林能影， 雷海霞

(福建省建筑設(shè)計研究院有限公司，福州 350001)

圖1 項目外立面

獲獎介紹

獲獎等級：一等獎

獲獎單位：福建省建筑設(shè)計研究院有限公司

獲獎人員：林衛(wèi)東；林能影；雷海霞；陳永毅；易濱發(fā)；王達君

獲獎專家評語：經(jīng)專家組評審，認為該工程所采用的主要技術(shù)有突出的創(chuàng)新性和經(jīng)濟性，社會和環(huán)境效益非常顯著，項目具有以下技術(shù)特點。

(1)IT機房空間、工藝布局合理。

(2)項目采用10kV電源和高壓發(fā)電機組，供電系統(tǒng)合理，安全可靠。

(3)采用最新的微模塊高壓直流技術(shù)，實現(xiàn)機房供電可靠性。

(4)機房節(jié)能措施完備、設(shè)置數(shù)據(jù)中心智能管理系統(tǒng)，實現(xiàn)實時在線運維。

該項目獲得了省勘察設(shè)計協(xié)會電氣專項一等獎，各項主要指標達到建筑電氣設(shè)計行業(yè)的國際先進水平。

項目指標

項目名稱：數(shù)字福建云計算中心(社會和企業(yè)云)

項目地點：福建省福州市

占地面積：8 842m2

總建筑面積：39 237m2

建筑高度：23.9m

建筑功能：A級云計算數(shù)據(jù)中心

建設(shè)單位：福建省數(shù)字福建云計算運營有限公司

竣工時間：2017年6月

圖2 項目中庭

1 項目總體介紹

數(shù)字福建云計算中心(社會和企業(yè)云)作為福州國家級互聯(lián)網(wǎng)骨干直聯(lián)點，為A級云計算數(shù)據(jù)中心，總建筑面積39 237.9m2。其中地上建筑面積37 517.7m2， 地下建筑面積1 720.2m2，總高度23.9m。項目包含數(shù)據(jù)中心主體建筑以及兩側(cè)的動力中心。一層為四家運營商機房及其他設(shè)備用房、調(diào)度指揮中心及監(jiān)控中心，二～四層為云計算機房，五層為備用機房及測試機房。兩側(cè)為動力中心，共四層，其中一層為發(fā)電機房，二～四層為變配電室。

數(shù)據(jù)中心總體規(guī)劃建設(shè)3 700個機柜，總用電負荷33 200kVA，從上一級兩個110kV變電站引入8路(4組)10kV電源，大樓設(shè)置16臺10kV 2 000kW(PRP)高壓發(fā)電機組。一期工程建設(shè)650個機柜,引入2路10kV雙重電源，4臺高壓發(fā)電機組。機房工藝采用傳統(tǒng)機柜與微模塊相結(jié)合的規(guī)劃布局。

工程建設(shè)滿足國標GB 50174-2017《數(shù)據(jù)中心設(shè)計規(guī)范》中A級數(shù)據(jù)機房及TIA-942-2014《數(shù)據(jù)中心的通信基礎(chǔ)設(shè)施標準》中的T3標準，擁有領(lǐng)先、可靠、綠色、節(jié)能的電力保障、運維系統(tǒng)。

2 電氣設(shè)計系統(tǒng)

