《数据中心机房封闭通道设计规范（征求意见稿）》

1T/GDEA002—2023数据中心机房封闭通道设计规范本文件规定了数据中心机房封闭通道设计的术语和定义、数据中心分级与性能要求、机房环境要求、典型送回风方式、冷热通道布置原则、气流组织性能指标。本文件适用于新建、扩建、改建的数据中心机房封闭通道设计。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。GB50174—2017数据中心设计规范TIA—942数据中心电信基础设施标准（TelecommunicationsInfrastructureStandardforDataCenters）3术语和定义GB50174—2017、TIA—942界定的以及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冗余redundancy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。3.4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。3.5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。2T/GDEA002—20233.6电子信息设备electronicinformationequipment对电子信息进行采集、加工、运算、存储、传输、检索等处理的设备，包括服务器、交换机、存储设备等。3.7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。3.8机房空调computerroomairconditioner；CRAC专为电子信息设备机房服务的空调机组称为机房空调,功能上可以支持机房全年散热的要求,能够维持电子信息设备机房温度、湿度、空气洁净度以及维持空气循环等。机房空调包括风冷直膨机房空调、水冷直膨机房空调和冷冻水机房空调等。3.9封闭通道aislecontainment将机柜进风区域或机柜排风区域封闭起来的装置，主要作用在于避免冷热气流的掺混。4数据中心分级与性能要求4.1分级数据中心根据数据中心基础设施的可用性、稳定性和安全性由低到高分为四个等级：T1，T2，T3，T4。4.1.1T1基本数据中心单电源和冷却分布，没有冗余的构件，仍受计划性和非计划性活动所带来的中断影响，可提供99.671%的可用性。4.1.2T2冗余设计数据中心单电源和冷却分布，有冗余的构件，可轻微减少计划性和非计划性活动所带来的中断影响，可提供99.749%可用性。4.1.3T3可并行维护数据中心多路可用的电源和冷却分布通道，但平时只有一路在使用，由冗余的构件，可并行维护，所有计划性的基础设施相关活动不会影响计算机硬件的正常运行，可提供99.982%的可用性。4.1.4T4容错数据中心多路可用的电源和冷却分布通道，有冗余的构件，并支持容错能力，可提供99.995%的可用性。4.2性能要求4.2.1T1基本数据中心3T/GDEA002—2023a)拥有非冗余容量组件，以及一个单一的非冗余分配路径来为关键环境提供服务。基础设施包括：IT系统的专用空间、过滤电力峰值、谷值和暂时中断的UPS；专用冷却备；以及避免IT功能受长期断电影响的引擎式发电机。b)为引擎式发电机储备12个小时的现场燃料存储。4.2.2T2冗余设计数据中心a)拥有冗余容量组件，以及一个单一的非冗余分配路径来为关键环境提供服务。冗余组件是额外的引擎式发电机、UPS模块和能量存储、冷却器、散热设备、泵、冷却装置和燃料箱。b)为“N”容量储备12个小时的现场燃料存储。4.2.3T3可并行维护数据中心a)拥有冗余容量组件，以及多个独立分配路径来为关键系统提供服务。任何时候，只需一个分配路径为关键环境提供服务。b)所有IT设备均为双电源供电，并且合理安装以兼容机房架构的拓扑。如果关键环境不满足这一规范，则必须采用使用点开关等传输装置。