阿裡巴巴技術團隊集體創作，數據中心制冷、節能、安全運維的經驗之談。

大數據與雲計算時代已經到來，其背後的硬件支持是規模龐大的數據處理設備與不斷增加的數據中心。數據處理設備晝夜不停地運行，散發大量的熱量，積聚的熱量過多會導致設備過熱宕機，冷卻過度則會導致能耗過高，那麼如何為這些設備創造並維持穩定、合理的環境並盡量降低能耗是非常值得研究的課題。 本書從回顧數據中心發展歷程開始，循序漸進地闡述了數據處理設備的環境要求，中心選址，熱濕負荷的計算，數據中心可靠性與可用性，制冷空調繫統架構，連續制冷，節能措施，制冷空調與自動控制一體化設計，施工驗收與測試，運營維護，場地設施管理與制冷空調繫統等內容。從數據處理設備的需求、計算的可靠性出發，推導出環境要求與制冷空調的繫統架構，並從能耗優化的角度分析了節能措施的種類與適用場景，最後列舉了兩個行業內有名的工程案例。

任華華：阿裡巴巴集團基礎資源事業部數據中心架構師，Uptime Institute ATD，國內多部數據中心技術規程和白皮書的參編者。廣泛接觸並深度參與數據中心的咨詢、設計、實施、測試和認證等；主導和參與規劃過阿裡巴巴多個大型數據中心，嘗試將基礎設施規劃設計與IT業務規劃、綠色節能的理念有機結合，並重點關注數據中心的節能措施，尤其是制冷空調繫統的節能，熟悉數據中心能耗分析。安真：數據中心資深架構師，Uptime Institute ATD。曾先後就職於中國電子工程設計院、HP、IBM等多家知名企業。從事數據中心的咨詢、設計、實施、測試和認證等工作，參與了眾多大型數據中心的建設工作，主要致力於制冷繫統和能源管理方向，參與了國內多部數據中心的規範、規程和白皮書的編寫。

韓玉：曾為阿裡巴巴集團技術保障部架構委員會七名委員之一，數據中心首席架構師；中國數據中心工作組專家委員，制冷學會數據中心工作組委員，國內多個數據中心的在編標準、技術規程的參編者。