系統(tǒng)名稱建設(shè)內(nèi)容技術(shù)特點及指標供配電系統(tǒng)本工程為A級數(shù)據(jù)中心,其計算機系統(tǒng)、空調(diào)末端風機、控制系統(tǒng)、蓄冷系統(tǒng)(冷凍水泵等)用電為一級負荷中特別重要負荷;冷凍機組、冷卻塔等空調(diào)設(shè)備、監(jiān)控安防用電為一級負荷;室外消防用水量40L/s,消防水泵、消防電梯、防排煙設(shè)施、火災自動報警、自動滅火系統(tǒng)、應急照明、疏散指示標志等消防設(shè)備用電等為二級負荷;其余為三級負荷一期工程要求從上級110kV變電站引入2路電壓10kV、頻率50Hz的雙重供電電源。為提高一、二級負荷以及一級負荷中特別重要負荷供電的可靠性,另設(shè)置10kV高壓柴油發(fā)電機組作為備用電源。其中一級負荷中特別重要負荷另采用不間斷電源供電系統(tǒng)(高壓直流、UPS系統(tǒng))作為應急電源,設(shè)備供電電源切換時間滿足設(shè)備允許中斷供電時間的要求(1)兩路市電10kV高壓電源采用單母線分段接線方式,平時母聯(lián)斷開,互為100%備用(2)自備電源采用10kV柴油發(fā)電機組,提高IT設(shè)備、空調(diào)等重要設(shè)備的供電可靠性(3)數(shù)據(jù)中心的應急電源采用高壓直流、傳統(tǒng)機房UPS、動力型UPS等多種供電形式配變電所大樓設(shè)兩個動力中心,位于數(shù)據(jù)中心兩側(cè),一期工程變電所設(shè)置在右側(cè)三層變電所內(nèi)設(shè)有4臺2 500kVA節(jié)能環(huán)保型干式變壓器供數(shù)據(jù)中心和機房空調(diào),2臺630kVA供大樓建筑負荷(1)低壓配電系統(tǒng)采用單母線分段接線方式,兩臺變壓器平時分列運行,組成2N(1+1)形式。平時單臺變壓器的負載率≤50%,當其中一臺故障時,其負載由另一臺變壓器承擔(2)高、低壓變配電室按A、B路物理隔離,滿足容錯要求(3)不同功能、工藝要求的用電負荷單獨設(shè)置變壓器,提高供電可靠性,并便于維護管理(4)大樓建筑物負荷單獨設(shè)置小容量變壓器,降低短路電流,節(jié)約開關(guān)設(shè)備造價自備應急電源備用電源:4臺(3+1)10kV高壓柴油發(fā)電機組并機組成自備電源系統(tǒng)應急電源:(1)微模塊機房,采用高壓直流;(2)傳統(tǒng)數(shù)據(jù)機房,高頻交流UPS系統(tǒng),2N接線;(3)蓄冷系統(tǒng),設(shè)置高效專用的動力型UPS系統(tǒng),匹配供冷系統(tǒng)(N用1備)室外設(shè)置柴油發(fā)電機儲油罐,按自備電源容量12h的用油量設(shè)計(1)柴油發(fā)電機組采用(3+1)的接線方案。實現(xiàn)系統(tǒng)有效冗余。12h應急供油時間,發(fā)電機組60s完成并機并送電(2)高壓直流應急電源系統(tǒng)接線方式簡單,提高系統(tǒng)效率,降低運營成本(3)傳統(tǒng)UPS系統(tǒng)接線方式為2N,實現(xiàn)可靠冗余(4)蓄冷系統(tǒng)(冷凍水泵)設(shè)置變頻控制,減少UPS沖擊(5)室外儲油罐的設(shè)計+項目地周邊加油站,保障供油的安全、便捷低壓配電系統(tǒng)0.4kV低壓配電系統(tǒng)采用單母線分段接線方式,不同的低壓母線段設(shè)置聯(lián)絡(luò)開關(guān),平時分列運行。低壓母線段至用電負荷采用放射式與樹干式相結(jié)合的供電方式大容量負荷和重要負荷采用放射式供電,小容量建筑照明負荷采用樹干式供電。數(shù)據(jù)中心、消防控制室、防排煙風機、消防水泵、消防電梯等消防用電設(shè)備采用雙電源末端互投供電配電線路布線系統(tǒng)消防設(shè)備配電干線線路采用礦物絕緣類電纜;普通負荷采用無鹵低煙阻燃電線、電纜合理選擇電纜規(guī)格及阻燃等級,數(shù)據(jù)機房用電選擇A級阻燃電纜消防線路根據(jù)供電可靠性、連續(xù)供電時間等選擇線纜材質(zhì)、規(guī)格、敷設(shè)方式等電氣照明系統(tǒng)應急照明采用集中電源集中控制型系統(tǒng);大樓公共區(qū)照明設(shè)置智能照明系統(tǒng);數(shù)據(jù)機房以及火災時有人仍需工作及值守的場所設(shè)置備用照明;燈具采用高效節(jié)能燈具;各主要房間及場所照度及功率密度值,滿足相關(guān)規(guī)范及節(jié)能標準值應急照明:根據(jù)現(xiàn)行設(shè)計規(guī)范設(shè)置疏散照明、備用照明,保障運維的應急和安全智能照明:分場景、時間,可實現(xiàn)集中、就地控制,燈具選用高效的T5熒光燈、LED燈具,提高電能利用率

