M1-02：GB 50174 A级数据中心环境与供电详解

模块1 / Day 3 学习目标：掌握GB 50174-2017中A级数据中心对环境和供电系统的全部技术要求，理解每项指标背后的工程逻辑，并能将其应用于平谷项目方案设计。

---

一、环境要求详解

GB 50174-2017对A级数据中心的环境要求覆盖了温湿度、洁净度、净高、噪声、照度、防静电、抗震、防水等多个维度。每一项要求都有明确的工程依据和违反后果。

1.1 主机房温湿度要求

1.1.1 标准数值

根据GB 50174-2017第5.1条：

条文出处：GB 50174-2017 第5.1.1条、第5.1.2条

1.1.2 背后的工程逻辑

为什么下限是18°C？

• IT设备内部的CPU、GPU等芯片在工作时会产生大量热量。进风温度如果太低（如15°C以下），可能导致：
  1. 设备内部温差过大，产生冷凝水（结露），导致短路
  2. 机械硬盘中的轴承润滑油变稠，影响启动和运行
  3. 制冷系统需要做更多的功（更低的出风温度 = 更高的能耗），PUE恶化
• 18°C是一个在安全性和能效之间的平衡点

为什么上限是27°C？

• CPU/GPU的工作温度通常有安全上限（一般在70~100°C之间，取决于芯片型号）
• 进风温度27°C + 设备内部温升（通常3050°C）= 设备出风温度可达5777°C
• 如果进风温度过高，芯片可能触发热保护（自动降频或关机），直接影响计算性能
• 对于平谷项目的GPU集群，这一点尤其关键——GPU在高温下会降频（GPU Throttling），AI训练速度会显著下降

为什么要控制湿度？

• 湿度过高（>60%RH）：电路板和接插件可能出现潮气凝结，导致漏电和腐蚀。金属引脚在高湿度环境中的电化学腐蚀速率会显著加快。
• 湿度过低（<20%RH，虽然GB50174未明确规定下限，但实践中需要关注）：静电放电（ESD）风险急剧上升。干燥环境中，人体行走产生的静电电压可达数万伏，远超芯片的ESD耐受能力（通常几百到几千伏）。
• 露点温度不高于17°C：这是防止结露的关键指标。露点温度是空气中水蒸气开始凝结的温度——如果空气的露点温度高于设备表面温度，水蒸气就会在设备上凝结成水滴。

1.1.3 违反后果

1.1.4 与ASHRAE标准的对比

ASHRAE（美国暖通空调工程师学会）TC 09.09委员会针对数据中心环境制定了自己的温湿度推荐标准：

对比分析：

• GB 50174的推荐温度范围（18~27°C）与ASHRAE A1的推荐范围完全一致
• 但ASHRAE允许范围更宽（15~32°C），这给了"利用自然冷却降低PUE"更大的空间
• 国内项目如果要利用自然冷却（Free Cooling），在节能和合规之间需要仔细平衡——严格按GB 50174设计可能限制了自然冷却的使用时间，但部分地方标准和新建项目已经开始参考ASHRAE的允许范围

1.2 辅助区域温湿度要求

数据中心不只有主机房，还有多个辅助区域，各有不同的温湿度要求：

条文出处：GB 50174-2017 第5.1节各条款

特别说明——电池室温度：

铅酸蓄电池的寿命与环境温度呈强负相关。行业公认的经验法则是：环境温度每升高10°C，电池寿命缩短一半。如果电池室设计温度为25°C，10年设计寿命的电池实际可用约10年；如果温度长期在35°C，实际寿命可能缩短到5年左右。因此，电池室的温控虽然在标准中不如主机房严格，但在实际工程中非常重要。

1.3 洁净度要求

1.3.1 标准数值

GB 50174-2017要求A级数据中心主机房的洁净度应达到ISO 14644-1 Class 8标准。

条文出处：GB 50174-2017 第5.1.3条

什么是ISO Class 8？

ISO 14644-1定义了从Class 1（最洁净）到Class 9（最不洁净）共9个洁净等级。Class 8相当于传统的"万级"洁净度（每立方英尺≥0.5μm的粒子不超过100,000个，换算为国际单位即每立方米约3,520,000个）。