第1章 數據中心概述 1
1．1 信息化、大數據、雲計算與數據中心 2
1．2 數據中心的發展歷程 3
1．2．1 數據中心階段性發展介紹 3
1．2．2 數據中心功能演進 4
1．2．3 新一代數據中心與雲計算中心 5
1．3 數據中心建設模式的發展歷程 5
第2章 數據處理設備的發展及環境要求 7
2．1 數據處理設備的發展及現狀 7
2．1．1 服務器的發展及現狀 7
2．1．2 存儲設備的發展及現狀 10
2．2 數據處理設備的環境要求 15
2．2．1 數據處理設備的溫度、濕度要求 16
2．2．2 環境要求放寬對數據處理設備的影響 19
2．2．3 數據處理設備對潔淨度及氣相污染物要求 22
2．2．4 數據處理環境溫度對噪聲的影響 25
2．2．5 數據中心環境參數的選擇 25
第3章 數據中心的選址 28
3．1 選址分析及評價 28
3．2 選址要求 31
3．3 選址對數據中心空調制冷繫統的影響 35
第4章 數據中心熱濕負荷的計算 36
4．1 熱濕負荷的計算依據及方法 36
4．2 數據中心熱負荷分布實例 39
第5章 數據中心可靠性與可用性 40
5．1 可靠性與可用性定義 40
5．1．1 可靠性 40
5．1．2 可用性 41
5．2 可靠性、可用性與繫統設計 42
5．3 可靠性等級 44
5．4 制冷空調繫統的可靠性等級 46
第6章 數據中心制冷空調繫統架構 49
6．1 數據中心氣流組織形式與空調末端設備 49
6．1．1 氣流組織形式 49
6．1．2 空調末端設備 54
6．2 數據中心冷源架構 59
6．2．1 直接膨脹風冷式 59
6．2．2 直接膨脹水冷式 60
6．2．3 風冷式冷凍水式 61
6．2．4 水冷式冷凍水式 62
6．2．5 吸收式制冷 63
6．3 制冷空調繫統常用節能器 64
6．3．1 風側節能器 64
6．3．2 水側節能器 66
6．3．3 節能器類型的選擇 67
6．4 冷凍水繫統的類型與比較 67
6．5 制冷空調繫統設計的氣像依據 70
6．5．1 我國五大氣像區及制冷空調繫統的選擇 72
6．5．2 不同氣像區制冷繫統的區別 83
6．6 制冷繫統的方案比較與選擇 90
6．7 連續制冷 97
6．7．1 連續制冷的必要性 97
6．7．2 數據中心Tier級別與連續制冷 99
6．7．3 制冷繫統類型與連續制冷 100
6．7．4 蓄冷技術在數據中心空調繫統中的應用 100
6．8 主要制冷空調設備 102
6．8．1 離心式冷水機組 102
6．8．2 冷卻水塔 108
6．8．3 水泵 112
6．8．4 板式熱交換器 113
6．8．5 水處理設備選擇 114
第7章 制冷空調繫統與節能 116
7．1 PUE概念及數據中心能耗分析 116
7．2 不同氣像區相同制冷空調繫統對PUE的影響 118
7．3 供水溫度及送風溫度設定點 對PUE的影響 120
7．4 不同制冷空調繫統對PUE的影響 121
7．5 制冷空調繫統節能措施 125
7．6 制冷空調繫統節能新趨勢 126
7．6．1 高溫數據中心 126
7．6．2 芯片/IT節點冷卻的節能方式 130
第8章 制冷空調自動控制一體化設計 135
8．1 自動化控制繫統的可靠性 135
8．2 自動化控制繫統的功能 140
8．3 控制器 141
8．4 自動化控制繫統工作站軟件 144
第9章 施工、驗收與測試 148
9．1 施工 148
9．1．1 施工範圍及內容 148
9．1．2 施工遵循的主要規範 148
9．1．3 施工現場控制重點 149
9．1．4 施工現場配合要點 149
9．1．5 金屬風管、部件的加工制作與安裝 151
9．1．6 通風與空調設備的安裝 154
9．1．7 空調制冷設備的安裝 154
9．1．8 空調水繫統管道與附件安裝 156
9．1．9 防腐與絕熱 157
9．1．10 監測與自動控制繫統安裝 158
9．1．11 繫統試運行與調試 161
9．2 驗收與測試 162
9．2．1 外觀驗收 162
9．2．2 性能測試 163
9．2．3 控制（BA）繫統測試 169
第10章 運行維護 172
10．1 主動式運行維護 172
10．1．1 HVAC閉式繫統的主動式維護 172
10．1．2 HVAC開式繫統的主動式維護 173
10．1．3 冷水機組的主動式維護 174
10．1．4 CRAC/CRAH的主動式維護 175
10．1．5 建築物外部設施的主動式維護 176
10．1．6 建築物內部的主動式維護 176
10．1．7 自動控制繫統的主動式維護 177
10．2 運行維護人員的培訓體繫 178
第11章 場地設施管理繫統與制冷空調繫統 179
11．1 場地設施管理的意義 179
11．2 場地設施管理繫統的功能與特點 181
11．3 場地設施管理繫統與制冷空調繫統的優化運行 183
第12章 工程實例 186
12．1 阿裡巴巴千島湖數據中心 186
12．2 阿裡巴巴張北數據中心 188
12．2．1 選址依據 188
12．2．2 張北氣像分析及制冷空調方案選擇 189
12．2．3 張北制冷空調繫統詳解 193
12．2．4 張北數據中心效果圖 204
附錄A 數據中心空調制冷繫統常見問題 206
附錄B 術語解釋 209
參考文獻 211
後記 212

序

隨著雲計算時代的到來，數據中心在各行各業，特別是互聯網行業的不斷進步，雲計算數據中心如雨後春筍快速發展，為支撐業務發展起了關鍵作用。由於業務的飛速增長，數據中心的規模也在不斷增長，其能耗成為影響數據中心發展的關鍵因素。國家統計局發布的數據顯示，2015年全國絕對發電量為56 184億度，三峽水電站發電量為870億度，據不完全統計，全國數據中心年耗電量約占全國發電量的1.5%，即2015年全國數據中心年耗電量約843億度，相當於消耗了三峽水電站全年的發電量，其能耗是比較大的。因此，節能對數據中心的持久發展至關重要。數據中心的耗能主要是IT設備和空調繫統，本書著重討論空調繫統的可靠性和面臨的節能問題。

