《高功率密度数据中心空调系统设计规范（征求意见稿）》

1T/GDEA003—2023高功率密度数据中心空调系统设计规范本文件规定了高功率密度数据中心空调系统设计的术语和定义、通用要求、室内外设计计算参数、空气调节与气流组织、冷源、监测与控制。本文件适用于新建、改建和扩建的高功率密度数据中心空调系统的设计。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T29044采暖空调系统水质GB50016建筑设计防火规范GB50019工业建筑供暖通风与空气调节设计规范GB50057建筑物防雷设计规范GB50116火灾自动报警系统设计规范GB50174数据中心设计规范GB50343建筑物电子信息系统防雷技术规范GB50370气体灭火系统设计规范GB50736民用建筑供暖通风与空气调节设计规范3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1数据中心datacenter为集中放置的电子信息设备提供运行环境的建筑场所，可以是一栋或几栋建筑物，也可以是一栋建筑物的一部分，包括主机房、辅助区、支持区和行政管理区等。3.2网络机柜cabinetorrack用于放置计算机设备、数据网络设备或相关设备，并提供设备运行所需的信息网络、电源、冷却等环境条件的全封闭或半封闭柜体。简称机柜。3.3高功率密度highpowerdensity单个机柜的功率超过5kW时称之为高功率密度。3.4冗余redundancy2T/GDEA003—2023重复配置系统的一些或全部部件，当系统发生故障时，冗余配置的部件介入并承担故障部件的工作，由此延长系统的平均故障间隔时间。3.5机房computerroom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。3.6辅助区auxiliaryarea用于电子信息设备和软件的安装、调试、维护、运行监控和管理的场所，包括进线间、测试机房、总控中心、消防和安防控制室、拆包区、备件库、打印室、维修室等区域。3.7支持区supportarea为主机房、辅助区提供动力支持和安全保障的区域，包括变配电室、柴油发电机房、电池室、空调机房、动力站房、不间断电源系统用房、消防设施用房等。3.8基础设施infrastructure数据中心内，为电子信息设备提供运行保障的设施。3.9连续供冷continuouscooling为了保证发热量较高的机房及不间断电源系统用房等房间能维持稳定的温度﹐需为制冷与空调系统设置必要的措施﹐保证供冷连续，系统不因市电中断、冷机重启等事件发生冷却中断。4通用要求4.1基本要求数据中心内舒适性或其他功能用的供暖﹑通风、制冷与空调系统应符合GB50736和GB50019的相关规定。数据中心制冷与空调系统应满足数据中心的等级要求，符合GB50174的相关规定。4.2数据中心分级4.2.1概述数据中心应划分为A、B、C三级，A级为“容错”系统，可靠性和可用性等级最高；B级为“冗余”系统，可靠性和可用性等级居中；C级为满足基本需要，可靠性和可用性等级最低。4.2.2A级数据中心符合下列情况之一的数据中心应为A级：a)电子信息系统运行中断将造成重大的经济损失；b)电子信息系统运行中断将造成公共场所秩序严重混乱。4.2.3B级数据中心符合下列情况之一的数据中心应为B级：a)电子信息系统运行中断将造成较大的经济损失；3T/GDEA003—2023b)电子信息系统运行中断将造成公共场所秩序混乱。4.2.4C级数据中心不属于A级或B级的数据中心应为C级。4.3数据中心性能要求4.3.1A级数据中心的基础设施应按容错系统配置，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设备正常运行。