《数据中心节能设计规范》编制说明

上海市地方标准《数据中心节能设计规范》编制说明一、工作简况（一）任务来源本标准任务由上海市质量技术监督局于2017年11月8日下达，根据沪质技监标〔2017〕454号文，《数据中心节能设计规范》列入2017年度第三批上海市地方标准制修订项目计划第10项，提出单位为上海市经济和信息化委员会，技术归口单位为上海市能源标准化技术委员会。（二）预期的社会经济效果通过本标准的制定，将推进上海市数据中心行业的节能工作，促进企业技术创新、管理升级，通过淘汰落后、鼓励先进等措施降低数据中心能源消耗，提升数据中心电能利用效率。（三）主要起草单位本标准起草单位：上海市能效中心、上海邮电设计咨询研究院有限公司、同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司、上海建筑设计研究院有限公司、上海市建筑科学研究院（集团）有限公司。上海市能效中心接获上海市质量技术监督局下达的任务后，即与上海邮电设计咨询研究院有限公司一起着手成立《数据中心节能设计规范》标准制修订起草组，标准起草工作由上海市能效中心、上海邮电设计咨询研究院有限公司、同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司、上海建筑设计研究院有限公司、上海市建筑科学研究院（集团）有限公司等单位代表参加。2018年1月17日，标准起草组由上海市能效中心召集，于上海能效大楼召开了“数据中心系列标准工作会议”，会议制定了各标准编制工作各阶段工作计划，就工作目标、工作程序、时间节点作布置并将调研任务落实至参加单位。标准起草组随后开展前期调研、资料搜集等准备工作。2018年5月，进行了标准起草组内部收集资料交流及各专业负责人分工、编写提纲等的落实。2019年2月13日、2月20日于上海邮电设计咨询研究院有限公司，标准起草组针对各专业在编写中的相关技术难点问题，进行了集中讨论。各起草组成员，结合参与上海市经济和信息化委员会（节能与综合利用处、信息基础设施管理处）发布的《上海市互联网数据中心建设导则（讨论稿）》的讨论，起草本标准条文。在编制过程中，会同《通信行业单位信息流量能源消耗限额（移动通信宏基站和数据中心部分）》编写组一起，听取了上海市经济和信息化委员会（节能与综合利用处、信息基础设施管理处）、华建集团、中国电信股份有限公司上海分公司、中国移动通信集团上海有限公司、中国联合网络通信有限公司上海市分公司、浦发银行、平安证券等单位的意见及建议。2019年5月31日，标准起草组于江苏路500号上海通信服务有限公司专题对本标准向上海市经济和信息化委员会（节能与综合利用处、信息基础设施管理处）、上海市能源标准化技术委员会做了专题汇报及初步审议。2019年6月~11月，结合2019年6月由上海市经济和信息化委员会组织编制，中国信息通信研究院具体承担的《上海市互联网数据中心建设导则（2019）》发布执行的政策要求，进一步修改完善本标准，形成征求意见稿。标准起草组内部经过2020年1月3日于同济大学建筑设计研究院、2020年3月28日、4月18日等多次通过网上视频会议方式，进行多轮专业内部或全员分析讨论会，并充分结合上海市数据中心发展的相关政策要求，完成《数据中心节能设计规范》送审稿。二、标准编制原则和确定标准主要内容的依据（一）制定标准的原则1、标准编写格式按照GB/T1.1的要求，引用标准采用最新版本。2、制定标准的目的是规范数据中心节能设计，指导数据中心节能减排工作，标准必须适应数据中心节能技术的发展方向，满足行业、企业可持续发展的需要，同时符合上海市节能减排的政策要求。3、标准的内容尽可能从实际应用出发，适合实际操作。（二）制定标准的主要内容本标准适用于以提升城市能级和核心竞争力为主要目的，面向国民经济各行业提供社会化基础信息服务的数据中心。