作为对比：

• 半导体芯片制造车间：Class 1~5
• 手术室：Class 5~7
• 数据中心机房：Class 8
• 普通办公室：Class 9以上（不受控）

1.3.2 为什么数据中心需要控制洁净度？

1. 灰尘导致散热效率下降：灰尘沉积在散热片和风扇上，形成隔热层，导致设备温度升高
2. 灰尘导致短路：导电性灰尘（含金属颗粒）沉积在电路板上可能导致短路
3. 灰尘堵塞风道：服务器内部风道被灰尘堵塞后，风量下降，散热变差
4. 腐蚀性灰尘：含有硫化物等化学成分的灰尘会腐蚀电路板上的铜走线和焊点

实现措施：

• 新风系统配备G4+F7+H13多级过滤
• 维持正压（主机房内部气压略高于外部，防止灰尘从门缝进入）
• 定期清洁机房地板和设备表面
• 人员进入前更换防尘服或使用风淋室

1.4 净高要求

1.4.1 标准数值

条文出处：GB 50174-2017 第4.3条

1.4.2 为什么需要≥3m的净高？

机柜高度占用：标准42U机柜高度约2.0m（含顶部走线架可达2.2~2.5m）

空间分配（从地板到天花板）：

天花板
  ↑ 预留空间（消防喷头、照明、桥架）：0.3~0.5m
  ↑ 上方空间（热通道排风、回风管路）：0.3~0.5m
  ↑ 机柜顶部走线：0.2~0.3m
  ↑ 机柜本体（42U）：2.0m
  ↓ 活动地板面
  ↓ 活动地板下方（冷通道送风、布线）：≥0.5m
  ↓ 结构楼板面

如果净高不足3m：

• 机柜上方没有足够空间走线和回风
• 热通道的热空气无法有效排出
• 消防管路和喷头安装困难
• 照明灯具可能影响机柜开门或维护操作
• 制冷效率下降（冷热空气混合）

对平谷项目的影响：9120个6kW机柜产生大量热量，需要充足的上部空间来实现高效的热通道封闭和气流组织。建议净高至少3.2m。

1.5 噪声要求

1.5.1 标准数值

条文出处：GB 50174-2017 第5.4条

1.5.2 工程背景

65dB(A)大约相当于正常对话声到较吵的办公室之间的水平。

作为参考：

• 30dB(A)：安静的图书馆
• 50dB(A)：安静的办公室
• 65dB(A)：大声说话/繁忙的餐厅
• 80dB(A)：嘈杂的工厂车间
• 85dB(A)：长期暴露会导致听力损伤的阈值

噪声来源：

• 服务器风扇：每台服务器约50~70dB(A)，数千台叠加后极为嘈杂
• 精密空调风机：约60~70dB(A)
• UPS散热风扇：约60~65dB(A)

对运维人员的影响：

• 长时间在高噪声环境中工作会导致听力损伤
• 影响运维人员之间的交流和沟通
• 增加操作失误的概率
• 运维人员长期工作的监控中心应在65dB(A)以下

控制措施：

• 设备选型时关注噪声指标
• 使用隔声材料和减震底座
• 监控中心与主机房之间设置隔声墙和隔声门
• 运维人员进入高噪声区域时佩戴耳塞或降噪耳机

1.6 照度要求

1.6.1 标准数值

条文出处：GB 50174-2017 第5.5条

1.6.2 工程背景

正常照度（300lx）：

• 足以让运维人员看清服务器面板上的指示灯状态
• 能够识别线缆标签上的小字
• 进行机柜内的硬件操作（插拔硬盘、更换内存等）

应急照度（≥15lx）：

• 火灾或停电时，确保人员能安全疏散
• 应急照明由独立蓄电池供电（不依赖UPS或市电）
• 持续供电时间≥90分钟（GB 50034要求）

注意：

• 照明灯具应避免直接照射在服务器面板上，防止干扰指示灯判读
• 灯具应选用LED冷光源，减少向机房内散发的热量
• 照明配电应从UPS供电，防止市电中断时运维人员在黑暗中无法操作

1.7 防静电要求

1.7.1 标准数值

1.7.2 工程背景

静电对电子设备的危害：

• 静电放电（ESD）可产生瞬间数千伏到上万伏的电压
• CMOS芯片的ESD耐受能力通常只有数百到数千伏
• 一次不经意的静电放电可以直接烧毁芯片或导致潜在损伤（设备当时不坏，但寿命缩短）