c)为“N”容量储备12个小时的现场燃料存储。4.2.4T4容错数据中心a)拥有多个独立的物理隔离系统来提供冗余容量组件，以及多个独立、不同、激活的分配路径同时为关键环境提供服务。冗余容量组件和不同的分配路径配置时应采用的原则是，任何基础设施出现故障后，“N”容量均会为关键环境提供电力和冷却。b)所有IT设备均为双电源供电，并且合理安装以兼容机房架构的拓扑。如果关键环境不满足这一规范，则必须采用使用点开关等传输装置。c)补充系统和分配路径必须相互物理隔离（分区化），以防任何单项事件同时影响两个系统或分配路径。d)需要连续冷却。e)为“N”容量储备12个小时的现场燃料存储。5机房环境要求5.1对于需要配置专用空调的机房，应具备制冷、滤尘、温度、湿度自动控制功能和低湿告警功能，其温、湿度传感器应安装在回风口。5.2当机房空调的加湿和除湿度达不到湿度要求时，应采取辅助加湿、除湿措施，如安装滤尘加湿机或除湿机。5.3对有人值守的机房，应保证机房内有足够新风量（以同时工作的最多工作人员计算，每人新鲜空气量不小于40m3/h）。5.4加热、通风和空调系统应保证每天24h、每年365d提供。如果建筑物系统不能确保连续运行，为满足大型设备的需要，应为机房提供一个单机装置。5.5数据中心机房内的温度、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。4T/GDEA002—2023表1数据中心机房环境要求18℃~27℃5℃~45℃,8%～80%，同时露点温度不大于27℃18℃~28℃、35%～75%5℃~35℃、20%～80%6典型送回风方式6.1房间级空调6.1.1受层高限制且采用房间级精密空调的数据中心机房可采用硬地板送回风布局，其典型布局结构有以下两种：a)硬地板上送风布局。该布局容易出现气流掺混现象，造成局部热堆积，形成局部过热，仅适用于发热量不大且对气流组织要求不严格的区域，系统形式如图1所示。b)硬地板下送风布局。该布局具有相对更好的气流组织，且可以在若干台空调机底部采用送风联箱连接，在机柜通道处设置送风风口，达到更好的送风效果，系统形式如图2所示。图1硬地板上送风布局图2硬地板下送风布局6.1.2采用房间级精密空调的数据中心机房宜采用架空地板送回风布局。机房设有架空地板，地板下送风，空调顶部上回风。空调送风至架空地板静压箱中，冷风经过开孔地板送入机房冷通道内，冷却机5T/GDEA002—2023柜内服务器后回到空调，完成换热过程，系统形式如图3所示。图3架空地板送回风布局6.1.3对散热量大的机房宜采用上走线方式；对于采用下走线方式，应防止空调送风通道被堵塞，并要有防止冷凝水滴漏的措施。6.1.4空调送风应畅通，架空地板距离地面应有400mm～500mm的空间，并且地板下布放线缆要设走线缆槽，防止空调送风通道堵塞。6.1.5对于功率密度大于6kW/机架的数据中心机房，不宜采用房间级制冷。6.1.6机房内机柜布置2列（行）及以上时，应采用冷/热通道气流遏制。6.2行间级空调6.2.1空调设备尺寸应与机柜相匹配，安装于机柜列间，空调将冷风水平送入冷通道内，吸收服务器散热后从机柜背部排出，最终由空调背部吸入，经盘管冷却后再次送入冷通道，完成制冷循环。其系统形式如图4所示。图4行间级空调送回风方式6.2.2行间级制冷设计应根据特定机柜行的实际需要，有针对性地确定制冷容量和冗余。对于室内空气混合程度很高的系统，制冷容量需增加30%。6.2.3对于新建数据中心机房，无设置架空地板的条件时，宜采用行间级制冷。6T/GDEA002—20236.2.4对于功率密度大于6kW/机架的数据中心机房，宜采行级制冷。6.3机柜级空调6.3.1机柜级空调专用于某一机柜，安装于机柜背面或其他部位，贴近机柜内热源进行精确供冷。机柜级空调包括背板空调、插框空调等。图5背板空调系统形式6.3.2机柜级空调设计应针对特定机柜的实际需求来确定制冷容量和冗余。制冷容量的确定应考虑设备（包括电源设备）的热负荷、建筑物的传导热负荷、考虑加湿所需而过度规划的热负荷。