电子信息系统机房工程设计与施工

        摘要依据《电子信息系统机房设计规范》和《电子信息系统机房施工及验收规范》对电子信息系统机房工程设计与施工的规定。介绍了国家建筑标准设计图集《电子信息系统机房工程设计与安装》是如何解决机房工程中常遇到的设计与施工问题的。
        关键词          电子信息系统机房          规范          设计          施工
        随着信息技术和数字技术的迅速发展。电子信息系统机房(下面简称机房)工程的建设越来越多,工程的规模也越来越大。机房工程作为一个独立的项目进行设计与施工呈上升趋势。机房工程的设计与施工,对投资者、设计院、集成商、施工、监理等都是一个需要提高认识的过程,涉及建筑、结构、空调、给排水、建筑电气等各个专业,但与一般的工程建设项目又有所不同。
        涉及这个行业的技术人员都希望有国家标准的支持。为了规范机房的设计与施工,指导机房工程的设计与施工,确保电子信息系统安全、稳定、可靠地运行,2008年1 1月12日,住房和城乡建设部批准发布了由中国电子工程设计院主编的《电子信息系统机房设计规范》(GB 50174—2008)和《电子信息系统机房施工及验收规范》(GB 50462—2008),2009年1月14日又批准发布了由中国电子工程设计院和中国建筑标准设计研究院主编的国家建筑标准设计图集《电子信息系统机房工程设计与安装》(09DX009)。根据两本规范,图集主要编制了机房的分级、分区、设备布置;机房供配电系统和接地系统的设计:电磁屏蔽室的做法、机房布线、监控、火灾报警系统及灭火系统的设置:机房建筑、结构、空调、给排水专业的要求及做法:机房工程示例等。

        下面分四个部分主要介绍规范如何规定电子信息系统机房工程的设计与施工.09DX009图集又怎么解决机房工程常遇到的设计与施工问题。
         1机房分级标准
      根据机房所处行业或领域的重要性、使用单位对机房内各系统的保障、维护能力,以及由于场地设施故障造成网络信息中断或重要数据丢失在经济和社会上造成的损失、影响程度, 《电子信息系统机房设计规范》将机房划分为三级,从高到低的排列顺序为A、B、C。机房分级标准、性能要求和系统配置见下表。
        需要补充说明的是电子信息机房的分级与机房的建设规模、投资没有直接的关系,标准图09Dx009中例举了A、B级机房的应用,如A级机房有:国家气象台;{gjj}信息中心、计算中心;重要的军事指挥部门;大中城市的机场、广播电台、电视台、应急指挥中心;银行总行;国家和区域电力调度中心等的电子信息系统机房和重要的控制室。B级机房有:科研院所;高等院校;三级医院;大中城市的气象台、信息中心、疾病预防与控制中心、电力调度中心、交通(铁路、公路、水运)指挥调度中心;国际会议中心;大型博物馆、档案馆、会展中心、国际体育比赛场馆;省部级以上政府办公楼;大型工矿企业等的电子信息系统机房和重要的控制室。
        2机房供配电
<<电子信息系统机房设计规范》规定了A、B、C级机房供配电的要求,A级机房的供电电源应按~级负荷中特别重要的负荷考虑.除应由两个电源供电(一个电源发生故障时,另一个电源不应同时受到损坏)外,还应配置柴油发电机作为备用电源。B级机房的供电电源按一级负荷考虑,当不能满足两个电源供电时。应配置备用柴油发电机系统。C级机房的供电电源应按二级负荷考虑。
        A级机房供电系统框图见图l,B级机房供电系统框图见图2。根据机房用电量的大小,市电电源电压可选用10 kV、380 V。
        当变电所和机房在同一个建筑内时。低压配电系统宜采用TN—S系统。当变电所和机房不在同一个建筑内时.系统宜采用TN—C—S
系统。柴油发电机容量、台数及电压等级的选择原则:柴油发电机的容量应包括UPS、机房专用空调和制冷设备的基本容量及应急照明、
消防、监控等设备的容量。柴油发电机的容量小于2 500 kW,且柴油发电机房与主机房的距离小于500m时,优先选用低压柴油发电机组柴油发电机的容量大于2 500kW,且并机运行时,宜采用高压发电机组。柴油发电机组不要求冗余配置时。宜优先选用单台柴油发电机组。09DX009分别提供了三种A级、B级机房供电系统图,以A级机房为例,{dy}个方案(见图集第13页):两路10 kV电源,备用10kV柴油发电机组。两路10 kV电源分别向两段母线供电,每台变压器的负荷率不大于50%,当一台变压器故障时。另一台变压器可带起全部负荷。当两路10kV市电电源均失电后,柴油发电机自启动,发电机并机成功后,向两段10 kV母线供电。第二个方案(见图集第14页):两路10 kV电源.备用O.4 kV柴油发电机组。考虑到两段母线的联络开关同时发生故障的可能,所以当任一段0.4 kV母线失去市电电源后,柴油发电机自启动,发电机并机成功后。向两段0.4 kV母线供电。第三个方案(见图集第15页)两路0.4 kV电源,备用O.4 kV柴油发电机组。