續(xù)表

圖3 監(jiān)控室

3 電氣技術(shù)主要創(chuàng)新點

3.1 合理的數(shù)據(jù)中心機房空間布局

(1)數(shù)據(jù)中心設(shè)置動力樓、數(shù)據(jù)機房、核心通信機房、運營商接入機房、監(jiān)控中心(ECC)、通用辦公、存儲裝卸區(qū)、參觀展示區(qū)等，滿足數(shù)據(jù)機房運營的各功能版塊。

(2)各功能版塊空間布局以工藝動線、最優(yōu)管線交匯、最利于維護為原則進行。

3.2 機房模塊化設(shè)計

(1)本工程采用兩翼動力中心+筒心模塊化數(shù)據(jù)機房的工藝布局，筒心每層數(shù)據(jù)機房設(shè)置兩個配電模塊和六個模塊機房。

(2)每一機房模塊均具備IT設(shè)備、空調(diào)系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)、UPS供電(或高壓直流應急系統(tǒng))系統(tǒng)等四大要素以及其他必須的配套設(shè)施。

(3)數(shù)據(jù)機房模塊化的設(shè)計可根據(jù)裝機需求進行靈活組合為不同的模塊，并便于分期建設(shè)，同時對已經(jīng)運行的機房的影響減到最小。

3.3 整體結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計

本工程為A級數(shù)據(jù)機房，對大樓整體的結(jié)構(gòu)進行抗震設(shè)計，將大樓的數(shù)據(jù)機房、動力樓整體設(shè)置在結(jié)構(gòu)抗震支座上，抗震效能最大化，節(jié)約抗震措施成本，保障設(shè)備機房正常運行。

3.4 可靠、高效的供電方案

(1)根據(jù)建設(shè)規(guī)劃，分期、分組設(shè)置10kV供電系統(tǒng)、應急電源系統(tǒng)。高、低壓變配電室按A、B路物理隔離，滿足容錯要求。