4.3.2B级数据中心的基础设施应按冗余要求配置，在电子信息设备运行期间，基础设施在冗余能力范围内，不应因设备故障而导致电子信息设备运行中断。4.3.3C级数据中心的基础设施应按基本需求配置，在基础设施正常运行情况下，应保证电子信息设备运行不中断。4.4供配电4.4.1依据电子信息设备的用途，其供电方式可分为以下三类：a)一类供电：应具有双路市电（或市电、备用发电机）加不间断电源系统；b)二类供电：应具有不间断电源系统；c)三类供电：按一般用户供电系统考虑。4.4.2供电电源应符合下列要求：a)电压：380V/220V；b)频率：50Hz；c)配电系统一般采用TN-S系统接地方式。4.5照明4.5.1正常照明：机房照度不应低于300lx，其他房间照度不应低于200lx。4.5.2应急照明：机房及支持区应设应急照明，其照度不应低于50lx；主要通道及有关房间依据需要应设应急照明，其照度不应低于5lx。4.6静电防护4.6.1机房和安装有电子信息设备的辅助区，地板或地面应有静电泄放措施和接地构造，防静电地板、地面的表面电阻或体积电阻值应为1.0×109～2.5×104Ω,且应具有防火、环保、耐污耐磨性能。4.6.2机房和辅助区中不使用防静电活动地板的房间，可铺设防静电地面，其静电耗散性能应长期稳定，且不应起尘。4.6.3静电接地的连接线应有足够的机械强度和化学稳定性，宜采用焊接或压接。当采用导电胶与接地导体粘接时，其接触面积不宜小于20cm2。4.7防雷与接地4.7.1应防止雷击损害电子信息设备以及对电子信息系统正常运行的影响。4.7.2当机房作为独立建筑时，其建筑物的防雷应遵从GB50057的规定。4.7.3机房位于其建筑物内时应做防雷处理，应采取有效隔离和防雷保护的措施，具体要求应符合GB50343的规定。4.7.4数据中心内所有设备的金属外壳、各类金属管道、金属线槽、建筑物金属结构等必须进行等电4T/GDEA003—2023位联结并接地。4.8电磁屏蔽4.8.1处于强电磁干扰区和有保密要求的机房应设置电磁屏蔽室，以防止外界电磁场的干扰和电子信息泄密。4.8.2电磁屏蔽室应至少满足机房对磁场、电场中的一种的电磁屏蔽效能要求。4.9给水排水4.9.1数据中心的机房空调集中安装区应设置地面排水设施，采用集中冷源时应设置事故应急排水系统。排水管路宜设置在空调区内，且不应布置在电子信息设备或供配电设备的正上方。4.9.2数据中心内安装有自动喷水灭火设施、空调机和加湿器的房间，地面应设置挡水和排水设施。4.9.3数据中心的冷冻站内应设置给水与排水设施，满足水系统冲洗﹑排水﹑排污要求，此外，还应采取必要措施防止水淹。4.9.4采用水冷冷水机组的冷源系统应设置冷却水补水储存装置，储存时间不应低于当地应急水车抵达现场的时间。当不能确定应急水车抵达现场的时间时，A级数据中心可按12h储水。4.9.5冷冻水、冷却水、补水等系统应设置相应的水质控制装置，水质应符合GB/T29044相关规定。直接蒸发冷却系统的蒸发冷却水质还应满足卫生要求。4.9.6数据中心不应有与机房内设备无关的给排水管道穿过机房，相关给排水管道不应布置在电子信息设备的上方。进入机房的给水管应加装阀门。4.9.7数据中心内的给水排水管道应采取防渗漏和防结露措施。4.10消防4.10.1数据中心应符合所处建筑物消防规范的要求，并应单独配置灭火器。4.10.2大中型数据中心应设置火灾自动报警系统，具体要求应符合GB50116的规定。4.10.3所在建筑物已使用自动灭火系统的场地、面积≥140m2的机房和有需要者应安装自动灭火系统，具体要求应符合GB50016的规定。