企业和单位内部使用的专业数据中心建设可参照本标准。本标准结合上海地区的气象条件，规定了数据中心建设必须利用自然冷源等节能措施，从而达到DB31/652中电能利用效率PUEee等要求。（三）确定标准主要内容的论据1、修订依据（1）GB50174数据中心设计规范（2）GB50189公共建筑节能设计标准（3）GB50555民用建筑节水设计标准（4）GB50736民用建筑供暖通风与空气调节设计规范（5）GB50019工业建筑供暖通风与空气调节设计规范（6）GB50176民用建筑热工设计规范（7）GB51245工业建筑节能设计统一标准（8）T/CIE049绿色数据中心评估准则（9）YD5003通信建筑工程设计规范（10）DGJ08-107公共建筑节能设计标准（11）GB/T7106建筑外门窗气密、水密、抗风压性能分级及检测方法（12）GB19762清水离心泵能效限定值及节能评价值（13）DB31/652数据中心能源消耗限额（14）GB20052三相配电变压器能效限定值及能效等级（15）GB50034建筑照明设计标准（16）GB17625.1电磁兼容限值谐波电流发射限值（设备每相输入电流W16A）（17）GB17743电气照明和类似设备的无线电骚扰特性的限值和测量方法（18）GB50400建筑与小区雨水控制及利用工程技术规范（19）GB5033建筑中水设计标准（20）DB31/414冷却塔能效限定值、能源效率等级及节能评价值（21）DG/TJ08-2068公共建筑能耗监测系统工程技术规范2、数据中心选址及总平面布局数据中心选址，除需遵守《数据中心设计规范》GD50174-2017中4.1条外，需结合本市实际，充分挖掘及利用产业升级带来的机遇，充分利用工业废弃能源。备份数据中心，除特殊需求外，一般均应异地备份，宜选取能充分利用自然冷源并保障安全的地区建设。针对大型数据中心，强调分期建设时，应动态、匹配配置能源及设备，使各期数据中心建成后，均在节能状态下运行。本规范第4.8条，当数据中心仅为一栋建筑物的一部分时，强调了节能设计的合理规模要求，避免数据中心因规模过小而产生的耗能现象，并引导逐步淘汰此类过度性质的数据中心。3、建筑与建筑热工《数据中心设计规范》GB50174-2017第6.3.1条，“数据中心的建筑气候分区和围护结构热工设计应符合现行国家标准《公共建筑节能设计标准》GB50189的规定。当主机房与外围护结构相邻时，对应部分外围护结构的热工性能应根据全年动态能耗分析情况确定最优值。”第6.3.2条，“数据中心围护结构的材料选型应满足保温、隔热、防火、防潮、少产尘等要求。外墙、屋面热桥部位的内表面温度不应低于室内空气露点温度。”在工程实践中，上述条文的执行及理解均较为混乱。本章节依据上海市的气候特点及数据中心主机房等运行时发热机房的特点，结合工程实践，对建筑各部位的围护结构的建筑热工要求，做出详细要求。本规范第5.3条“当主机房与外围护结构相邻时，外围护结构（密度$500kg/m）传热系数应小于1.63IW/E・K）］”，其计算过程如下：1）外围护结构防结露计算：发热机房外围护结构热工性能必须满足内表面不结露，即满足围护结构内表面温度高于露点温度，在机房中，围护结构内表面接触的可能是送风环境或者是回风环境。当外围护结构内表面为送风环境时，根据GB50174规定，送风温度18-27，相对湿度W60%。满足围护结构不结露的最不利工况为送风温度271，相对湿度60%。当围护结构内表面为回风环境时，因为机房内送风与设备热交换过程为干工况，即送、回风的含湿量不变，因此回风工况点对应的露点温度跟送风工况点对应的露点温度相同，因此满足围护结构不结露的最不利工况还是送风温度TTC，相对湿度60%。