防静电措施：

1. 防静电地板：架空活动地板应采用防静电材料（如HPL贴面硫酸钙板），其电阻值应在规定范围内——太低会导致电气短路风险，太高则无法有效泄放静电
2. 等电位连接：所有机柜、设备外壳、活动地板支撑架、金属管道等可触及金属部分都应通过等电位连接端子板连接到接地系统
3. 人员防护：运维人员进入机房应穿防静电服、防静电鞋，在接触设备前使用防静电手环

1.8 抗震要求

1.8.1 标准数值

条文出处：GB 50174-2017 第4.1.3条，参考GB 50011-2010《建筑抗震设计规范》

1.8.2 工程背景

什么是"乙类建筑"？

根据GB 50011-2010，建筑按抗震重要性分为四类：

• 甲类：特殊要求的建筑（如核电站）
• 乙类：地震时使用功能不能中断或需尽快恢复的建筑（如医院、消防站、A级数据中心）
• 丙类：一般建筑
• 丁类：次要建筑

"提高一度设防"的含义：

• 如果北京地区的基本设防烈度为8度，则A级数据中心应按9度的标准进行抗震设计
• 这意味着更粗的钢筋、更厚的混凝土、更牢固的节点连接
• 机柜和设备也需要进行抗震加固（底部螺栓固定、顶部支撑架等）

为什么数据中心需要抗震？

• 中国处于环太平洋地震带和欧亚地震带的交汇区域，地震频发
• 数据中心内设备密度极高（每排数十台数吨重的机柜），地震时如果机柜倾倒，后果极为严重
• 高架活动地板在地震中容易错位和坍塌，需要加强支撑
• 供电和制冷管路在地震中可能断裂，需要柔性连接

平谷项目注意事项：

• 平谷区位于北京东北部，基本设防烈度为7度
• A级数据中心应按8度设防
• 9120个机柜的地震荷载计算是结构设计的重要输入
• 应特别注意机柜抗震支架的设计和管路柔性连接

1.9 防水要求

1.9.1 标准数值

条文出处：GB 50174-2017 第4.4条

1.9.2 工程背景

水是数据中心的"天敌"之一。水浸事故在数据中心故障统计中占有不小的比例：

常见水患来源：

1. 屋顶漏水：防水层老化或施工质量问题导致雨水渗入
2. 空调冷凝水：精密空调的冷凝水管泄漏
3. 冷冻水管泄漏：冷冻水管路接头松动或管道腐蚀
4. 消防管道：消防水管误触发或泄漏
5. 市政管道：数据中心外部的市政给排水管道破裂

防水设计要点：

• 主机房上方不得布置任何水管（包括消防水管、生活给水管、冷冻水管）
• 如果冷冻水管必须穿越机房区域，应设置漏水检测系统和自动关断阀
• 活动地板下方应安装漏水检测线缆（定位式漏水检测）
• 机房四周应设置防水堤或挡水板
• 屋面防水等级不低于二级

---

二、供电系统要求详解

供电系统是数据中心最核心的基础设施——没有电，一切免谈。GB 50174对A级数据中心供电系统的要求覆盖了从市电引入到末端机柜配电的完整链路。

2.1 市电引入要求

2.1.1 标准要求

GB 50174-2017第8.1.2条明确规定：

A级数据中心应由双重电源供电。

"双重电源"（Dual Power Source）的详细定义：

根据GB 50052-2009《供配电系统设计规范》的定义，双重电源是指来自两个不同电源的供电。在数据中心的语境下，这意味着：

1. 两路市电应来自不同的变电站（最优方案）：

   • 一路来自变电站A，一路来自变电站B
   • 两个变电站来自不同的上级电源
   • 这样即使一个变电站全面故障（如变压器烧毁、母线短路），另一路仍可用

2. 或来自同一变电站的不同母线段（可接受方案）：

   • 当不具备从两个变电站引电的条件时
   • 两路应来自同一变电站的不同母线段，且母线段之间有联络开关但正常运行时分列运行
   • 这种方案的可靠性低于方案1，因为变电站级别的故障（如进线全失）会导致两路同时失电

