林能影， 雷海霞

(福建省建筑设计研究院有限公司，福州 350001)

图1 项目外立面

获奖介绍

获奖等级：一等奖

获奖单位：福建省建筑设计研究院有限公司

获奖人员：林卫东；林能影；雷海霞；陈永毅；易滨发；王达君

获奖专家评语：经专家组评审，认为该工程所采用的主要技术有突出的创新性和经济性，社会和环境效益非常显著，项目具有以下技术特点。

(1)IT机房空间、工艺布局合理。

(2)项目采用10kV电源和高压发电机组，供电系统合理，安全可靠。

(3)采用最新的微模块高压直流技术，实现机房供电可靠性。

(4)机房节能措施完备、设置数据中心智能管理系统，实现实时在线运维。

该项目获得了省勘察设计协会电气专项一等奖，各项主要指标达到建筑电气设计行业的国际先进水平。

项目指标

项目名称：数字福建云计算中心(社会和企业云)

项目地点：福建省福州市

占地面积：8 842m2

总建筑面积：39 237m2

建筑高度：23.9m

建筑功能：A级云计算数据中心

建设单位：福建省数字福建云计算运营有限公司

竣工时间：2017年6月

图2 项目中庭

1 项目总体介绍

数字福建云计算中心(社会和企业云)作为福州国家级互联网骨干直联点，为A级云计算数据中心，总建筑面积39 237.9m2。其中地上建筑面积37 517.7m2， 地下建筑面积1 720.2m2，总高度23.9m。项目包含数据中心主体建筑以及两侧的动力中心。一层为四家运营商机房及其他设备用房、调度指挥中心及监控中心，二～四层为云计算机房，五层为备用机房及测试机房。两侧为动力中心，共四层，其中一层为发电机房，二～四层为变配电室。

数据中心总体规划建设3 700个机柜，总用电负荷33 200kVA，从上一级两个110kV变电站引入8路(4组)10kV电源，大楼设置16台10kV 2 000kW(PRP)高压发电机组。一期工程建设650个机柜,引入2路10kV双重电源，4台高压发电机组。机房工艺采用传统机柜与微模块相结合的规划布局。

工程建设满足国标GB 50174-2017《数据中心设计规范》中A级数据机房及TIA-942-2014《数据中心的通信基础设施标准》中的T3标准，拥有领先、可靠、绿色、节能的电力保障、运维系统。

2 电气设计系统

系统名称建设内容技术特点及指标供配电系统本工程为A级数据中心,其计算机系统、空调末端风机、控制系统、蓄冷系统(冷冻水泵等)用电为一级负荷中特别重要负荷;冷冻机组、冷却塔等空调设备、监控安防用电为一级负荷;室外消防用水量40L/s,消防水泵、消防电梯、防排烟设施、火灾自动报警、自动灭火系统、应急照明、疏散指示标志等消防设备用电等为二级负荷;其余为三级负荷一期工程要求从上级110kV变电站引入2路电压10kV、频率50Hz的双重供电电源。为提高一、二级负荷以及一级负荷中特别重要负荷供电的可靠性,另设置10kV高压柴油发电机组作为备用电源。其中一级负荷中特别重要负荷另采用不间断电源供电系统(高压直流、UPS系统)作为应急电源,设备供电电源切换时间满足设备允许中断供电时间的要求(1)两路市电10kV高压电源采用单母线分段接线方式,平时母联断开,互为100%备用(2)自备电源采用10kV柴油发电机组,提高IT设备、空调等重要设备的供电可靠性(3)数据中心的应急电源采用高压直流、传统机房UPS、动力型UPS等多种供电形式配变电所大楼设两个动力中心,位于数据中心两侧,一期工程变电所设置在右侧三层变电所内设有4台2 500kVA节能环保型干式变压器供数据中心和机房空调,2台630kVA供大楼建筑负荷(1)低压配电系统采用单母线分段接线方式,两台变压器平时分列运行,组成2N(1+1)形式。平时单台变压器的负载率≤50%,当其中一台故障时,其负载由另一台变压器承担(2)高、低压变配电室按A、B路物理隔离,满足容错要求(3)不同功能、工艺要求的用电负荷单独设置变压器,提高供电可靠性,并便于维护管理(4)大楼建筑物负荷单独设置小容量变压器,降低短路电流,节约开关设备造价自备应急电源备用电源:4台(3+1)10kV高压柴油发电机组并机组成自备电源系统应急电源:(1)微模块机房,采用高压直流;(2)传统数据机房,高频交流UPS系统,2N接线;(3)蓄冷系统,设置高效专用的动力型UPS系统,匹配供冷系统(N用1备)室外设置柴油发电机储油罐,按自备电源容量12h的用油量设计(1)柴油发电机组采用(3+1)的接线方案。实现系统有效冗余。12h应急供油时间,发电机组60s完成并机并送电(2)高压直流应急电源系统接线方式简单,提高系统效率,降低运营成本(3)传统UPS系统接线方式为2N,实现可靠冗余(4)蓄冷系统(冷冻水泵)设置变频控制,减少UPS冲击(5)室外储油罐的设计+项目地周边加油站,保障供油的安全、便捷低压配电系统0.4kV低压配电系统采用单母线分段接线方式,不同的低压母线段设置联络开关,平时分列运行。低压母线段至用电负荷采用放射式与树干式相结合的供电方式大容量负荷和重要负荷采用放射式供电,小容量建筑照明负荷采用树干式供电。数据中心、消防控制室、防排烟风机、消防水泵、消防电梯等消防用电设备采用双电源末端互投供电配电线路布线系统消防设备配电干线线路采用矿物绝缘类电缆;普通负荷采用无卤低烟阻燃电线、电缆合理选择电缆规格及阻燃等级,数据机房用电选择A级阻燃电缆消防线路根据供电可靠性、连续供电时间等选择线缆材质、规格、敷设方式等电气照明系统应急照明采用集中电源集中控制型系统;大楼公共区照明设置智能照明系统;数据机房以及火灾时有人仍需工作及值守的场所设置备用照明;灯具采用高效节能灯具;各主要房间及场所照度及功率密度值,满足相关规范及节能标准值应急照明:根据现行设计规范设置疏散照明、备用照明,保障运维的应急和安全智能照明:分场景、时间,可实现集中、就地控制,灯具选用高效的T5荧光灯、LED灯具,提高电能利用率