如数据中心按民用建筑报建时，根据《民用建筑热工设计规范》(t-1)xRR=—nwn—R—R；R=R+R+Rminwt-tnwo,minminwnwnlRo,minR：围护结构最小传热阻；t：室内温度；t：室外温度；t：露点温度；o,minnwl以:围护结构内表面换热热阻；R:围护结构外表面换热热阻；以R:满足不结露要求的围护结构墙体热阻最小值；K：围护结构传热系数minw计当送风温度7TC，相对湿度60%时，露点温度18.61，根据上述公式计算出围护结构的最小传热阻为0・51[価・K)/W](最小热阻0.35[佰・K)/W]),t取《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》W上海市极端最低气温-10.FC。Rmin=Rminw*el*e2Rmin:不同材料和建筑不同部位的墙体热阻最小值；el：热阻最小值的密度修正系数；e2：热阻最小值的温差修正系数。对于围护结构热阻最小值的修正系数的取值：热阻最小值的温差修正系数取1.0。表M1.4-2热肌最小值的報茅惓止条縫部位修2与室外空气立接接他的国护結构1.0与有外窗的不采暖房间柑邻的国护结构0.8与无外窗的不采暖房间柑邻的国护结构0.5围护结构热阻最小值的密度修正，结合目前常用的200-250mm厚的加气混凝土砌块密度，围护结构热阻最小值的密度修正系数取1.3。JtJt许溫差山，債(V)表L1-W^5-I-^5-I-41热阻锻小值的帝度修疋系融密度p^12001200>p^800800>p^500500>p修」荒数E]1.01.2131.4沪；p为围护结枸的密度修正后的围护结构的最小热阻为Rmin=0・45[(m2・K)/W],对应修正后的围护结构的传热系数为1.63[W/(tf-K)]。如数据中心按丙类厂房报建时,根据《工业建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB50019，其外围护结构的最小传热阻按照下列公式计算：（t-1）xaR=KnwR；o,minAtnyK=-1-Ro,minR：围护结构最小传热阻；t：室内温度；t：室外温度；o,minnwa：围护结构温差修正系数；R:围护结构内表面换热热阻；nK最小传热阻修正系统，砖石墙体0.95，外门取0.6,其他取1；R:满足不结露要求的围护结构墙体热阻最小值；K：围护结构传热系数minw根据以上分析，同样计算送风温度271，相对湿度60%工况点对应的最大传热阻。各参数取值如下：t=-10.1°C,K=1,a=1,R=0.115[(m2・K)/W],R=0.043[(m2・K)/W]wnwAT取值根据《工业建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB50019y的规定，At=tn-t]对应27C，相对湿度60%工况，At=27-18.6=8.4Cynl。y据此计算出工业建筑R二0.51[(^・K)/W],K=1.97[W/(tf・K)]。o,min室内干溟程庚的区分ML1-11、1_____Si度ft：?<1213—24>24乂、卜慢5还常fil—7551—6041—50>?561—7551M0>7&>fiO外墙屋顶牢肉幣吒下嫌成止常的工业上业规曲也笛物7.05.5宝内空吒干端的生产厂房10.0&Q室内空吒褂度正常的生产厂宙?tQ宅肉空气潮涅的艺共建现■.生产厂屈屍辅助宦筑物：耳车允许墻和皿仙内应庇结站时当仪不允许顼榻内表面结3K時tf—ti7.0tl*至内空％潮湿且具帀般曲性介质時生产厂屈fB—室内就州肚大于打WWJ1计算和对很曲不丸于50妮的生产厂帛l?ro注，1.宝内空兀干軽赛度的区井"应棍据室虫漏度和棚对颯世桂表1J-9确定L2.与年帰空愀郴通的權板和非供啜地下率上直的權桩.苴兄许泓起血，值可來用乩I击中乍年节室内计算温度灯——在窕内计算蛊度fll相茸濯皮扰况下的齋应盅I®即：围护结构的传热系数为1.97[W/(m?・K)]。综合民用建筑及工业建筑报建的计算结果，统一取外围护结构传热系数小于1.63[W/(tf•K)]。