3. 两路市电的引入线路应走不同的物理路由：

   • 不能在同一条电缆沟或管井中敷设两路电缆
   • 应从不同方向引入数据中心
   • 避免因施工挖断或自然灾害同时损坏两路线缆

条文出处：GB 50174-2017 第8.1.2条、GB 50052-2009 第3.0.3条

2.1.2 工程实践要点

电压等级选择：

• 小型数据中心（<5MW）：通常采用10kV双路引入
• 中型数据中心（5~20MW）：通常采用35kV双路引入
• 大型数据中心（>20MW，如平谷项目）：可能需要110kV专线引入，在园区内自建110kV变电站

平谷项目市电需求估算：

单机柜功率：6kW
机柜数量：9,120个
IT总负载：6kW × 9,120 = 54,720kW ≈ 55MW

考虑制冷、照明等辅助负载（按PUE 1.3估算）：
总用电功率 = IT负载 × PUE = 55MW × 1.3 = 71.5MW

考虑冗余（2N UPS意味着配电容量需要2倍）：
配电系统容量 ≈ 71.5MW × 2 = 143MW（配电容量，非同时用电量）

市电引入容量（考虑变压器效率和余量）：
建议引入容量 ≥ 80MVA × 2路 = 160MVA

这样的用电规模，必须采用110kV或更高电压等级的专线引入。

2.2 UPS系统完整要求

2.2.1 2N冗余的技术含义

"2N"的含义：配置两套完全独立的UPS系统，每套的容量都等于IT负载的总需求（N）。在正常运行时，两套系统各承担约50%的负载；当任一套系统需要维护或发生故障时，另一套可以独立承担100%的负载。

双总线UPS逻辑架构：

┌─────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                         A路（A总线）                             │
│                                                                 │
│  市电A ──→ ATS-A ──→ 变压器A ──→ UPS-A组 ──→ 配电柜A ──→ PDU-A │
│              ↑                                                  │
│           柴发A                                                 │
│                                                                 │
├─────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│                                                                 │
│                         IT设备                                  │
│                   (双电源输入)                                   │
│                    电源1 ← PDU-A                                │
│                    电源2 ← PDU-B                                │
│                                                                 │
├─────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│                         B路（B总线）                             │
│                                                                 │
│  市电B ──→ ATS-B ──→ 变压器B ──→ UPS-B组 ──→ 配电柜B ──→ PDU-B │
│              ↑                                                  │
│           柴发B                                                 │
│                                                                 │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────┘

说明：
- ATS（Automatic Transfer Switch）= 自动转换开关，在市电和柴发之间自动切换
- UPS-A组和UPS-B组各自可以是多台UPS并机（如4台500kVA的UPS并机成2000kVA）
- PDU（Power Distribution Unit）= 机柜配电单元
- IT设备通过双电源分别连接A路和B路

2N vs N+1 vs 2(N+1)的区别：

2.2.2 后备时间≥15分钟的依据

GB 50174-2017要求A级数据中心UPS的后备时间不少于15分钟。

条文出处：GB 50174-2017 第8.1.5条

为什么是15分钟？

这个时间不是随意定的，而是基于柴油发电机的启动时间倒推：

事件时间线：

T=0    市电中断
       ↓ UPS电池开始放电，IT设备不受影响
T=0~15s  柴发收到启动信号，开始自动启动
T=15s    柴发达到额定转速和频率（GB50174要求≤15秒）
T=15s~60s 柴发暖机、稳压、合闸
T=60s~120s  负载转移到柴发供电
T=120s   柴发完全接管供电

如果柴发正常启动：UPS电池只需要支撑约2分钟

但如果柴发启动失败呢？

T=0~15s  第一次启动尝试
T=15s~30s 第二次启动尝试
T=30s~45s 第三次启动尝试（一般允许3次自动尝试）
T=45s~   人工干预，手动启动或切换到另一路供电

15分钟的后备时间 = 为多次启动失败和人工干预预留的缓冲时间

实际工程中的考量：

• 15分钟是最低要求，实际项目通常设计为20~30分钟
• 蓄电池的容量会随时间衰减（通常按设计寿命末期80%容量计算）
• 高密度机柜（如6kW/柜）的电池组体积和重量非常大，需要单独的电池室
• 锂电池UPS相比铅酸电池，体积小一半以上，寿命更长，但成本更高且需要特殊的消防措施

