要来自专用空调冷凝水和加湿器的排污水, 需要在加湿器和专用空调附近设置密闭地漏或有自闭功能的地漏, 专用空调区域与数据机柜区域应采用地面挡水坝进行分隔, 防止专用空调间废水进入到数据机柜区域。本区域本文称之为第一区域。

　　 (4) 事故排水。主要来自于管道事故漏水以及火灾时消防系统的喷水等, 此类水的排水又分为两个区域:一是在数据机房内机柜摆放的区域, 二是数据机房外走廊等区域, 本文分别称之为第二和第三区域。这两个区域亦采用密闭地漏或有自闭功能的地漏排水, 需要注意的是这两个区域的排水管道平时无水, 仅在事故时有水, 故推荐与第一区域的排水管道分别设置, 以防第一区域排水管道堵塞, 造成水反溢至核心区域。另外, 第二区域需要设置漏水检测报警, 第三区域的数据机房门口处需要设置排水箅子, 以防大量水瞬间涌入机房, 箅子下方设置地漏排水。以上3个区域内的排水地漏数量应根据相应区域的面积确定, 且均不得少于2个。

　　 考虑到安全和使用方便, 建议消火栓箱全部布置在主机房外的走廊或者安装在辅助机房和管井的墙体上。如设置在主机房的外墙上, 需用管井与主机房完全分隔。机房进深较大时, 可通过增大充实水柱的方式满足规范要求的保护距离。故消火栓管道不进入数据机房内部。

　　 “数规”中规定, B级和C级机房以及A级机房有异地备份时, 数据机房可采用自动喷水灭火系统, 是否采用此系统还需根据业主的要求确定。笔者认为自动喷水灭火系统作用后对于设备的损害以及机房楼水患的影响较大, 需慎重采用。同时笔者建议机房楼全楼采用预作用形式, 并建议预作用报警阀分层或分防火分区设置, 一是减少管网的充水时间, 二是尽量避免大范围管网充水对非火灾区域造成影响。

　　 考虑到数据机房内被保护对象是电子计算机等精密仪表设备, 干粉灭火器灭火后所残留的粉末状覆盖物对电子元器件具有一定的污损腐蚀作用和粉尘污染, 难以清洁, 故采用建议二氧化碳灭火器^[3]。

　　 同时按照现行《建筑灭火器配置设计规范》的要求, 主机房应按严重危险级设计, 普通手提式二氧化碳灭火器灭火级别不够, 需要设置推车式二氧化碳灭火器^[3]。

　　 由于机房区域内有大量的防护区, 往往大型机房楼一个标准层内的防护区数量有数十个, 故系统形式必然是选用组合分配式系统。

　　 目前比较主流的用于数据机房的洁净气体有七氟丙烷和IG541两种。笔者针对以下几个因素对这两种气体的使用情况进行分析比较:

　　 (1) 输送距离。七氟丙烷的当量输送距离最远在40 m左右, 而IG541的当量输送距离可以在130m左右, 对于大型的数据机房来说, 采用IG541可以大大减少钢瓶间的设置数量, 最大限度减少钢瓶间设置对整个机房楼平面的影响。

　　 (2) 系统计算。七氟丙烷系统的单瓶充装量远大于IG541系统, 故对于相同体积的房间来说, 七氟丙烷系统的匹配钢瓶数量远少于IG541系统。这就使得面对大小不一的众多防护区时, 七氟丙烷系统的钢瓶匹配不够灵活, 往往造成某一个防护区减一个钢瓶灭火浓度不够, 而加一个钢瓶又超出了有毒浓度的下限。相反的, 由于IG541系统的单瓶充装量较小, 多防护区间的匹配就显得非常灵活。

　　 (3) 灭火效果。七氟丙烷的气态相对密度大于空气, 所以对于空间较大的场所, 很难做到空间上的绝对均匀, 灭火效果受到一定影响。

　　 (4) 负面影响。七氟丙烷的遇热副产物含有氟化氢, 是对人体有害的气体, 同时其溶水后形成的氢氟酸会腐蚀精密设备, 灭火后的负面影响较大。

　　 (5) 泄压阀安装。由于七氟丙烷的气态相对密度大于空气, 故为了避免泄压时造成大量气体泄出, 规范要求七氟丙烷系统的泄压口应位于防护区净高的2/3以上。这使得七氟丙烷系统泄压阀安装的位置受到很大限制。

　　 鉴于以上的几个因素, 很明显对于大型的数据机房来讲, IG541系统的适应性、安全性和可靠性均优于七氟丙烷系统。

　　 气体灭火系统的泄压阀没有保温功能, 故当其设置在建筑物外墙时, 需要考虑产生的凝结水对机房室内或者是建筑外墙产生的影响。

　　 屏蔽机房容积的确定。一些重要性更高的或者是涉密性的数据机房需要采用屏蔽机房的形式。其常用做法是将机房用数毫米厚的钢板全方位包裹起来, 进出该屏蔽机房的一切管道和桥架都需要设置相应的滤波装置, 所有设计需由专业部门深化。这时机房被钢板完全包裹在一个六面体内, 其容积远小于机房土建容积, 则气体灭火药剂量的计算要根据深化设计后, 钢板实际包裹的体积重新计算, 否则屏蔽机房防护区内的灭火气体浓度将远超规范允许值。

　　 高压细水雾灭火系统在灭火机理上和对于防护区众多的情况下成本的控制上, 均可媲美甚至优于传统的气体灭火系统, 系统的可靠性、经济性、环保性显而易见。但是需要注意的是, 该系统对管道的承压和系统的维护要求更高, 且水雾喷头的质量决定了灭火的成败, 因为不合格的水雾喷头无法真正实现水的雾化, 造成设备损坏隐患的同时, 灭火效果更是无从谈起。笔者认为这也许就是“数规”对于主机房的灭火形式, 强调“宜”采用气体灭火系统, “可”采用自动喷水灭火系统和高压细水雾系统的原因。

　　 随着信息化社会的高速发展, 目前多国政府已经将网络数据与信息资源看成影响国家科技创新和产业发展的战略性资源和核心竞争力, 支持海量数据存储和处理的数据中心以及相关技术被提高到国家战略层面进行部署。我国目前的数据中心数量和规模与发达国家还有较大差距, 未来若干年我国数据中心发展的动力强劲, 故相应的配套建设技术也应与时俱进, 为数据中心机房领域的快速发展奠定坚实基础。