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  黄群骥:《电子信息系统机房设计规范》重要参数理解  
黄群骥:《电子信息系统机房设计规范》重要参数理解
作者: 来源: 日期:2010-12-23 13:51:12

摘要:本文作者是《电子信息系统机房设计》GB50174-2008的编写组专家之一,他根据在机房设计标准制定和讨论过程中的思路以及从事机房工程多年的经验,对国家标准中几个重要参数的来源和根据进行了阐述和说明。
关键词:机房工程,层高,零地电压,接地电阻

一、前言
        机房建设虽然在国内已经有几十年的历史了,但是真正了解机房并能正确设计、施工,合理使用的单位并不是很多。机房建设的规模和数量的扩大使得许多原来没有从事过机房建设的设计施工单位也进入了这个领域。他们急需了解机房建设的内容和技术,而掌握机房相关标准是一种快捷的手段。机房国家标准是我们社会在机房建设领域成熟技术和工艺的表述和规范,但是国家标准不是产品说明书,所以要想很快理解并掌握国家标准的内容还是有一些难度的。下面我就《电子信息系统机房设计规范》GB50174-2008(以下简称新国标)中提及的几个重要参数,说说在编写过程中的考虑和我个人的理解。

二、机房标准中的几个参数
1、机房层高
        在机房规划设计过程中经常会遇到如何确定机房层高、什么样的层高适合做机房的问题。新国标中关于机房层高的条款有:第6.1.3条
“主机房净高应根据机柜高度及通风要求确定,且不宜小于2.6m”。第6.4.4条“活动地板下的空间只作为电缆布线使用时,地板高度不宜小于250mm”;“活动地板下的空间既作为电缆布线,又作为空调静压箱时,地板高度不宜小于400mm”。如图1所示。



        常用的机柜高度一般为1 . 8 ~2.2m,气流组织所需机柜顶面至吊顶的距离一般为400~800mm,故机房净高不宜小于2.6m。在满足电子信息设备使用要求的前提下,还应综合考虑室内建筑空间比例的合理性以及对建设投资和日常运行费用的影响。考虑目前一般都采用下送风,按新国标第6.4.4条的规定,地板高度不宜小于400mm。吊顶与本层顶板之间因为需要回风和走线,通常也需要200~400mm。所以建设机房的建筑楼层的净高应该大于3.2m。如果机房面积大或者机房热密度高,为增加制冷效果,可能需要增加地板高度或采取冷热通道封闭技术。通常增加地板高度到600~900mm,也有超过1m的。如果采取冷热通道封闭技术,热空气只能通过顶板和吊顶之间的回风通道返回到空调的回风口,所以还应根据回风量增加顶板和吊顶之间的高度。这样就需要相应提高本层净高。本层净高是指本层地面到本层顶上最大尺寸梁的底面之间的距离,既图1所示的d。
        但是机房层高并不是越高越好。层高增加除了建设费用自然增加外,机房空间加大了,所需要的空调、新风和消防药剂量都会相应增
加,关键是维护费用会增加不少,所以机房层高应该按照实际情况确定。对太高的由厂房改建的机房,可以采用二次吊顶的方式人为降低层高。
        在国标的宣讲过程中经常有人会问道:如果场地净高达不到3.2m怎么办?首先如果能找到符合国标的场地当然是最好的,如果没有又必须建设机房呢?我们需要理解的是国家标准提出的指标都是最低指标,是充分条件,满足了就一定能建设成一个符合国标的机房,但并不是说某些指标达不到国家标准的机房就一定不能满足用户要求,只要在设计施工上下更大的功夫,采取各种技术措施来弥补缺陷,一样能建设成一个一流的机房。
2、静电电位
        新国标第5.2.5条规定“主机房和辅助区内绝缘体的静电电位不应大于1kV”。将静电电位限制在1kV以内的指标是从原国标中继承下来的。静电放电对电子器件造成的危害在过去是非常严重的,现在由于技术的发展,静电对电子器件的危害已经大大减轻了。在机房界静电有害这一观点一直以来都被业界所公认。在新国标的修编过程中有人提出把静电电位限制在1kV以下没有必要,因为现在电子信息设备的抗静电能力已经增强了很多,完全可以在1~5kV或者更高的静电环境中正常工作,为什么还要限制在1kV以内呢?其实原国标在设置静电电位1kV的限制时是考虑了两个方面的因素:一个是静电对设备的危害,还有一个是对人的影响。单单就对设备的危害来说,限制静电电位在1kV内确实没有太大必要了,但是对人的影响却是一点都没有改变。据有关资料记载,静电电压达到2kV时,人会有电击感觉,容易引起恐慌,导致人手本能的回缩,假如此时操作人员正在插拔网络插头,有可能在剧烈的回缩过程中,碰掉其他设备插头,造成事故及设备故障。表1是不同静电电压放电时产生的现象和人的感觉。



