高中生必背古诗词 解释导读版

本书基于国内外数据中心建设标准，总结归纳了数据中心规划与设计的理论、方法和实践经验，注重理论与实践相结合，为中国数据中心建设提供全新的理论架构、设计逻辑和方法、评估模型与实践经验。

本书主要内容包括数据中心概述、绿色数据中心的评价指标、网络及物理模型、可靠性/可用性模型、能效和经济模型、基础设施规划、技术要求、选址指南、装饰装修、供配电系统、防雷和接地系统设计、制冷、综合布线系统的建设、消防系统的建设、监控与管理、数据中心的评估。

本书可作为数据中心规划、设计、施工、系统集成、运行维护等管理、技术和建设人员的参考用书，也可作为电子信息行业、高等院校和研究院所相关人员的参考用书。

钟景华，中国电子工程设计院副总工程师，世源科技工程有限公司电气总工程师，研究员级高级工程师，享受国务院政府特殊津贴专家。主持和参加了200余项电子工业、数据中心等工程设计和研究项目，主编《电子信息系统机房设计规范》、《数据中心设计规范》，对数据中心的可靠性、节能、安全等方面起到关键指导作用。

前言

2018年中国数字经济规模达31.3万亿元，占国内生产总值的34.8%，支撑数字经济发展的支点是数据中心，数据中心已成为影响经济社会发展的重要基础设施。2020年3月4日，中共中央政治局常务委员会召开会议指出，加快5G网络、数据中心等新型基础设施建设进度。数据中心成为“新基建”的重要组成部分。随着5G、物联网、人工智能、VR/AR等新一代信息技术的快速发展，将对新一轮产业变革和经济社会可持续发展产生深远影响，也将对数据中心提出更高的设计与建设要求，数据中心产业将面临新的机遇和挑战。

数据中心是为信息化服务的，信息化是为人和经济发展服务的，人口越多、经济越发展，需要的数据中心越多。截至2019年年底，中国数据中心机架规模达到227万架，在线运行的服务器数量达到1 200万台。从总量来说，中国数据中心的数量位居世界第二；但从人均数据中心的使用功率上来说，中国与世界先进水平还相差很多，截至2019年年底，中国人均数据中心使用功率是6.9W，美国人均数据中心使用功率是41.6W。中国数据中心的发展还处于“朝阳”阶段，还有很大的发展空间，未来将有更多的数据中心为中国的经济发展和人民美好生活提供源源不断的信息支持。

本书以全球经济数字化转型为背景，结合“新基建”的需求和国家标准GB50174—2017《数据中心设计规范》对数据中心建设的要求，以及近几年来数据中心规划与设计中出现的新技术和新理念，精心编写而成，希望本书能为广大读者增长知识，开拓眼界，为数据中心的建设添砖加瓦。