2008年，新版國家標準GB50174—2008《電子信息繫統機房設計規範》由住房和城鄉建設部、國家質量監督檢驗檢疫總局聯合發布實施，標志著中國大規模建設數據中心的開始，在保證數據中心可靠性的前提下，規範對數據中心節能原則進行了闡述，推動了數據中心節能技術的發展。2016年，新版國家標準《數據中心設計規範》將面世，其節能思想將進一步推動數據中心節能技術的發展。美國采暖制冷與空調工程師協會2011年發布了《數據設備環境指南》，提出了數據設備對環境的要求，對數據中心節能具有重要的參考作用。

本書從回顧數據中心發展歷程開始，循序漸進地闡述了數據中心可靠性和空調繫統節能的思路，內容主要包括數據處理設備的發展及環境要求、數據中心選址、熱濕負荷的計算、可靠性與可用性、制冷空調繫統架構、制冷空調繫統與節能、制冷空調與自控一體化設計、施工驗收與測試、運營維護、場地設施管理與制冷空調繫統、工程實例等內容，是一本值得數據中心空調專業和其他專業人員好好學習的參考書。

本書凝聚了阿裡人及其編寫團隊對數據中心的熱愛和孜孜以求的科學精神，感謝為本書出版付出辛勤勞動的編寫團隊，希望大家能從書中得到啟迪和幫助。

鐘景華

前 言

隨著IT技術不斷的創新、發展及人民群眾物質文化需求的日益提高，各行各業的經營、運營維護、管理水平不斷提高，越來越多的企業逐漸意識到數據處理、存儲、交換和分析對企業的價值影響巨大，數據已經逐漸成為企業最重要的核心資產，數據中心也處於快速發展時期。

數據中心支持的業務類別不同，對其功能要求自然不同，數據處理環境及制冷空調設計的架構會有所區別，投資費用也會有很大差別。例如，金融行業對數據的安全性要求較高，則其數據中心往往投資巨大；而雲計算業務的數據中心，其信息繫統自身的可靠性就很高，部分服務器的宕機不致引起IT業務的中斷，則雲計算數據中心的環境要求和制冷空調設計就沒有必要盲目攀高。因此，根據數據處理設備的特性、數據處理的功能、數據處理的業務等級選擇適當的數據處理環境並進行合理的制冷空調設計，對數據中心的選擇和建設意義重大。環境要求過於苛刻、制冷空調設計可靠性過高，則會造成初始投資巨大、運行費用高昂、能源消耗過高；環境要求過於寬松、制冷空調設計可靠性過低，又可能無法滿足業務需求，容易造成數據處理設備宕機，對企業造成巨大的經濟損失。

本書編寫的主要目的是明晰數據處理設備的環境要求，並根據環境要求、計算業務可靠性等級提出合理的制冷空調設計方案，幫助有數據處理業務需求的企業選擇、規劃、建設適合自己業務需求的數據中心。本書參考了國內外數據處理設備的環境標準，針對不同業務可靠性級別的數據中心，詳解數據處理設備的環境要求，制冷空調繫統的規劃、設計、實施、驗證方法，做到技術先進、安全可靠、經濟合理、運行節能，並提出制冷空調、自動控制一體化設計的需求，為新建、擴建和改建數據中心的工程設計、設備容量、施工安裝、竣工驗收、運行和維護管理等工作提供技術依據。

本書編寫單位阿裡巴巴集團技術保障部近幾年一直在從事數據處理環境的選擇、分析、測試、竣工驗收等，積累了豐富的經驗，也參與過多項國家規範的編寫工作，現在，阿裡人本著一顆開放感恩的心，聚集公司內專家任華華、韓玉、劉水旺、鐘楊帆、瀋燁燁和業內資深專家安真、郝海仙、崔紅實，分享經驗，共同完成了本書的編寫，希望能拋磚引玉，給大家的工作和學習帶來幫助。

編著者