实际工程中，可根据实际的围护结构密度对围护结构传热系数进行修正。外围护结构全年能耗简化分析计算：本规范结合上海市典型气象年的日平均温度(《中国建筑热环境分析专用气象数据集》)，根据以下公式，对外围护结构进行了全年能耗简化分析(假定全年围护结构内侧环境温度恒定)。Q=K*F*号65(t-1)npi=1Q：围护结构全年由内向外的传热量，kW；K：围护结构的传热系数；F：围护结构面积；t:围护结构内侧的环境温度；t:室外的日平均温度np经过简化计算，当围护结构内侧环境温度为16.71时，发热机房围护结构内、外全年的传热达到平衡(即全年围护结构内侧向外的传热量与围护结构外侧向内的传热量相等)。即：当tn=16.7°C时，q=0kW根据GB50174规定，送风温度18-27C，相应回风温度230C,因此外围护结构内侧的环境温度〉16.71。从全年能耗分析，围护结构需要向外传热。外围护结构的传热系数越大，围护结构内侧向外传出的热量越多，需要冷源带走的热量相应就越少，冷源的能耗就越低。3）结论综合考虑外围护结构防结露要求及全年能耗简化分析，外围护结构的传热系数满足防结露要求（应小于1.63[W/E・K）]）的前提下，传热系数越大越好。本规范第5.4条，当数据中心内部布局为邻外墙布置走道时，其对应部分外围护结构的传热系数参照了GB51245《工业建筑节能设计统一标准》中一类工业建筑夏热冬冷地区外墙的传热系数的限制要求，同时结合工程实践，一般外墙除考虑不结露、节能要求的全年热平衡外，尚需考虑有一定的安全围护、不渗水等建筑构造要求，故参照工程常用的200-250mm厚加气混凝土砌块传热系数等做法，给出了传热系数的限制范围。经查，蒸压加气混凝土砌块墙200~250mm时，其外墙平均传热系数为0.72~0.94[W/（m2・K）],由此可推知，上海地区数据中心采用此类围护结构材料时，可不做保温。4、信息系统节能信息系统节能要求数据中心系统设计需提升整体资源利用率、并避免建设超出使用要求过度冗余的数据中心。电子信息设备平稳运行，使用高功率高能效比、耐高温、耐腐蚀、空气洁净度要求低的电子信息设备，均为高效控制机房环境，创造了节能设计的大前提。《绿色数据中心先进适用技术产品目录》是工业和信息化部节能与综合利用司为推动数据中心节能与绿色发展水平持续提升，推动绿色数据中心先进适用技术产品的应用，经企业自报，各地工业和信息化主管部门以及行业协会推荐，专家评审后编制而成。《绿色数据中心先进适用技术产品目录》每年会更新。5、通风与空气调节通风与空气调节章节，分别从一般规定、冷热源、输配系统、空调末端、气流组织五个部分进行了规定。本规范7.3.8条，冷水系统供水温度的规定：此处规定了空调冷水的供水温度不宜小于12°C,提髙冷水供水温度可以提髙冷机的COP值，从而降低主机能耗。空调系统中，空调主机的能耗占整个空调系统能耗的50%以上,提髙供水温度在降低主机能耗的同时,会增加末端风机的电耗,但是因末端风机电耗在整个空调系统电耗中占比相对主机电耗较小,因此,对于空调系统整体耗电来说,提髙供水温度是有利的。提髙冷水温度,可以延长自然冷源的使用时间,减少主机全年的运行能耗。供水温度12°C时，完全自然冷源供冷运行时间约为2500小时,自然冷源+主机联合运行时间超过500小时,自然冷源的全年利用时间超过3000小时。对于封闭冷通道的机房来说，因整个机房环境是热环境，如果供水温度太髙，将会导致整个机房的环境温度过髙，同时，布放末端设备空间需求也增加。对于热通道封闭的机房，可以根据项目情况，适度再提髙供水温度。冷通道或机柜进风区域的温度的规定：冷通道或机柜进风区域的温度在满足《数据中心设计规范》GB50174的基础上，宜取上限值。同时，如果电子信息设备可耐髙温，可以不受《数据中心设计规范》GB50174的限制。