6.3.3机柜级空调包括采用冷板式液冷、喷淋式液冷以及浸没式液冷等液冷技术的机柜：a)冷板式液冷。在CPU和内存等主要发热器件侧固定一块板式换热器，冷却液体在泵的作用下流经冷板内将服务器产生的热量带走，再经过外部换热器将热量散出。b)喷淋式液冷。低温冷却液通过泵的作用由管路输送至机柜内部,进入机柜后冷却液通过分液支管进入与服务器相对应的喷淋设备，与发热元件进行热交换实现对设备的散热。c)浸没式液冷。将发热元件直接浸入冷却液中，依靠液体的流动循环带走服务器等设备运行产生的热量。7冷热通道布置原则7.1基本概念7.1.1自然送回风。是仅利用房间的墙壁，天花板以及地板对送回风气流进行限制的送回风气流分配系统。7.1.2精确送回风。一套机械装置（如通风管道，穿孔地板砖，放置在机柜行的冷却装置）直接将送回风控制在离IT设备进出风口三米以内的距离的送回风气流分配系统。7.1.3气流遏制送回风。IT设备的送回风气流被完全封闭并隔离，以此消除冷风和热风间的混合的送回风气流分配系统。7.2设备布置原则7T/GDEA002—20237.2.1数据中心机房内的各类设备应根据工艺设计进行布置，应满足系统运行、运行管理、人员操作和安全、设备和物料运输、设备散热、安装和维护的要求。7.2.2A级数据中心中相互备用的设备应布置在不同的物理隔间内，相互备用的管线宜沿不同路径敷7.2.3机房内通道与设备间的距离应符合下列规定：a)用于搬运设备的通道净宽不应小于1.5m；b)面对面布置的机柜正面之间的距离不宜小于1.2m；c)背对背布置的机柜背面之间的距离不宜小于0.8m；d)当需要在机柜侧面和后面维修测试时，机柜与机柜、机柜与墙之间的距离不宜小于1m；e)成行排列的机柜，其长度超过6m时，两端应设有通道；当两个通道之间的距离超过15m时，在两个通道之间还应增加通道。通道的宽度不宜小于1m，局部可为0.8m。7.2.4单机柜运行功率达到5kW以上的机房，当采用地板下送风时地板的架空高度应≥0.6m，以保证有效通风，冷热通道宽度应≥1.2m，层高梁下应满足底座+机柜+顶部桥架/顶部热回风风道+消防管道等设施高度之和。7.2.5当采用房间空调地板下送风且机柜列长度超过15m时，应在两侧都放置空调进行通风，冷通道内全部采用通风地板。7.2.6服务器机柜应按照面对面或背对背的方式布置，以自然形成冷风通道和热风通道，其布置范例如图6所示。冷通道在机柜的前面。若采用架空地板及房间空调，电源分布电缆应安装在机柜上热通道在机柜的后面。若采用架空地板及房间空调，电信电缆桥架应安装在机柜上方（图6机柜布置范例7.2.7设备应安置在机柜中，从机柜前面吸入冷空气，热空气从后面或顶部后侧排出。。7.2.8空白挡板应安装在不用的机柜空间中，以改善热和冷通道的功能。7.2.9采用房间空调时，通风地板应位于冷通道。7.2.10机柜通风。应选择能够给其内部设备提供足够通风的机柜。通风能够通过下列方法达到：a)利用电扇强迫通风；b)利用热和冷通道自然的气流，通过机柜前门和后门的开口通风；c)以上两种方法的结合。7.2.11通过前后门的缝和孔应提供至少相当于50%全部开放空间的通风。8T/GDEA002—20237.2.12机柜的最大高度为2.4m。机柜高度不宜超过2.2m，以能够更容易接入安装在顶部的设备和连接硬件。7.2.13机柜应有足够的深度及宽度：其中1200mm深度机柜满足常规800mm深度服务器设备安装（超过800mm深度服务器可采用定制性机柜）；宽度除满足GB/T3047.2—1992标准外，同时机柜前后须预留足够的空间，以满足前后侧电缆、电源线、电缆管理硬件、PDU等设施的安装布置且不得影响服务器设备的安装、操作及维护。7.2.14机柜间距应依据机柜发热量与空调制冷效果决定。其理论计算公式如式(1)所示。式中：a——机柜间距，即冷通道长度，m；P——单个机柜所需的冷风量，kg/h；Cp——空气的比定压热容，J/(kg·℃)；Δt——机柜进出口温差，℃;b——机柜长度，即冷通道宽度，m；v——活动地板下送风出口风速，m/s；η——活动地板开孔率，%。