2.2.3 UPS效率对PUE的影响

UPS的转换效率直接影响数据中心的PUE（Power Usage Effectiveness，电能使用效率）。

PUE计算公式：

PUE = 数据中心总用电量 / IT设备用电量

UPS效率对PUE的影响示例：

假设IT负载功率为55MW（平谷项目）：

从90%提升到97%，仅UPS这一项每年可节省约4.4MW的电力损耗。

工程启示：

• 现代高效UPS在双变换模式下效率可达96%~97%
• ECO模式（旁路优先）效率可达98%~99%，但牺牲了一定的供电质量
• 选型时应综合考虑效率、可靠性、维护成本
• 55MW级别的智算中心，UPS效率每提高1个百分点，年节约电费可达数百万元

2.3 柴油发电机系统完整要求

2.3.1 启动时间≤15秒的技术依据

条文出处：GB 50174-2017 第8.1.4条

为什么是15秒？

柴油发电机从冷态到满载供电需要经历以下过程：

1. 接收启动信号（0.1~0.5秒）
2. 启动马达带动曲轴旋转（2~5秒）
3. 柴油喷射、压燃（0.5~1秒）
4. 发动机自持运转并提速（3~5秒）
5. 达到额定转速（1500rpm/50Hz）并稳定（2~5秒）
——— 以上合计：约8~16秒 ———
6. 电压和频率稳定在允许范围内
7. ATS检测到柴发输出合格
8. ATS合闸，柴发接入负载

15秒的要求意味着从启动信号发出到发电机输出合格电压、频率的时间不超过15秒。

实现技术：

• 预热系统：缸套水加热器保持发动机在40~60°C的预热状态，大幅缩短冷启动时间
• 快速启动蓄电池：大容量启动电池确保启动马达有足够的扭矩
• 电子调速器：相比机械调速器，电子调速器能更快地稳定转速和频率
• 并行加载：先合闸（空载），然后快速递增加载（25%→50%→75%→100%），而非一次满载

2.3.2 燃油储备≥12小时的计算方法

条文出处：GB 50174-2017 第8.1.4条

A级数据中心要求柴油储备满足≥12小时满负荷运行。

计算方法：

步骤1：确定柴发总装机功率
  假设平谷项目总电力需求约80MW
  柴发按N+1冗余配置，假设采用2MW/台的柴发
  需要（80/2）+ 1 = 41台（实际可能分为A路B路各配置）

步骤2：计算每台柴发的燃油消耗率
  2MW柴发在满负荷时的油耗约为500~600升/小时（典型值）
  取550升/小时

步骤3：计算12小时总油耗
  总油耗 = 41台 × 550升/小时 × 12小时 = 270,600升 ≈ 270.6吨
  （柴油密度约0.85kg/L）

步骤4：确定储油罐容量
  考虑15%的安全余量：270.6吨 × 1.15 ≈ 311吨
  折合体积：311/0.85 ≈ 366立方米

  这大约需要4~6个100立方米的储油罐

注意事项：

• 储油设施应符合消防规范（GB 50160《石油化工企业设计防火标准》）
• 柴油的储存期限通常为6~12个月，需要定期更换
• 大型项目可能采用市政柴油管道或建设加油站式的燃油补给系统
• 应有燃油紧急补给预案（如与油品供应商签订应急供应协议）

2.3.3 柴发并机条件

当单台柴发的容量无法满足全部负载需求时（大型数据中心几乎都是这种情况），需要多台柴发并联运行（并机）。

并机的基本条件：

1. 同频同相同压：所有待并机的柴发必须在频率、相位、电压完全一致时才能合闸并联
2. 同型号同规格（推荐）：不同厂家或不同规格的柴发并机难度大、稳定性差
3. 自动并机控制器：现代柴发均配备数字并机控制器，可自动完成同期检测和合闸操作
4. 均载控制：并机运行时，各台柴发应均匀分担负载，避免某台过载、某台空载

并机的启动顺序：

1. 市电中断信号触发
2. 所有柴发同时启动
3. 第一台柴发达到额定参数后先合闸（成为母线电压基准）
4. 其他柴发逐台同期合闸
5. 所有柴发并机完成后，ATS将负载从UPS电池转移到柴发供电
6. 整个过程在15~60秒内完成