续表

图3 监控室

3 电气技术主要创新点

3.1 合理的数据中心机房空间布局

(1)数据中心设置动力楼、数据机房、核心通信机房、运营商接入机房、监控中心(ECC)、通用办公、存储装卸区、参观展示区等，满足数据机房运营的各功能版块。

(2)各功能版块空间布局以工艺动线、最优管线交汇、最利于维护为原则进行。

3.2 机房模块化设计

(1)本工程采用两翼动力中心+筒心模块化数据机房的工艺布局，筒心每层数据机房设置两个配电模块和六个模块机房。

(2)每一机房模块均具备IT设备、空调系统、供配电系统、UPS供电(或高压直流应急系统)系统等四大要素以及其他必须的配套设施。

(3)数据机房模块化的设计可根据装机需求进行灵活组合为不同的模块，并便于分期建设，同时对已经运行的机房的影响减到最小。

3.3 整体结构抗震设计

本工程为A级数据机房，对大楼整体的结构进行抗震设计，将大楼的数据机房、动力楼整体设置在结构抗震支座上，抗震效能最大化，节约抗震措施成本，保障设备机房正常运行。

3.4 可靠、高效的供电方案

(1)根据建设规划，分期、分组设置10kV供电系统、应急电源系统。高、低压变配电室按A、B路物理隔离，满足容错要求。

(2)两路10kV市电采用单母线分段接线方式，平时母联断开，互为100%备用。

(3)自备电源采用4台(3+1冗余方式)10kV高压柴油发电机组并机，启动到并机输出时间<60s。

(4)变压器、低压配电系统采用2N(1+1)配置，系统具有可靠、灵活、在线维护的便捷性。

(5)蓄冷系统采用高效专用的动力型UPS，冷冻水泵设置变频系统，以减少对UPS主机的冲击。

(6)采用技术先进、高可靠性的电源切换装置。ATS的工作状态可接入大楼电力监控系统中。

3.5 IT设备采用高压直流供电技术

根据工程建设及运营招商情况，微模块机房采用高压直流供电，该技术具有以下优势。

(1)蓄电池与负载并联可直接将电能供给负载，提高供电可靠性。

(2)无相位、相序、频率同步等问题，系统结构简单。

(3)无功率因数及谐波问题，电能质量高，有效减少线损。

(4)系统模块化结构在线扩容和系统维护方便，缩短故障维修时间，提高系统的可维修性。

(5)模块化电源负载率高，有效提高系统的效率。

(6)功率密度较高，可减少设备对机房的占用空间。

3.6 可靠、可扩展的UPS配电系统

UPS按照2N方式配电，全程采用完全独立的A、B双回路，保证在1套UPS系统完全故障或执行维护检修的情况下，另1套UPS系统可承担所有的负载。

3.7 全面的数据中心智能管理系统

动力环境监控及能耗管理系统，7×24h实时监控机房供配电系统、UPS、发电机系统、恒温恒湿空调、数据中心机房室内温/湿度，以及漏水监测、UPS电池监测、PUE、能耗监测等设备的运行情况及机房室内环境，从而及时发现数据中心机房供电、空调设备及数据中心机房环境的缺陷，确保数据机房设备安全运行。