本书得到了维谛技术有限公司、中数智慧信息技术研究院、北京燕华建筑设计有限公司的大力支持。

本书由钟景华、傅烈虎、丁麒钢、曹播编著，邓重秋、罗志刚、杜秋、朱华、曲海峰、张敬、李国刚、孙大康、魏伟、王志强、钟晨等对本书进行了认真审阅。

因为编著者时间和水平有限，疏漏在所难免，请读者批评指正。

编著者

2020年5月于北京

目录

第1章 数据中心概述 1

1.1 数据中心的起源与定义 2

1.1.1 电报与电话的发明 2

1.1.2 计算机的发明 3

1.1.3 互联网的发明 4

1.1.4 数据中心的兴起 5

1.2 数据中心的功能演进 7

1.3 数据中心建设基本内容 9

1.4 数据中心建设原则与目标 11

1.5 数据中心的基本现状 14

1.5.1 困局之一：信息爆炸 15

1.5.2 困局之二：绿色与节能 16

1.5.3 困局之三：业务挑战 18

1.6 数据中心的发展趋势及其关注要点 18

1.7 本书重点研究内容 19

第2章 绿色数据中心的评价指标 20

2.1 数据中心能耗结构 20

2.2 电能利用效率（PUE） 21

2.3 水利用效率（WUE） 25

2.4 碳利用效率（CUE） 27

第3章 数据中心的网络及物理模型 30

3.1 网络的融合及其网络模型 30

3.2 数据中心的物理模型 32

第4章 数据中心的可靠性/可用性模型 36

4.1 可靠性研究的发展 36

4.2 可靠性参数 37

4.3 可靠性与可用性分析 39

4.3.1 可靠性的特性 39

4.3.2 可靠性和可用性的分析方法 40

4.4 可用性参数计算 43

4.4.1 平均无故障时间计算 43

4.4.2 平均维修时间和修复率的计算 43

4.4.3 可用性与故障率和修复率的关系 44

4.5 系统可靠性模型 44

4.5.1 可靠性基本模型 44

4.5.2 串联系统的可靠性模型 44

4.5.3 并联系统的可靠性模型 45

4.5.4 混合系统的可靠性模型 46

4.6 数据中心可靠性/可用性模型 46

4.6.1 国家标准《数据中心设计规范》对可靠性/可用性的要求 47

4.6.2 美国数据中心标准TIA 942对可靠性/可用性的要求 49

4.6.3 ANSI/BICSI 002—2014对可靠性/可用性的要求 52

4.6.4 数据中心基础设施可靠性模型 54

第5章 数据中心的能效模型 64

5.1 数据中心的能效定量评价指标 64

5.2 数据中心的能效模型及其研究 65

5.2.1 IT设备的能耗研究 65

5.2.2 供配电系统的能耗研究及其PUE计算 69

5.2.3 制冷系统的能耗研究及其PUE计算 72

5.2.4 数据中心PUE测试方法 76

5.3 数据中心能效模型的进一步研究 78

第6章 数据中心的经济模型 80

6.1 经济模型的基本概念 80

6.2 数据中心的成本与收益项目 80

6.2.1 数据中心的成本项目 80

6.2.2 数据中心的收益项目 81

6.3 数据中心的经济评估方法 82

6.3.1 数据中心总拥有成本法 82

6.3.2 数据中心投资回报法 83

第7章 数据中心基础设施规划 88

7.1 新一代数据中心容量规划制约模型 89

7.1.1 IT规划 89

7.1.2 供电 90

7.1.3 制冷 91

7.1.4 空间制约 93

7.2 新一代数据中心需求成长模型 93

7.3 新一代数据中心容量规划关键支点 95

7.3.1 可用性支点 95

7.3.2 成本支点 96

7.3.3 绿色节能支点 97

7.3.4 功率密度支点 98

7.4 数据中心容量规划的实施细则 98

第8章 数据中心的技术要求 100

8.1 数据中心技术标准概述 100

8.2 数据中心等级划分 102

8.3 数据中心机房位置及设备布置 105

8.4 数据中心环境参量要求 107

8.5 数据中心建筑与结构 112

8.6 数据中心空气调节 116

8.7 数据中心电气技术 117

8.8 数据中心电磁屏蔽 118

8.9 数据中心机房布线 118

8.10 数据中心机房监控与安全防范 119

8.11 数据中心机房给水排水 119

8.12 数据中心机房消防 120

第9章 数据中心选址指南 121

9.1 数据中心选址基本要求 121

9.2 数据中心选址标准 121

9.3 数据中心选址的关联因素 128

9.4 数据中心选址的新思考 129

第10章 数据中心装饰装修 132

10.1 设计依据 132

10.2 装饰装修的主要功能 132

10.3 装饰装修的主要内容及选材 136

10.4 工艺要求 142

第11章 数据中心供配电系统 146

11.1 数据中心供配电系统概述 146

11.1.1 内容约定 146

11.1.2 设计标准 151

11.1.3 数据中心对供配电系统的要求 151

11.1.4 数据中心供配电系统的发展历程 156