2.4 配电系统要求

2.4.1 A+B双总线配电架构

A级数据中心的配电系统采用A+B双总线架构，这是实现2N冗余和并发可维护性的物理基础。

完整架构层次：

第一层：高压引入
  110kV市电A ──→ 110kV GIS-A ──→ 主变压器A ──→ 10kV母线A
  110kV市电B ──→ 110kV GIS-B ──→ 主变压器B ──→ 10kV母线B

第二层：中压配电
  10kV母线A ──→ 柴发A组 ──→ ATS-A ──→ UPS变压器A
  10kV母线B ──→ 柴发B组 ──→ ATS-B ──→ UPS变压器B

第三层：UPS配电
  UPS变压器A ──→ UPS-A组 ──→ UPS配电柜A ──→ 列头柜A ──→ PDU-A
  UPS变压器B ──→ UPS-B组 ──→ UPS配电柜B ──→ 列头柜B ──→ PDU-B

第四层：末端配电（机柜级）
  PDU-A ──→ IT设备电源1
  PDU-B ──→ IT设备电源2

  或通过STS：
  PDU-A ──→ STS ──→ IT设备
  PDU-B ──↗

双总线的核心设计原则：

1. A路和B路物理隔离：两路配电不在同一个电气室、不走同一个桥架/管井
2. 每路独立承载100%：任一路断电或维护时，另一路能接管全部负载
3. 末端双输入：每台机柜应有A路和B路两个电源输入
4. 全链路冗余：从高压引入到末端PDU，每一级都有两路

2.4.2 STS（静态转换开关）的作用

STS全称：Static Transfer Switch（静态转换开关）

作用：在A路和B路供电之间实现无缝自动切换，为只有单电源输入的IT设备提供双路供电保护。

工作原理：

     A路输入 ──→ ┌────┐
                  │STS │ ──→ 输出到IT设备
     B路输入 ──→ └────┘

正常状态：STS优先使用A路供电
故障切换：当A路异常（欠压、过压、缺相等）时，
         STS在4~8毫秒内切换到B路供电
         切换时间极短，IT设备无感知
         （IT设备电源通常能容忍10~20ms的供电中断）

STS的适用场景：

• 部分IT设备只有单个电源接口（如某些旧型号服务器、部分网络设备）
• 这类设备无法直接连接A路和B路
• STS安装在A路和B路之间，为这类设备提供自动切换保护

注意：现代数据中心的IT设备大多标配双电源，STS的使用场景在减少。但在弱电系统的某些设备（如门禁控制器、视频监控主机）上，STS仍然有用。

2.4.3 末端PDU双路输入要求

PDU（Power Distribution Unit）= 机柜配电单元

A级数据中心的每个机柜应配备两台PDU（A路PDU和B路PDU），或配备一台具有双路输入、自动切换功能的PDU。

PDU的典型配置：

6kW机柜的PDU选型参考（平谷项目）：

单机柜功率：6kW
电压：220V
电流：6000W / 220V ≈ 27.3A

考虑冗余（每路PDU按100%负载配置）：
每路PDU需要支持≥30A的输出能力

推荐配置：
A路：1台32A智能PDU，C13/C19混合输出
B路：1台32A智能PDU，C13/C19混合输出

2.5 接地系统要求

2.5.1 保护接地

条文出处：GB 50174-2017 第8.3条

≤1Ω的实现方式：

• 主接地网采用铜排或镀锌扁钢，埋设在建筑物基础下方
• 通常采用TN-S接地系统（零线和地线全程分开）
• 接地体可以利用建筑基础钢筋作为自然接地体，不够时增设人工接地极
• 土壤电阻率高的地区可能需要降阻措施（如换填低电阻率土壤、使用降阻剂）

2.5.2 防雷接地

A级数据中心按二类防雷建筑设计，要求：

外部防雷：

1. 接闪器：屋顶设置避雷带/避雷网，网格尺寸≤10m×10m（二类标准）
2. 引下线：沿建筑外墙均匀布置引下线，间距≤18m
3. 接地装置：环形接地网，接地电阻≤10Ω（与保护接地共用时以保护接地为准）