7.3气流分配方案7.3.1自然送风，气流遏制回风可冷却功耗最高为30kW的机柜，适用于大型数据中心机房，在所有气流分配架构中能效最高，允许较高的制冷设备送风温度，70%～100%的IT排出的热风将被捕获并输送回制冷设备，送风温度最可预测，如图7所示。图7自然送风，气流遏制回风7.3.2精确送风，自然回风可冷却功耗最高为6kW的机柜，适用于功率密度相对恒定的数据中心，但对新建数据中心机房不推荐使用，如图8所示。9T/GDEA002—2023图8精确送风，自然回风7.3.3精确送风，气流遏制回风可冷却功耗最高为30kW的机柜，适合解决高热机柜问题，较精确送回风能效更高，70%～100%的IT热风将被捕获并输送回制冷设备，允许较高的制冷设备送风温度，如图9所示。图9精确送风，气流遏制回风7.3.4气流遏制送风，自然回风可冷却功耗最高为30kW的机柜，较精确送风更节能，但与气流遏制回风相比效率较低，如图10所示。图10气流遏制送风，自然回风7.3.5气流遏制送风，精确回风可冷却功耗最高为30kW的机柜，较精确送风更节能，但与气流遏制回风相比效率较低，如图11所示。T/GDEA002—2023图11气流遏制送风，精确回风7.3.6气流遏制送风，气流遏制回风可冷却功耗最高为30kW的机柜，适用于具有严格要求的数据中心机房环境，由于风扇能耗较高，比采用自然送风或精确送风和气流遏制回风的方案效率稍低，可允许较高的制冷设备送风温度，如图图12气流遏制送风，气流遏制回风7.3.7自然送风，自然回风可冷却功耗最高为3kW的机柜，适用于功耗低于40kW的小型网络机房，该方案绝大多数数据中心不推荐使用。所有的冷送风气流将与热回风进行混合，送风温度难以预测，在所有气流分配架构中能效最低，如图13所示。7.3.8自然送风，精确回风可冷却功耗最高为6kW的机柜，该方案绝大多数数据中心不推荐使用。40%～70%的IT热回风将被捕获并输送回制冷设备，如图14所示。T/GDEA002—2023图14自然送风，精确回风7.4封闭通道设置7.4.1冷通道气流遏制系统（CACS）方法本方法适用于架空地板（房间级制冷的下送风设备）气流分配系统。CACS将冷通道进行封闭，使机房内的其它区域成为一个庞大的热回风通道。通过封闭冷通道，将冷热气流隔离开来，如图15所示。CACS在以下情况推荐采用：a)当机柜和IT设备采用冷/热通道布局时；b)当数据中心采用架空地板送风和自然回风气流分配方式时；c)当高密度机柜无法从架空地板获得足够冷风时；d)当气流遏制项目必须快速完成时。CACS在以下情况不是最佳解决方案：a)未采用冷/热通道布局，而且也不可能升级为该布局时；b)下送风制冷装置与硬地板配合使用时（即自然送风与自然回风）；c)因地板下的障碍（如布线和管网等），穿孔地板无法提供足够冷风时；d)当人员经常长期位于数据中心时（热作业环境）。图15冷通道气流遏制系统7.4.2热通道气流遏制系统（HACS）方法本方法既可用于架空地板，也可用于硬地板（房间级制冷）气流分配系统。垂直风管HACS将热通道封闭，使室内其它区域成为一个庞大的冷回风通道，如图16所示。HACS在以下情况推荐采用：a)当机柜和IT设备采用冷/热通道布局时；b)当数据中心机房采用吊顶作为热风回通道时；c)人员经常位于数据中心时（不会在未部署气流遏制的区域造成热作业环境）。T/GDEA002—2023垂直风管HACS在以下情况不是最佳解决方案：a)未采用冷/热通道布局，而且也不可能升级为该布局时；b)无吊顶（因此需要特殊的回风管道系统），或室内净高不够（无法安装吊顶回风通道）。图16热通道气流遏制系统7.4.3行间级制冷冷通道气流遏制系统（行间级制冷CACS）方法本方法适用于配备周边制冷装置，且所有机柜都采用某种形式的冷通道部署的数据中心机房，且需要在机柜间添加制冷装置。冷通道被封闭，气流遏制系统作为一个区域模块部署，如图17所示。