4.10.4安装自动灭火系统的场地、机房、无人员长期工作的辅助房间宜采用气体灭火系统，具体要求应符合GB50370的规定。4.10.5机房应设置安全出口，设置指示标志和应急照明灯具。4.11供暖与通风4.11.1供暖系统设计，应对需要供暖的各个房间行热负荷计算。4.11.2数据中心需要供暖的区域宜利用机房的余热。4.11.3有人值守的辅助房间，其供暖设施应满足人员的舒适性需求。4.11.4设有空调系统的机房不宜再设置日常通风系统。4.11.5数据中心的电池间宜设置独立的通风系统。当通风无法保证电池间设备的环境要求时，宜设置空调系统。4.11.6设有空调系统的电池间，应设置排风装置，换气次数不宜小于0.5次/h。4.11.7数据中心柴油发电机房的通风系统应符合下列规定：a)采风口应设在室外空气较清洁处，进风量应为排风量与发电机组燃烧空气量之和；5T/GDEA003—2023b)宜利用自然通风排除房间余热，当自然通风不能满足发电机组运行的温度要求时，应设置机械通风装置；c)进、排风系统宜与柴油发电机设备对应；d)进、排风系统应设有自动启停装置；设有风阀时，风阀的开启速度不应影响柴油发电机的正常启动和运行；风阀的电动执行机构应由不间断电源供电；e)寒冷和严寒地区的进风口处宜装设能严密关闭的保温风阀，冬季运行时应有措施避免因冷风侵入导致的机房内设施冻结；f)进、排风口宜设置消声装置，满足环保和劳动保护要求；g)排风系统应满足最大排风量的需要，其室外出口应避免与进风发生短路，并应避开人员密集5室内外设计计算参数5.1有人值守的辅助房间，其室内设计参数应满足人员的舒适性要求。其他房间的温、湿度可根据所装设备的技术要求而定。5.2空调系统新风量取下列两项中的最大值：a)按工作人员计算，每人40m3/h；b)维持室内正压所需风量。5.3室外空气计算参数应符合下列规定：a)湿球温度宜采用有气象记录以来的极端湿球温度；b)夏季干球温度宜采用极端最高干球温度，统计年份宜取30年；不足30年者，也可按实有年份采用，但不宜少于10年；c)冬季干球温度宜采用极端最低干球温度，统计年份宜取30年；不足30年者，也可按实有年份采用，但不宜少于10年。5.4数据中心内的温度、露点温度和相对湿度应满足电子信息设备的使用要求。当电子信息设备尚未确定时，应按照表1要求执行。表1数据中心环境要求18℃~27℃露点温度5.5℃~15℃,同时相对湿度不大5℃~45℃,8%～80%，同时露点温度不大于27℃18℃~28℃、35%～75%5℃~35℃、20%～80%20℃~30℃6空气调节与气流组织6T/GDEA003—20236.1一般规定6.1.1数据中心的机房区﹑辅助区和支持区的电力电池室、消防和安防控制室等应设置空调系统。各区域空气环境要求不同时，宜分别设置空调系统。6.1.2机房的空调系统形式和气流组织应满足房间内所有设备的散热要求，可通过气流组织模拟进行方案比选。6.2负荷计算6.2.1电子信息设备和其它设备的散热量应根据设备实际用电量进行计算。6.2.2空调系统夏季冷负荷应包括下列内容：a)设备的散热；b)建筑围护结构的传导热；c)通过外窗进入的太阳辐射热；d)人体散热；e)照明装置散热；f)新风负荷；g)伴随各种散湿过程产生的潜热。6.2.3空调系统湿负荷应包括下列内容：a)人体散湿；b)新风湿负荷；c)渗漏空气湿负荷；d)围护结构散湿。6.3气流组织6.3.1机房应通过采用“面对面﹑背对背”的机柜排列方式形成冷通道和热通道，相邻两列设备的吸风面（正面）安装在冷通道上，排风面（背面）安装在热通道上。中高功率机柜区可采用封闭冷通道或封闭热通道方式优化气流组织。6.3.2机房宜采用下送风方式，选用下送风方式的机房专用空调，在机房内设置架空地板，地板高度应根据机房内单机柜功率进行计算确定，不应小于400mm。