4 电气节能效果

数据中心作为现代社会中具有高度信息化、能源密集化特征的信息基础设施，安全、绿色、节能是衡量一个机房重要指标和建设、运维重点。本工程采用了如下节能措施。

4.1 平面规划

建筑功能版块按数据中心的节能、绿色运维目标划分，将模块机房设置在大楼核心筒，变配电房在两翼，楼层电力设施、空调系统深入负荷中心，降低线路损耗、减少外围围护结构热负荷传递。

4.2 机房新技术、新工艺

(1)微模块机房采用高压直流供电节能技术。

(2)根据云计算机房的建设运维情况，IT设备配置及管理采用如虚拟化、绿色、负载均衡、冷却、多核、刀片等新技术、新工艺，提高机柜利用率，为能源效率最大化提供基础。

4.3 建筑照明

(1)灯具选型：走廊、楼梯间、地下室等场所选用高效节能LED灯具；办公、会议、机房等选用T5高效荧光灯。

(2)照明控制：大楼设置智能照明控制系统，对公共区域实现分区、定时等节能控制；道路景观照明采用集中控制方式，实现光控、程控、时间控制等。

(3)功率密度：各主要房间及场所照度及功率密度值满足相关规范及节能标准值。

4.4 建筑设备

(1)设备选型：变压器选用[D，yn11]结线组别的干式、低损耗、低噪音的节能产品；电动机、交流接触器、电子、电感镇流器选型符合现行国家标准中该类设备的能效限定值及能效等级评价标准。

(2)设备控制：大楼设置BA系统，对建筑设备进行集中监测、控制；大型空调、动力设备设置变频控制；电梯选用节能型并采用智能群控措施；模块机房内设置动力环境监控系统，实现机房环境动态调控的节能目标。

4.5 建筑能耗、动力环境监控管理系统

电力监控及能耗管理系统对变配电系统进行实时数据采集、开关状态检测及远程控制，通过平台分析数据中心电能消耗和系统电气参数，实施运维预案、精细化的电气设备管理，节约电力成本。

动力环境监控系统对机房动力环境设备以及计算机主机和网络系统进行自动化实时监视和有效管理，实施动态运维，提高管理效率和设备效能。

4.6 PUE值

本工程设计PUE为1.39 (总负荷5 872kW：IT负荷4 225kW)，符合行业绿色数据中心的评估标准。运维中使用建筑能耗、动力环境监控等动态管理系统，实现更高的运行节能目标。

5 项目自我评价

5.1 机房规划

(1)坚持“整体规划、分步实施”的数据中心设计原则。

(2)机房、电源等各功能版块进行模块化布局、能源(电力、空调)同层分配，实现供电、供冷最短、最优路径。

5.2 电气设计

(1)高、低压供电系统坚持模块化、可扩展、在线维护的供电设计原则，采用可靠、成熟的2N接线方案，满足GB 50174-2017《数据中心设计规范》附录A中 A级机房供电要求。

(2)变压器根据负荷类别、性质(建筑负荷、数据中心负荷)分类设置，供电关系清晰，运维便利，提高供电安全性并降低开关设备造价。

(3)自备电源采用10kV高压柴油发电机组并机的形式，具有系统电流小、损耗小、电缆投资小、可分期建设、扩容方便等优点。

(4)机房应急电源系统根据负载特性分类设置，具有针对性和安全性。

(5)建筑照明设计简洁、清晰，灯具选用节能、高效型，智能照明控制系统成熟、可靠。

(6)机电抗震采用大楼整体基础结构抗震设计，实现抗震效能最大化，成本最优化。

(7)根据用电负荷性质，在变电所集中设置电容补偿柜、有源滤波柜，提高系统功率因数，进行谐波治理，提高电能质量。

(8)完善的机房运维平台(电力监控及能耗管理系统、动力环境监控系统)及功能、设施完备的大楼智能化系统，提升了大楼的智能、智慧运营水平。

(9)合理、节能的PUE值，通过工艺布局，机房规划，设备选型，供电优化，能耗、动力环境监控的动态管理等措施实现节能、绿色数据中心的运维目标。

5.3 综合效益

数字福建云计算中心的建设整合了城市、企业各类IT资源，通过高压直流、服务器虚拟化、多核等新技术，提高资源的整体运行效率，减少城市信息化系统的维护、运营成本，提升了城市管理和公共服务水平，改善区域投资环境，有效促进地区招商引资。