新基建：数据中心规划与设计

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。

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?p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?p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
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