空调冷风在架空地板下可通过冷通道上设置的开孔地板（送风口）和机柜前门进入机柜内，空调回风口设置在热通道上；对于低功率机柜区空调冷风也可通过半封闭式机柜内的进风口送风。6.3.3单机柜平均运行功率大于10kW的局部机柜区域，可在原有送风方式的基础上增设辅助制冷设6.3.4设备机柜列间距应考虑工艺设备维护空间、用户安全隔离需求，还应根据机柜装机功率的大小，合理选择列间距。当机房采用通透式机柜时，冷通道间距应根据区域机柜运行功率核算，宜为1000mm~1800mm，热通道间距宜为800mm～1200mm。当机房采用半封闭式机柜时，机柜列间距宜为800mm～1200mm。6.3.5空调送风最大距离不宜超过15m。6.3.6高功率机柜区可使用列间级或机柜级制冷方式。6.3.7数据中心的其他功能区域宜采用上送风的气流组织方式。6.4空调系统7T/GDEA003—20236.4.1数据中心机房区的空调系统配置应符合表2的规定。表2空调系统配置N主机房中每个区域冗余一台N7℃~21℃12℃~27℃6.4.2机房应维持正压。机房与其它房间、走廊的压差不宜小于5Pa，与室外静压差不宜小于10Pa。6.4.3数据中心空调系统可采用多种空调形式相结合的方案。同一类空调宜采用规格型号相同的机型。6.4.4数据中心采用冷冻水型机房空调时，宜采用送风温度控制，机房空调应运行在露点温度之上。6.4.5采用冷冻水空调系统的A级数据中心宜设置蓄冷设施，蓄冷时间应满足电子信息设备的运行要求；控制系统、末端冷冻水泵、空调末端风机应由不间断电源系统供电；冷冻水供回水管路宜采用环形管网或双供双回方式。当水源不能可靠保证A级数据中心运行需要时，也可采用两种冷源供应方式。6.4.6数据中心采用风冷直膨机房空调时，在满足电子信息设备的散热要求的前提下，宜提高蒸发温度，宜采用变容量机组。6.4.7数据中心空调设施宜靠近发热设备，宜采用近端制冷的冷却设施。近端制冷设施设置应满足电子信息设备的运行维护要求。6.4.8数据中心的湿度宜采用专用设备控制，并宜采用温湿度独立控制的策略。6.4.9根据负荷变化情况，空调系统宜采用变频、自动控制等技术进行负荷调节。6.4.10数据中心空调系统应综合采取各种节能措施，并应符合下列规定：a)应采用高效、节能空调设备；b)在满足设备运行要求的前提下，宜提高机房环境温度设定值；c)根据数据中心所在地气候特点，宜选择直接引入式新风系统﹑隔离式热交换系统或带自然冷却盘管的机房专用空调设备，利用室外低温空气对机房降温；d)根据数据中心所在地气候特点，宜在过渡季节及冬季利用冷却塔向集中式空调系统供冷，减少制冷机运行时间；e)采用直接引入式新风系统时，应采用变风量运行方式。夏季在满足需求时，宜减少新风量，降低空调负荷。在过渡季节以及冬季宜提高新风量，减少制冷系统运行时间；f)直接蒸发式机房专用空调系统应满足风冷冷凝器或干冷器散热要求，风冷冷凝器或干冷器的进风方向宜保证有≥0.6m的进风通道，出风方向宜保证有≥4m的出风通道﹐风冷冷凝器或干冷器之间距离不宜直小于1.2m。风冷冷凝器或干冷器宜布置在避免阳光直射的位置或在其上方安装通风遮阳棚，室外空气质量较好、水资源丰富的地区可采用雾化冷却装置强化风冷冷凝器或干冷器散热；g)可采用空调群控技术。7.1冷源选择8T/GDEA003—20237.1.1数据中心冷冻水系统设置应符合下列规定：a)建设地周边存在连续稳定、可以利用的废热和工业余热的区域时，可采用吸收式冷水机组；b)建设地点存在能够利用可再生冷源时，应优先采用可再生冷源；当采用可再生冷源受到气候等原因的限制无法保证时，应设置辅助冷源；c)气象条件允许时，可利用室外低温空气，通过自然冷却方式作为空调系统冷源；d)城市或区域的供电充足有保证时，空调系统的冷源宜采用电动压缩式机组；e)天然气供应充足的地区，冷电联合的能源综合利用率较高，可采用分布式燃气冷电联供系统。