自然冷源利用的规定：根据上海市典型气象年气象参数，数据中心自然冷源的利用时间不宜小于3000小时，才能达到现行规范要求的PUE值。对于错峰蓄冷的规定：当存在峰谷电价时，利用数据中心的冗余机组及应急冷源，利用谷值电蓄冷，峰值电时供冷，可以在不增加初投资的基础上，节省运行费用，同时还可以平衡电网的运行。对空调冷水的供回水温差及空调末端的送回风温差进行了规定，空调冷水的供回水温差及末端的送回风温差影响水泵及风机的能耗。尤其是末端风机电耗，增大温差，减少风量，对节省风机电耗较为明显。同时增大供回水温差还可以减小水管的管径，节省初投资。机房内气流组织的规定：对于机房内的气流组织形式，应结合机柜自身的进出风方式、设备散热量、设备布置形式，满足设备的散热需求，并提高冷量利用率。采用架空地板下送风时，地板下的风速大小，应能满足地板送风口的出风均匀，不出现局部区域风量过多或过少的情况。当采用新型、非常规的气流组织方式时，应采用计算流体动力学对主机房气流组织进行模拟和验证。“非常规”气流组织形式即机柜密度大，送回风方式特殊等未经研究或实践验证的气流组织形式。6、电气系统电气系统章节，分别从一般规定、供配电系统节能设计、照明设计、电源系统四个方面进行了规定。由于数据中心业务发展迅速，如果一次全部建成，不但会导致首期投资巨大，而且由于初期业务设备少，供配电设备长期处于低负载率的运行状态，不利于节能，也不经济。所以要求供配电系统设计应根据发展规划分期实施。应针对电气系统构成做全方位的节能分析，在安全、可靠的前提下，变配电系统设计应将节能作为主要技术经济指标进行多方案比较，优化设计方案，改进机电设备经济运行方式，提高变配电系统节能运行的实效性。根据国家电网公司《电力系统电压质量和无功电力管理规定》及《上海电网若干技术原则的规定》，规定10kV、35kV及以上级别的供电用户，高压侧功率因数不宜低于0.95。电子信息设备采用交流供电时，常需要使用交流UPS电源系统进行保障。交流UPS电源采用双变换工作模式，整流环节—逆变环节，转换环节多，效率降低。直流电源系统内部只有整流环节，转换环节少，效率较高。当电子信息设备可采用直流设备时，推荐采用直流电源系统供电。目前,电子信息设备常用的额定工作电压有直流-48V、直流240V、直流336V、交流220V/单相、交流380V/三相等。功率相同时，采用较高的供电电压可以减小工作电流，降低供电线路损耗。交流UPS电源按照其设计电路的工作频率划分，目前可分为工频机型UPS和高频机型UPS两大类，通常高频机的效率高于工频机的效率。双变换式UPS电源主要的节能技术就是“ECO模式”，是UPS为提高用电效率，降低部分电源保护功能的一种运行模式，目前不同产品被冠以多种不同的名称，主要有：“ECO模式”、“ESS节能系统”、“SEM模式（超级ECO模式）”、“VFD市电供电模式”等。机房监控最低照度参考地下车库照度要求。在此照度下，摄像机可做到颜色无失真的监控。7、给水与排水从冷却塔补水，耗水，选型，台数及布置等方面对冷却塔的选用进行了规定。当选用的冷却塔产品热力性能参数采用的空气干球温度、湿球温度与空调系统的相应参数不符时，应由生产厂家进行热力性能校核。设计中，通常采用冷却塔、循环水泵的台数与冷冻机组数量相匹配。当采用多台塔双排布置时，不仅需要考虑湿热空气回流对冷效的影响，还应考虑多台塔及塔排之间的干扰影响。设计时必须对选用的成品冷却塔的热力性能进行校核，并采取相应的技术措施，如提高气水比等。对空调循环冷却水水处理进行了规定：开式循环冷却水系统或闭式冷却塔的喷淋水系统受气候、环境的影响，冷却水水质比闭式系统差，改善冷却水系统水质可以保护制冷机组和提高换热效率。应设置水处理装置和化学加药装置改善水质，减少排污耗水量。开式冷却塔或闭式冷却塔的喷淋水系统设计不当时，高于集水盘的冷却水管道中部分水量在停泵时有可能溢流排掉。为减少上述水量损失，设计时可采取加大集水盘、设置