内部防雷：

1. SPD（浪涌保护器）：
   • 第一级（B级）：安装在总配电柜，泄放雷电流主要能量
   • 第二级（C级）：安装在楼层/区域配电柜
   • 第三级（D级）：安装在末端配电柜或关键设备前端
2. 等电位连接：所有进入建筑的金属管道、线缆屏蔽层在入口处做等电位连接

弱电系统的防雷：

• 所有室外引入的信号线缆（网线、光纤除外的铜缆）应安装信号浪涌保护器
• 室外摄像机的电源和信号线缆应安装防雷器
• 弱电系统的接地应与强电接地系统共用接地网，但接地引线应独立

2.5.3 等电位连接

等电位连接是接地系统中最重要的概念之一：

等电位连接铜排
    ├── 机柜外壳
    ├── 活动地板支撑架
    ├── 金属桥架
    ├── 金属管道
    ├── 设备金属外壳
    ├── 防静电地板
    └── 保护接地干线

作用：

• 消除不同金属体之间的电位差，防止因电位差导致的电击和设备损坏
• 在雷击时，等电位连接可以有效减小感应过电压
• 是防静电的基础措施

条文要求（GB 50174-2017 第8.3.4条）：

• 每个列头柜处设置等电位连接端子板
• 每排机柜的接地铜排应连接到列头柜的等电位端子板
• 接地铜排截面积≥50mm²（A级）

---

三、以平谷项目为案例

3.1 9120个6kW机柜的总供电需求估算

IT负载计算：

单机柜额定功率：6kW
机柜总数：9,120个
IT总负载：6kW × 9,120 = 54,720kW ≈ 55MW

辅助设施负载估算：

制冷系统：按PUE 1.3估算，制冷负载约 55MW × 0.2 = 11MW
（制冷占PUE增量的主要部分，约占15%~25%）

照明系统：约 0.5MW
其他辅助（消防、安防、电梯等）：约 0.5MW

辅助设施总负载：约 12MW

数据中心总用电功率：

总功率 = IT负载 + 辅助负载 = 55MW + 12MW = 67MW
（对应PUE ≈ 67/55 ≈ 1.22，需要后续精确计算验证）

考虑设计余量（通常预留10%~20%）：
设计总功率 ≈ 67MW × 1.15 ≈ 77MW → 取整80MW

3.2 双路市电引入方案分析

方案选择：

推荐方案：方案A（对于55MW级别的智算中心，应采用最高可靠性方案）

具体配置：

路线1：220kV变电站甲 → 110kV线路 → 园区110kV GIS开关站A → 主变压器A1/A2
路线2：220kV变电站乙 → 110kV线路 → 园区110kV GIS开关站B → 主变压器B1/B2

每路配置2台主变压器（考虑单台维护时的容量需求）
单台主变容量：≥50MVA

110kV到10kV的变压，为UPS和IT设备供电
110kV到35kV/10kV的变压，为制冷等辅助设施供电

3.3 UPS 2N冗余配置思路

分区分模块设计思路：

9120个机柜不可能由一套巨大的UPS来覆盖。实际工程中，需要将数据中心分区分模块：

方案：将9120个机柜分为若干个模块，每个模块独立配置A+B两路UPS

假设每个模块1,000个机柜：
  单模块IT负载 = 1,000 × 6kW = 6,000kW = 6MW
  每模块需要A路和B路各配置 ≥6MW 的UPS容量

UPS选型（以模块化UPS为例）：
  选用500kVA/台的模块化UPS
  每路需要：6,000kVA / 500kVA = 12台（N）+ 1台冗余 = 13台
  A路B路合计：13 × 2 = 26台 × 500kVA模块化UPS

全园区约9个模块：
  UPS总数 ≈ 26 × 9 = 234台 500kVA模块化UPS
  （实际工程中可能采用更大功率的UPS来减少台数）

UPS类型选择：

推荐方案：模块化UPS

• 初期可以按50%~60%的容量配置模块，后续根据实际上架率逐步扩容
• 更换单个UPS模块时不影响整机运行（热插拔），实现并发可维护
• 与智算中心"分期建设、按需扩容"的模式匹配

---

四、关键数值速记卡

---

五、2sigma诊断题

题目1（填空 - 数值记忆）

GB 50174-2017规定，A级数据中心主机房的温度范围为______°C ~ °C，相对湿度应不大于%，温度变化率应小于______°C/h。洁净度应达到ISO 14644-1的______等级。