(2)兩路10kV市電采用單母線分段接線方式，平時母聯(lián)斷開，互為100%備用。

(3)自備電源采用4臺(3+1冗余方式)10kV高壓柴油發(fā)電機組并機，啟動到并機輸出時間<60s。

(4)變壓器、低壓配電系統(tǒng)采用2N(1+1)配置，系統(tǒng)具有可靠、靈活、在線維護的便捷性。

(5)蓄冷系統(tǒng)采用高效專用的動力型UPS，冷凍水泵設(shè)置變頻系統(tǒng)，以減少對UPS主機的沖擊。

(6)采用技術(shù)先進、高可靠性的電源切換裝置。ATS的工作狀態(tài)可接入大樓電力監(jiān)控系統(tǒng)中。

3.5 IT設(shè)備采用高壓直流供電技術(shù)

根據(jù)工程建設(shè)及運營招商情況，微模塊機房采用高壓直流供電，該技術(shù)具有以下優(yōu)勢。

(1)蓄電池與負載并聯(lián)可直接將電能供給負載，提高供電可靠性。

(2)無相位、相序、頻率同步等問題，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單。

(3)無功率因數(shù)及諧波問題，電能質(zhì)量高，有效減少線損。

(4)系統(tǒng)模塊化結(jié)構(gòu)在線擴容和系統(tǒng)維護方便，縮短故障維修時間，提高系統(tǒng)的可維修性。

(5)模塊化電源負載率高，有效提高系統(tǒng)的效率。

(6)功率密度較高，可減少設(shè)備對機房的占用空間。

3.6 可靠、可擴展的UPS配電系統(tǒng)

UPS按照2N方式配電，全程采用完全獨立的A、B雙回路，保證在1套UPS系統(tǒng)完全故障或執(zhí)行維護檢修的情況下，另1套UPS系統(tǒng)可承擔所有的負載。

3.7 全面的數(shù)據(jù)中心智能管理系統(tǒng)

動力環(huán)境監(jiān)控及能耗管理系統(tǒng)，7×24h實時監(jiān)控機房供配電系統(tǒng)、UPS、發(fā)電機系統(tǒng)、恒溫恒濕空調(diào)、數(shù)據(jù)中心機房室內(nèi)溫/濕度，以及漏水監(jiān)測、UPS電池監(jiān)測、PUE、能耗監(jiān)測等設(shè)備的運行情況及機房室內(nèi)環(huán)境，從而及時發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心機房供電、空調(diào)設(shè)備及數(shù)據(jù)中心機房環(huán)境的缺陷，確保數(shù)據(jù)機房設(shè)備安全運行。

4 電氣節(jié)能效果

數(shù)據(jù)中心作為現(xiàn)代社會中具有高度信息化、能源密集化特征的信息基礎(chǔ)設(shè)施，安全、綠色、節(jié)能是衡量一個機房重要指標和建設(shè)、運維重點。本工程采用了如下節(jié)能措施。

4.1 平面規(guī)劃

建筑功能版塊按數(shù)據(jù)中心的節(jié)能、綠色運維目標劃分，將模塊機房設(shè)置在大樓核心筒，變配電房在兩翼，樓層電力設(shè)施、空調(diào)系統(tǒng)深入負荷中心，降低線路損耗、減少外圍圍護結(jié)構(gòu)熱負荷傳遞。

4.2 機房新技術(shù)、新工藝

(1)微模塊機房采用高壓直流供電節(jié)能技術(shù)。

(2)根據(jù)云計算機房的建設(shè)運維情況，IT設(shè)備配置及管理采用如虛擬化、綠色、負載均衡、冷卻、多核、刀片等新技術(shù)、新工藝，提高機柜利用率，為能源效率最大化提供基礎(chǔ)。

4.3 建筑照明

(1)燈具選型：走廊、樓梯間、地下室等場所選用高效節(jié)能LED燈具；辦公、會議、機房等選用T5高效熒光燈。

(2)照明控制：大樓設(shè)置智能照明控制系統(tǒng)，對公共區(qū)域?qū)崿F(xiàn)分區(qū)、定時等節(jié)能控制；道路景觀照明采用集中控制方式，實現(xiàn)光控、程控、時間控制等。

(3)功率密度：各主要房間及場所照度及功率密度值滿足相關(guān)規(guī)范及節(jié)能標準值。

4.4 建筑設(shè)備

(1)設(shè)備選型：變壓器選用[D，yn11]結(jié)線組別的干式、低損耗、低噪音的節(jié)能產(chǎn)品；電動機、交流接觸器、電子、電感鎮(zhèn)流器選型符合現(xiàn)行國家標準中該類設(shè)備的能效限定值及能效等級評價標準。

(2)設(shè)備控制：大樓設(shè)置BA系統(tǒng)，對建筑設(shè)備進行集中監(jiān)測、控制；大型空調(diào)、動力設(shè)備設(shè)置變頻控制；電梯選用節(jié)能型并采用智能群控措施；模塊機房內(nèi)設(shè)置動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)機房環(huán)境動態(tài)調(diào)控的節(jié)能目標。