如果周边还存在其他用热用户，也可采用分布式燃气冷热电三联供系统；f)公共建筑群具备区域供冷条件，满足数据中心的性能要求时，冷源也可由区域供冷站提供；g)实施峰谷电价的地区，数据中心的冷源可采用水蓄冷或其他蓄冷方式。7.1.2利用江河湖水作为自然冷源的系统，在不影响生态环境的条件下，还应符合下列规定：a)利用江河湖水作为冷源，应对地表水体资源和水体环境进行评价，并取得相关部门的批准同意。当江河湖为航运通道时，取水口和排水口的设置位置还应取得航运主管部门的批准；b)利用江河湖水作为冷源，应考虑丰水、枯水季节的水位差，并应有措施防止洪水对数据中心造成影响；c)利用江河湖水作冷源的空调水系统，宜采用中间换热器将地表水和空调循环水进行隔离，地表水不宜直接进入主机房。换热器应具备拆卸、清洗的条件；d)地表水进人换热器前，应设置过滤、清洗、灭藻等水处理措施，并不得造成环境污染；e)开式地表水换热系统的取水口应设在水位较深、水质较好的位置，并应位于排水口的上游，且远离排水口；f)冬季有冻结可能的地区﹐制冷系统应有防范措施。7.1.3利用海水作为自然冷源的系统，应符合下列规定：a)海水换热系统应根据海水水文状况、温度变化规律等进行设计，并应有措施避免涨潮、海啸等事件对数据中心造成危害；b)海水设计温度宜根据近30年取水点区域的海水温度确定；c)开式系统的取水口深度应根据海水水深温度特性进行优化后确定，距离海底高度宜大于2.5m。取水口应能抵抗大风和海水的潮汐引起的水流应力。取水口处应设置过滤器﹑杀菌除藻和防微生物附着的装置，排水口与取水口应保持一定距离；d)与海水接触的设备及管道，应具有耐海水腐蚀性能，并应采取防止微生物附着的措施；e)冬季有冻结可能的地区，制冷系统应有防范措施；f)海水冷却的系统应设置中间换热器，海水不应直接进入主机房。换热器应具备拆卸﹑清洗的条件。7.1.4利用污水作为自然冷源的系统应符合下列规定：a)应考虑污水水温﹑水质及流量的变化规律和对后续污水处理工艺的影响等因素；b)采用开式原生污水源系统时，原生污水取水口处设置的过滤装置应具有连续反冲洗的功能，取水口处污水量应稳定，排水口应位于取水口下游并与取水口保持一定距离；c)采用污水源作为自然冷源的冷却系统，应设置中间换热器，污水不应直接进入主机房。换热器应具备拆卸、清洗的条件。7.1.5数据中心采用电动压缩式冷水机组，且气象条件许可时，冷源宜采用与水侧自然冷却相结合的方式。9T/GDEA003—20237.1.6数据中心冷冻水系统采用多种制冷模式结合时，应根据季节、时段调整供冷模式，各模式之间的切换应有技术措施确保其平稳、安全。7.2系统配置7.2.1数据中心空调系统宜设置独立的空调机机房。水冷空调末端宜布置在由实体墙围合成的空调机机房内，空调机机房地面应做防水处理并应设有排水措施，供回水管不宜穿越机房。场地受限时，风冷恒温恒湿空调系统室内机可直接安装在机房内，并应采取防止空调冷凝水和加湿水泄漏措施；室外机安装在室外机平台，宜直接在外设置，宜靠近空调室内机。7.2.2数据中心冷冻水系统应能满足满负荷和部分负荷的运行要求，并宜采取有效措施，提升部分负荷的运行效率。7.2.3数据中心冷冻水系统的冷水机组台数及单机制冷量的设置，宜与数据中心的建设分期匹配。7.2.4数据中心的冷冻水系统采用机械制冷与自然冷源结合的方式时，自然冷源设施不应降低数据中心冷源系统的性能等级。7.2.5数据中心冷冻水系统与舒适性空调或其他功能用房的冷冻水系统宜分别设置。7.2.6数据中心内，承载显热负荷的冷冻水系统，在满足电子信息设备的散热要求的前提下，应提高冷冻水系统的供水温度，加大供回水温差。7.2.7