点击查看答案

• 18°C ~ 27°C
• 60%
• 5°C/h
• Class 8

题目2（填空 - 数值记忆）

A级数据中心供电系统中，UPS后备时间应不少于______分钟，备用柴油发电机的启动时间不应超过______秒，燃油储备应满足不少于______小时满负荷运行。保护接地电阻应不大于______Ω。

点击查看答案

• 15分钟
• 15秒
• 12小时
• 1Ω

题目3（场景判断 - 理解层）

某A级数据中心的监控系统检测到主机房温度达到29°C，以下哪项判断是正确的？

A. 没问题，ASHRAE允许到32°C B. 已经超标，GB 50174 A级要求上限27°C，应立即排查制冷系统 C. 轻微超标但可接受，只要设备没有报警就行 D. 需要立即关闭IT设备以防过热

点击查看答案

答案：B

分析：

• A错误：虽然ASHRAE A1允许范围到32°C，但国内项目必须遵循GB 50174的要求（18~27°C）
• B正确：已超出GB 50174 A级要求的27°C上限2度，属于超标状态，应立即排查制冷系统故障原因
• C错误：标准是标准，不能因为设备暂时没报警就忽视。29°C意味着制冷系统可能有故障，如不及时处理温度可能继续上升
• D错误：29°C虽然超标但远未达到设备损坏的临界温度（通常服务器在35~40°C进风温度下仍可工作），立即关机反而造成更大的业务损失

题目4（场景判断 - 理解层）

平谷项目的方案设计中，电气工程师提议"为节省成本，UPS采用N+1冗余配置"。作为弱电架构师，你应该如何回应？

A. 同意，N+1冗余在行业中已经很常见了 B. 不同意，A级数据中心GB 50174要求UPS采用2N冗余配置，N+1不满足标准 C. 不确定，需要咨询Uptime Institute D. 同意，只要柴发配置够强就能补偿UPS冗余不足

点击查看答案

答案：B

分析：

• A错误：N+1冗余对应B级/Tier II标准，不满足A级要求
• B正确：GB 50174明确要求A级数据中心UPS采用2N冗余配置。N+1只能满足B级要求。应向电气工程师指出规范条文要求。
• C错误：国内项目首先应依据国标GB 50174，不需要专门咨询Uptime
• D错误：柴发和UPS是串联关系中的不同环节，柴发再强也不能替代UPS的冗余架构要求。UPS是市电中断到柴发接管之间的"桥梁"，其冗余级别必须独立满足标准。

题目5（开放描述 - 应用层）

请计算：平谷智算中心9120个6kW机柜的场景下，如果UPS采用2N冗余、选用96%效率的模块化UPS，UPS系统自身的电力损耗是多少？这个损耗对PUE的贡献是多少？如果UPS效率提升到97%，每年可以节省多少电费？（假设电价0.6元/kWh）

点击查看参考答案

IT总负载： 6kW × 9,120 = 54,720kW ≈ 55MW

96%效率时UPS损耗： UPS输入功率 = IT负载 / UPS效率 = 55MW / 0.96 = 57.29MW UPS自身损耗 = 57.29MW - 55MW = 2.29MW 对PUE的贡献 = 2.29MW / 55MW = 0.042

97%效率时UPS损耗： UPS输入功率 = 55MW / 0.97 = 56.70MW UPS自身损耗 = 56.70MW - 55MW = 1.70MW 对PUE的贡献 = 1.70MW / 55MW = 0.031

效率从96%提升到97%节省的电力： 节省功率 = 2.29MW - 1.70MW = 0.59MW = 590kW

年节省电费： 年节省电量 = 590kW × 24h × 365天 = 5,168,400kWh ≈ 517万度 年节省电费 = 517万度 × 0.6元/度 = 310万元/年

结论：仅UPS效率从96%提升到97%这一个百分点，每年就能节省约310万元的电费。这充分说明了在大型数据中心中，设备效率的微小提升都意味着巨大的经济效益。

---

下一章预告：M1-03 将深入讲解A级数据中心的消防系统（气体灭火选型、VESDA探测、灭火联动时序）、安防系统（门禁双因子认证、防尾随互锁门、视频监控智能分析）以及弱电系统总体架构设计。这些内容直接关联弱电工程师的核心业务领域。