3、安全出口
        新国标第6.3.4条规定“面积大于100m2的主机房,安全出口不应少于两个,且应分散布置。面积不大于100m2的主机房,可设置一个安全出口,并可通过其他相邻房间的门进行疏散……”。在条文说明中,新国标解释以100m2为界规定主机房安全出口数量的原因如下:
        1、进入主机房内的人员很少(一般没有人员),且为固定的内部工作人员,他们熟知周边环境和疏散路线,因此对于100m2及以下的主机房,即使只有一个安全出口,内部工作人员也可以安全疏散;
        2、从建筑布局考虑,当主机房面积小于100m2时,设置两个安全出口有一定困难;
        3、机房内设置有火灾自动报警系统,可及时通知机房内的工作人员疏散。
        《建筑设计防火规范》G B50016-2006第5.3.2条对安全出口是这样规定的:“公共建筑内的每个防火分区、一个防火分区内的每个楼层,其安全出口的数量应经计算确定,且不应少于2个。当符合下列条件之一时,可设一个安全出口或疏散楼梯:
        (1)除托儿所、幼儿园外,建筑面积小于等于200m2且人数不超过50人的单层公共建筑;
        (2)除医院、疗养院、老年人建筑及托儿所、幼儿园的儿童用房和儿童游乐厅等儿童活动场所等外,符合表5.3.2 规定的2、3层公共建筑。
        从GB50016-2006第5.3.2条的规定可以看出,与安全出口数量相关的因素主要有:防火分区的面积、建筑的高度和人数。
        机房属于耐火等级不低于二级的公共建筑,且人数很少,所以如果机房建设在不高于三层的小楼里时,可以在小于500m2的机房内只设一个安全出口,否则只有机房面积小于100m2时才可只设一个安全出口(见表2)。