4.5 建筑能耗、動力環(huán)境監(jiān)控管理系統(tǒng)

電力監(jiān)控及能耗管理系統(tǒng)對變配電系統(tǒng)進行實時數(shù)據(jù)采集、開關(guān)狀態(tài)檢測及遠程控制，通過平臺分析數(shù)據(jù)中心電能消耗和系統(tǒng)電氣參數(shù)，實施運維預案、精細化的電氣設(shè)備管理，節(jié)約電力成本。

動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)對機房動力環(huán)境設(shè)備以及計算機主機和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進行自動化實時監(jiān)視和有效管理，實施動態(tài)運維，提高管理效率和設(shè)備效能。

4.6 PUE值

本工程設(shè)計PUE為1.39 (總負荷5 872kW：IT負荷4 225kW)，符合行業(yè)綠色數(shù)據(jù)中心的評估標準。運維中使用建筑能耗、動力環(huán)境監(jiān)控等動態(tài)管理系統(tǒng)，實現(xiàn)更高的運行節(jié)能目標。

5 項目自我評價

5.1 機房規(guī)劃

(1)堅持“整體規(guī)劃、分步實施”的數(shù)據(jù)中心設(shè)計原則。

(2)機房、電源等各功能版塊進行模塊化布局、能源(電力、空調(diào))同層分配，實現(xiàn)供電、供冷最短、最優(yōu)路徑。

5.2 電氣設(shè)計

(1)高、低壓供電系統(tǒng)堅持模塊化、可擴展、在線維護的供電設(shè)計原則，采用可靠、成熟的2N接線方案，滿足GB 50174-2017《數(shù)據(jù)中心設(shè)計規(guī)范》附錄A中 A級機房供電要求。

(2)變壓器根據(jù)負荷類別、性質(zhì)(建筑負荷、數(shù)據(jù)中心負荷)分類設(shè)置，供電關(guān)系清晰，運維便利，提高供電安全性并降低開關(guān)設(shè)備造價。

(3)自備電源采用10kV高壓柴油發(fā)電機組并機的形式，具有系統(tǒng)電流小、損耗小、電纜投資小、可分期建設(shè)、擴容方便等優(yōu)點。

(4)機房應急電源系統(tǒng)根據(jù)負載特性分類設(shè)置，具有針對性和安全性。

(5)建筑照明設(shè)計簡潔、清晰，燈具選用節(jié)能、高效型，智能照明控制系統(tǒng)成熟、可靠。

(6)機電抗震采用大樓整體基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計，實現(xiàn)抗震效能最大化，成本最優(yōu)化。

(7)根據(jù)用電負荷性質(zhì)，在變電所集中設(shè)置電容補償柜、有源濾波柜，提高系統(tǒng)功率因數(shù)，進行諧波治理，提高電能質(zhì)量。

(8)完善的機房運維平臺(電力監(jiān)控及能耗管理系統(tǒng)、動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng))及功能、設(shè)施完備的大樓智能化系統(tǒng)，提升了大樓的智能、智慧運營水平。

(9)合理、節(jié)能的PUE值，通過工藝布局，機房規(guī)劃，設(shè)備選型，供電優(yōu)化，能耗、動力環(huán)境監(jiān)控的動態(tài)管理等措施實現(xiàn)節(jié)能、綠色數(shù)據(jù)中心的運維目標。

5.3 綜合效益

數(shù)字福建云計算中心的建設(shè)整合了城市、企業(yè)各類IT資源，通過高壓直流、服務器虛擬化、多核等新技術(shù)，提高資源的整體運行效率，減少城市信息化系統(tǒng)的維護、運營成本，提升了城市管理和公共服務水平，改善區(qū)域投資環(huán)境，有效促進地區(qū)招商引資。