11.2 数据中心IT设备及其电源系统 161

11.2.1 服务器的分类 162

11.2.2 服务器电源系统标准 165

11.2.3 服务器电源对于数据中心供配电系统设计的基础意义 167

11.3 数据中心高压变配电系统 172

11.3.1 设计标准 172

11.3.2 电压选择 173

11.3.3 高压系统中性点运行方式 175

11.3.4 高压变配电系统主接线 178

11.3.5 高压变配电系统配电网接线 183

11.3.6 高压配电一次接线典型方案 185

11.3.7 不同规模数据中心的高压变配电系统构成 187

11.4 数据中心柴油发电机组系统 188

11.4.1 设计标准 189

11.4.2 柴油发电机组的原理、组成及分类 192

11.4.3 数据中心柴油发电机组容量选择 195

11.4.4 柴油发电机组与其负载匹配 198

11.5 数据中心ATSE系统 204

11.5.1 设计标准 204

11.5.2 ATSE产品的定义及构成 205

11.5.3 ATSE的分类 206

11.5.4 ATSE的切换 208

11.5.5 ATSE应用中产生的问题 210

11.5.6 数据中心ATSE常见的组网形式 214

11.6 数据中心输入低压配电系统 216

11.6.1 设计标准 216

11.6.2 低压电器设备概述 217

11.6.3 低压熔断器 217

11.6.4 低压隔离电器 220

11.6.5 低压断路器 221

11.6.6 低压配电方式 229

11.6.7 低压配电柜 230

11.7 数据中心UPS系统的分类﹑原理及供电方案 235

11.7.1 设计标准 235

11.7.2 UPS的分类及定义 236

11.7.3 3种类型UPS的原理及特点 238

11.7.4 数据中心常用大容量UPS的内部拓扑 242

11.7.5 数据中心UPS的供电方案 246

11.8 数据中心UPS的关键技术﹑关注热点及发展趋势 250

11.8.1 数据中心大容量UPS的关键技术 250

11.8.2 数据中心UPS的关注热点 253

11.8.3 数据中心UPS的发展趋势 265

11.9 数据中心UPS电池系统 270

11.9.1 设计标准 270

11.9.2 数据中心UPS电池系统基础知识 270

11.9.3 数据中心UPS电池技术特性 274

11.9.4 数据中心UPS电池系统配置计算 279

11.10 数据中心UPS输出配电系统和机架配电系统 280

11.10.1 设计标准 280

11.10.2 UPS输出配电系统 281

11.10.3 机架配电系统 285

11.11 数据中心高压直流系统 289

11.11.1 设计标准 289

11.11.2 数据中心的高压直流之路 290

11.11.3 高压直流技术优势 293

11.11.4 高压直流系统特点 297

11.11.5 高压直流电压选择标准 299

11.11.6 高压直流系统组成 301

11.11.7 高压直流系统设备配置 302

11.12 数据中心电力电缆选择与设计 305

11.12.1 设计标准 305

11.12.2 数据中心防火电缆综述 305

11.12.3 数据中心防火电缆选择与计算 311

第12章 数据中心机房防雷和接地系统设计 316

12.1 数据中心机房防雷和接地系统的关系及系统设计依据、设计原则 316

12.2 雷电对电子设备的损害途径及防护措施 318

12.3 数据机房防雷在建筑物防雷中的分类等级 319

12.4 数据机房防雷的具体措施 319

12.4.1 机房位置的设置 320

12.4.2 建筑物的防雷 320

12.4.3 SPD的选用 321

12.5 数据中心共用接地与单独接地 322

12.6 数据中心UPS输出端重复接地的探讨 327

12.7 如何降低数据中心机房IT设备的零地电压 333

第13章 数据中心的制冷 336

13.1 数据中心制冷的原因 336

13.1.1 数据中心IT设备的发展 336

13.1.2 数据中心IT设备对环境的要求 337

13.1.3 数据中心不良环境对IT设备的危害 338

13.2 数据中心制冷系统基础知识 343

13.2.1 制冷技术发展历史及应用 343

13.2.2 基本名词术语 344

13.2.3 热力学基本定律及其制冷技术的应用 349

13.2.4 制冷原理 353

13.2.5 制冷剂、载冷剂和润滑油 359

13.2.6 数据中心制冷系统常用压缩机简介 365

13.2.7 冷凝器 372

13.2.8 蒸发器 380

13.2.9 节流机构 386

13.2.10 辅助设备 392

13.3 空调的分类 398

13.4 数据中心制冷空调的选择 402

13.4.1 数据中心机房的负荷特点 402

