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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。

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

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

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新基建：数据中心规划与设计