行间级制冷CACS在以下情况推荐采用：a)当机柜和IT设备采用冷/热通道布局时；b)所有IT机柜都可部署成某种形式的冷通道气流遏制系统，以避免排出的热风从前面进入未进行气流遏制的机柜；c)当架空地板因高度或阻塞，达到最高制冷气流极限时；d)当无法通过添加更多周边制冷装置来提高制冷能力时；e)当部署气流遏制项目需要快速完成时（预制解决方案能够缩短部署时间）。行间级制冷CACS在以下情况不是最佳解决方案：a)未采用冷/热通道布局，而且也不可能升级为该布局时；b)预算有限时（行间级制冷装置需要高的投资成本）；c)无法为插入行间级制冷装置而在行内移动IT机柜时；d)数据中心布满了IT机柜（难以隔离）。T/GDEA002—2023图17行间级制冷冷通道气流遏制系统7.4.4行间级制冷热通道气流遏制系统（行间级制冷HACS）方法本方法适用于已部署行间级制冷装置的数据中心机房，也可用于已部署周边制冷装置的数据中心机房。对于已部署行间级制冷装置的数据中心机房，只需在通道上添加顶棚面板，就能实现气流遏制。对于已部署周边制冷装置的数据中心，该气流遏制解决方案需要在机柜间添加制冷装置，如图18所示。行间级制冷HACS在以下情况推荐采用：a)当已经部署了行间级制冷装置时；b)当机柜和IT设备采用冷/热通道布局时；c)当在已有低密度数据中心添加高密度机柜时；d)当需要节省地板空间时（所占空间相当于两行低密度机柜所占地板面积）；e)当人员需要经常驻扎在数据中心机房时（不会在未部署气流遏制的区域造成热作业环境）；f)当气流遏制部署项目需要快速完成时（预制解决方案能够缩短部署时间）。行间级制冷HACS在以下情况不是最佳解决方案：a)未采用冷/热通道布局，而且也不可能升级为该布局时；b)无法在机柜行中间移动IT机柜来插入行间级制冷装置；c)没有可以部署新机柜模块所需的机房内部额外地板空间。图18行间级制冷热通道气流遏制系统7.4.5机柜气流遏制系统（RACS）方法T/GDEA002—2023本方法对于极高密度的机柜是一个理想的解决方案，通过将行间级制冷装置与机柜集成在一起，限制气流仅在此气流遏制系统内部循环，如图19所示。RACS在以下情况推荐采用：a)当零散分布高密度机柜，或需要隔绝噪声时；b)当需要在独立开放数据中心环境，或混合部署环境实现完全隔离，或防止暴露于热通道时；c)在缺乏任何制冷，直接暴露于高温环境的高密度设备的配线间。RACS在以下情况不是最佳解决方案：a)需要频繁将机柜移入或移出已有的机柜行时；b)需要对多行机柜行进行气流遏制时；c)当机柜、制冷装置等的尺寸互不相同时；d)当通道宽度过窄而无法添加气流遏制系统时（气流遏制系统会加大机柜深度）。e)行机柜安装的IT设备存在部分前端排热、部分后端排热。图19机柜气流遏制系统8气流组织性能指标8.1机柜冷却指数机柜冷却指数（RackCoolingIndex，简称RCI）可评估数据中心内部IT设备是否能维持在适当的操作温度下，它提供了一个有意义的指标来衡量机柜冷却效率，并可进而评估机房环境及管理运用的优化设计。RCI可分为RCIHI、RCILO，其中RCIHI用于评估设备进气端是否有温度高于建议的操作温度；RCILO用来评估设备进气端是否有温度低于建议的操作温度。RCIHI与RCILO计算公式分别如式(2)、式(3)所示：式中：Tx——机柜进气端温度，℃;Tmax-rec——最高建议温度，℃;Tmax-all——最高允许温度，℃。T/GDEA002—2023式中：Tx——机柜进气端温度，℃;Tmin-rec——最低建议温度，℃;Tmin-all——最低允许温度，℃。对于A级数据中心，建议的设备进口温度为18℃~27℃,温度允许范围为15℃~32℃。RCI评估建议等级如表2所示。表2RCI评估建议等级8.2回风温度指数回风温度指数（ReturnTemperatureIndex，简称RTI）是机柜气流组织的评价指标，它可以评估系统供风是否过量或不足。过多的供风风量会造成旁路气流过多；而当供风风量