4、零地电压
        中性线与PE线之间的电位差称为“零地电压”,当“零地电压”高于电子信息设备的允许值时,将引起硬件故障、烧毁设备;引发控制信号的误动作;影响通信质量,延误或阻止通信的正常进行。因此,当“零地电压”不满足负载的使用要求时(一般“零地电压”应小于2V),应采取措施,降低“零地电压”。对于TN系统,在UPS的输出端配备隔离变压器是降低“零地电压”的有效方法。选择隔离变压器的保护开关时,应考虑隔离变压器投入时的励磁涌流。这是新国标条文说明里关于零地电压的一段话。
        零地电压过高将会损害设备在机房界是有争论的,一般都认为会有危害,本作者也认为零地电压过高确实会损害设备。所以在新国标中对零地电压还是采取了限制措施。
        最早对零地电压提出要求的是国外知名的服务器厂商,那时他们对零地电压提出了近乎苛刻的条件:零地电压不小于1V就不开机!老国标就是沿用了这个指标。零地电压是客观存在的,它产生的危害也是被业界肯定的,但是把零地电压限制在1V以内是否科学、是否有效?根据调查结果显示,新建机房一般都能满足零地电压小于1V的要求,运行后随着设备(包括提出“零地电压不小于1V就不开机”厂商的设备)的增加,零地电压一般都会增加,往往都超过1V,很难限制在1V以内,所以新国标把这个指标提高了一倍,把零地电压限定在2V以内。零地电压
的产生主要原因是零线上有电流,而在零线上会产生电流的2个主要原因是:谐波干扰和电源的三相不平衡。
        谐波干扰是由机房内使用的非线性设备产生的,而目前非线性设备正在被广泛使用。设备商已经意识到谐波的危害,也在采取各种技术措施来降低它的危害,但是想要完全消除谐波是不可能的,因此谐波电流一定存在。
        电源的三相不平衡在目前广泛使用双电源的机房内很难实现,所以因为三相不平衡造成的零线电流也一定存在。
        综上所述,正常情况下零地电压是肯定存在的。对于TN系统,要想降低零地电压,在UPS的输出端配备隔离变压器是有效降低“零地电
压”的方法。
5、接地电阻
        对于接地电阻问题,传统的观点都认为电阻值越低越好,导致用户经常提出低于1Ω的要求。现在国际上最新理论认为,对于接地电阻值提出过高的要求其实是没有必要的,IEC有关标准及等同或等效采用IEC标准的国标均未规定接地电阻值的要求,只要实现了高频条件下的低阻抗接地(不一定是接大地)和等电位联结即可。EIA942也没有提出接地电阻值的要求。新国标第8.4.2条规定“保护性接地和功能性接地宜共用一组接地装置,其接地电阻按其中最小值确定”,也没有提出接地电阻值小于1Ω的要求。
        通常,用户要求的接地电阻为工频接地电阻,而电子信息系统的接地是要流过直流、工频至高频的电流。在高频条件下,接地阻抗大大增大,接地电阻在接地阻抗中所占的分量可以忽略不计。下表是国外机构做的一个试验所得的数据,其目的是得到不同长度、面积的导体在不同频率下的电阻和感抗值。
        从表3所得的数据,我们可以清楚的发现:



        (1)截面积25mm2,3m长铜导体的在1MHz高频电流的情况下电阻是0.05Ω,感抗是26Ω,感抗是电阻的520倍!随着长度从3m增加到30.5m,电阻等比列增加了10倍,而感抗增加了13.5倍。频率越高差别越明显,所以电阻在1MHz以上高频电流的情况下可以忽略不计了。
        ( 2 ) 在1 M H z 高频电流的情况下,3 m长铜导体的截面积由25mm2,增加到107mm2,共4.28倍。电阻减少了0.56倍,感抗减少了0.12倍。也就是说面积的变化对电阻和感抗的影响都不大。
        ( 3 ) 截面积2 5 m m 2, 3 m 长铜导体的在1MHz高频电流的情况下电阻是0.05Ω,感抗是26Ω。在100 MHz高频电流的情况下电阻是0.5Ω,感抗是2.6KΩ,分别增加了10倍和100倍。说明频率对感抗的影响要超过对电阻的影响。
        综合上面所述, 我们可以知道,在高频环境中,不同频率下的感抗值都大大的超过电阻值,导致导体的阻抗可略去电阻;导体的截面对电阻和感抗的影响都不大,因此,对于流过的电流很小的功能性接地/等电位连接线的截面无需选的很大,但对于防雷等大电流的接地却要考虑。现代电子系统绝大多数为数字化,其怕干扰的频率为数拾乃至数百兆赫兹。可见上述所指出的接地阻抗和接地线感抗将会增至很大。所以,接地电阻要求很低的直流至工频的接地电阻(如0.5~1Ω)是毫无意义的,而且,浪费了人力和财力,但是不要求接地电阻值很低并不是说接地不重要,可靠的接地是机房安全的重要保障!当为共用接地装置时,其工频接地电阻主要应取决于50Hz供电系统对人身安全的合理要求值。
       
三、结束语
        目前作为信息技术发展的重要基础之一的机房无论在建设的数量、规模和要求上都有了很大的提高。作为信息系统的支撑部分,机房工程的发展就是为满足信息技术的发展而发展的。为了建设一个安全可靠的信息系统机房,完整正确的掌握国家标准的实质是非常重要的。作为长期从事机房工程的设计者和建造者,我将我个人对新国标中的一点理解提供给大家,仅供参考,希望能对关心机房工程的人士有些帮助。


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