13.4.2 数据中心机房的环境要求 403

13.4.3 数据中心机房的环境参数对空调的要求 406

13.4.4 数据中心机房必须采用专用的机房空调 407

13.5 数据中心制冷系统负荷计算 411

13.5.1 数据中心冷负荷类型 411

13.5.2 数据中心冷负荷工程计算方法 412

13.6 数据中心制冷系统常用方案 413

13.6.1 风冷型机房空调系统 414

13.6.2 冷冻水型机房空调系统 415

13.6.3 水冷型机房空调系统 417

13.6.4 乙二醇冷却型机房空调系统 418

13.6.5 双冷源型机房空调系统 419

13.6.6 热管式机房空调系统 420

13.7 数据中心空调风系统设计 422

13.7.1 送风方式 423

13.7.2 数据中心气流组织 426

13.7.3 数据中心设备布置 434

13.7.4 数据中心空调风系统设计核算 439

13.8 数据中心空调水系统设计 439

13.8.1 数据中心空调水系统的分类与选择 440

13.8.2 数据中心空调水系统的承压设计 445

13.8.3 数据中心空调水系统的设计与计算 447

13.9 数据中心高热密度制冷系统简介 454

13.9.1 高热密度区域解决方式 455

13.9.2 局部热点解决方式 456

13.9.3 高热密度封闭机柜 457

13.9.4 其他高热密度制冷方式 458

13.10 数据中心自然冷却系统设计 459

13.10.1 自然冷却的概念和分类 461

13.10.2 风侧自然冷却 462

13.10.3 水侧自然冷却 465

13.11 数据中心制冷系统设计实例分析 469

13.11.1 中小型数据中心空调系统设计实例 469

13.11.2 大型数据中心空调系统设计实例 470

13.11.3 高热密度数据中心空调系统设计实例 471

13.11.4 数据中心自然冷却系统设计实例 473

第14章 数据中心综合布线系统的建设 479

14.1 综合布线系统概述 479

14.1.1 综合布线系统的定义 479

14.1.2 综合布线系统的特点 480

14.1.3 综合布线系统建设的常用标准 481

14.1.4 综合布线系统的构成 481

14.2 综合布线系统的通用设计 485

14.2.1 研究建筑物的功能 486

14.2.2 确定综合布线系统的类型 486

14.2.3 确定综合布线系统的等级 486

14.2.4 工作区子系统的设计 486

14.2.5 配线子系统的设计 487

14.2.6 干线子系统的设计 492

14.2.7 设备间的设计 493

14.2.8 管理子系统的设计 493

14.2.9 建筑群子系统的设计 494

14.3 数据中心综合布线系统概述 494

14.3.1 数据中心布线系统的组成、等级及分类 494

14.3.2 数据中心综合布线系统的空间构成 496

14.3.3 数据中心综合布线系统的支持空间构成 498

14.4 数据中心综合布线系统的拓扑结构与规划 499

14.4.1 数据中心综合布线系统的拓扑结构 500

14.4.2 数据中心综合布线系统的规划 504

14.5 数据中心综合布线系统的产品选择 507

14.5.1 数据中心综合布线系统各设备的具体作用 507

14.5.2 数据中心综合布线系统各设备的选择 509

14.6 数据中心综合布线系统的发展趋势 511

第15章 数据中心消防系统的建设 515

15.1 数据中心消防系统的设计理念 515

15.2 数据中心消防系统 519

15.2.1 消火栓系统 519

15.2.2 水喷淋系统 519

15.2.3 细水雾系统 520

15.2.4 气体灭火系统 521

15.2.5 灭火器 522

15.3 数据中心火灾自动报警系统 523

15.4 数据中心烟气控制 523

第16章 数据中心的监控与管理 525

16.1 数据中心监控与管理系统概述 525

16.1.1 数据中心的监控与管理系统的功能 525

16.1.2 数据中心监控与管理系统的构成 526

16.2 数据中心的IT资源的监控与管理 527

16.2.1 数据中心的计算/网络资源的管理 527

16.2.2 KVM管理系统 529

16.2.3 最优IT运维模式与数据中心管理 532

16.3 数据中心基础设施的监控与管理 534

16.3.1 数据中心机房动力环境监控系统 535

16.3.2 数据中心的综合安保系统 545

16.3.3 数据中心监控中心系统 554

第17章 数据中心的评估 569

17.1 数据中心评估模型与标准 569

17.2 采用模型方法对数据中心评估实例 569

17.2.1 采用物理模型对数据中心评估 570

17.2.2 采用能效模型对数据中心评估 570

17.2.3 采用经济模型对数据中心评估 581

17.3 采用标准/规范方法对数据中心评估实例 585