        图集还介绍了三个B级机房工程的供电系统方案,两个C级机房工程的供电系统方案。设计人员可根据机房工程的级别及现场情况。选用上述供电系统。值得一提的是机房工程UPS电源除具有常见的不间断供电功能外,其主要功能是保证电源的质量。达到稳频稳压。所以无论是A级机房还是C级机房。IT设备的供电都是由UPs完成的。
         3机房等电位联结与接地
         xx电位差的{wy}方法是做等电位联结。美国国家电气法规NEC和国际电工委员会IEC的标准规定:每一建筑物(每一装置)的所有接地体都应等电位直接连接在一起。IT电子设备的基准电位与建筑物的电位保持一致,没有了电位差,设备与人员的安全就得到了保证。《电子信息系统机房设计规范》(GB 50174—2008)规定了保护性接地(防雷接地、防电击接地、防静电接地、屏蔽接地等)和功能性接地(交流工作接地、直流工作接地、信号接地等)宜共用一组接地装置。其接地电阻应按其中最小值确定。机房内所有设备的可导电金属外壳、各类金属管道、金属线槽、建筑物金属结构等均应作等电位联结并接地。机房工程常用的三种等电位联结方式:
         a.S型(星形结构、单点接地),适用于易受干扰的频率在0~30 kHz(也可高至300 kHz)的电子信息设备的信号接地。对于C级建筑面积小于100 m2的机房,IT(电子信息)设备可采用S型等电位联结方式。这种方式能同时实现保护接地和信号接地.是最为简单易行的。
         b.M型(网形结构、多点接地),适用于易受干扰的频率大于300 kHz(也可低至30 kHz)的电子信息设备的信号接地。IT设备除连接PE线作为保护接地外,还采用两条(或多条)不同长度的导线尽量短、直地与设备下方的等电位联结网格连接。网格的作用是为电子设备抑制高频干扰提供一个低阻抗的参考平面.从而降低干扰水平。大多数IT设备应采用此方案实现保护接地和信号接地。
         c.SM混合型等电位联结方式.是单点接地和多点接地的组合。可以同时满足高频和低频信号接地的要求。由于在高频条件下导体存在电容耦合,互相靠近的导体间存在电感耦合。高频干扰信号将通过这些耦合进行传导。为了xx这种干扰。产生了混合型等电位联结的接地方式。采用这种方式时,在有需要的楼层内需装设水平等电位网格,这些网格又和所在场所的电气装置外露导电部分、建筑物金属结构、管道等就近相连接。各楼层间也通过金属结构、管道等互相作垂直的连接。09DX009第31、32页介绍了这种联结方式,机房接地示意图见图3。

        图中等电位联结带、各类金属管道、金属线槽、建筑物金属结构均与局部等电位联结箱连接后,再接至大楼总等电位联结箱(或带)。机柜采用两根不同长度的6 mm2软铜线与等电位联结网格(或等电位联结带)连接.从UPS配电柜至列头柜的PE线截面应符合《电子信息系统机房设计规范》PE线最小截面的要求.从列头柜至机柜的N、PE线,因单相负荷较多其截面应与相线相同。降低“零地”电压的方法除了使UPs设备尽可能地靠近IT机房,缩短供电距离;单相负荷应均匀地分配在三相上,中性线截面不小于相线截面外,加装隔离变压器也是一个很好的方法(成本相对高些)。图3中的列头柜是带隔离变压器的,当列头柜不带隔离变压器时,列头柜的N线需与UPS配电柜的N线连接,N线截面应与相线相同,同时列头柜里的N线与PE线断开,见图4。

        4机房的空气调节
        随着IrI’技术的发展,Irll设备的发热鼍越来越大.IT设备耗电量中的97%都转化为热量,因此在现代机房中,空调系统设计已非常重要。空调的冷负荷主要是服务器等IT设备的散热,因此机房的空调设计主要考虑夏季冷负荷。对于前进风,后出风方式冷却的IT设备,要求设备的前面为冷区,后面为热区。这样有利于设备散热和节能。当机柜或机架成行布置时。要求机柜或机架采用面对面、背对背的方式。机
柜或机架面对面布置形成冷风通道。背对背布置形成热风通道。如果采用其它的布置方式,有可能造成气流短路,不利于设备散热。对机柜或机架高度大于1.8 m、设备热密度大(单台机柜发热量大于3 kW)、设备发热量大或热负荷大(单位面积的设备发热量大于300 W/m:)的主机房。从有利于设备的散热的角度考虑,宜采用活动地板下送风、上回风的方式。图5为冷热通道气流组织示意图,从图中可以看出,机
房专用空调机送出的冷空气。从地板送风口送出,从机柜正面进入,对机柜内各部件进行冷却后,热空气从机柜背面吹出回到机房专用空调机。
         当设备的发热最随着容超的增加而加大时。为了保证电子信息系统的正常运行,对IT设备的降温也出现多种方式。各种方式之间相互补充。本图集主要对5 kW、10 kW、14 kW和30 kW机柜高热密度机房的空调解决方案进行了图解,图6为10 kw机柜空调解决方案。
        在这个方案中,高热密度制冷系统由机柜顶置制冷终端和高热密度制冷主机组成。风冷制冷主机需要配置风冷冷凝器。冷冻水换热主机需要和冷冻水机组配合使用。高热密度制冷主机与制冷终端之间采用铜管连接。连接制冷终端的主供回冷媒管布置需要有4%o~8‰的坡度,坡向制冷终端。同样连接水平冷媒支管也需要有4‰~8%o的坡度。坡向主供回冷媒管。图6中带有△、o、◇符号的机柜顶置制冷终端分别由带有△、o、◇符号的制冷主机提供冷媒。
         除以上内容外。本图集还介绍了机房uPS谐波治理、利用隔离变压器降低“零地”电压、电磁屏蔽室安装、A级和B级机房设计案例、机房中用电设备电流谐波特性等内容。

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