Проектирование ЦОД на 1 МВт: системы, расчёты и исходные данные

Проектирование ЦОД на 1 МВт начинается с определения границы мощности. Один мегаватт может означать полезную IT-нагрузку, мощность первой очереди, доступную мощность присоединения или установленную мощность оборудования – это разные величины. До выбора ИБП, ДГУ и охлаждения заказчику нужно утвердить распределение нагрузки по стойкам, схему резервирования, этапность, условия площадки и критерии испытаний. Только после этого рассчитывают общую мощность объекта, количество агрегатов, площади, внешние подключения и бюджет.

Кому нужен проект ЦОД на 1 МВт

Такой масштаб может рассматриваться для корпоративного ЦОД крупного предприятия, промышленной площадки, регионального коммерческого оператора, резервного узла, вычислительного центра или первой очереди более крупного кампуса. Но одинаковая IT-мощность не делает объекты одинаковыми.

Производственному предприятию могут быть важны автономность и интеграция с действующей энергетикой. Коммерческому оператору – гибкое заполнение стоек и учёт потребления клиентов. AI-кластеру – локальная высокая плотность и жидкостное охлаждение. Поэтому проект нельзя начинать с копирования схемы другого объекта на 1 МВт.

Что именно может означать 1 МВт

| Показатель | Что он описывает | Почему нельзя подменять им остальные | |---|---|---| | IT-мощность 1 МВт | Активная мощность серверного и сетевого оборудования | Не включает охлаждение, потери электропитания и вспомогательные системы | | Доступная мощность 1 МВт | Ограничение внешнего присоединения или договора | Часть мощности требуется инженерной инфраструктуре, поэтому вся она не достанется IT-нагрузке | | Установленная мощность ИБП 1 МВт | Сумма номиналов модулей или блоков | Не показывает доступную мощность после отказа и не учитывает топологию A и B | | Мощность ДГУ 1 МВт | Номинал генераторной установки при определённых условиях | Нужно учитывать единицы кВт и кВА, коэффициент мощности, климатические поправки и ступени подключения нагрузки | | Холодопроизводительность 1 МВт | Способность системы отводить заданное количество тепла | Не равна электрической мощности холодильного оборудования и зависит от расчётных условий | | Первая очередь 1 МВт | Пусковая мощность части будущего объекта | Внешние сети и общие системы могут проектироваться сразу на большее развитие |

В техническом задании каждую величину обозначают отдельно. Фраза «подвести 1 МВт и сделать ЦОД на 1 МВт» не позволяет рассчитать полезную IT-нагрузку.

Один мегаватт – три разные конфигурации стоек

Количество стоек определяется не мегаваттом само по себе, а согласованным распределением мощности.

| Условная конфигурация | Расчёт | Что меняется в проекте | |---|---:|---| | 100 стоек по 10 кВт | 100 × 10 = 1 000 кВт | Больше стоек, портов, кабельных подключений и площади машинного зала | | 50 стоек по 20 кВт | 50 × 20 = 1 000 кВт | Выше удельные нагрузки на распределение питания и воздушное охлаждение | | 25 стоек по 40 кВт | 25 × 40 = 1 000 кВт | Требуется отдельная проверка высокой плотности, массы и локального отвода тепла |

Это упрощённые варианты. В реальном зале стойки имеют разную загрузку, а часть мощности резервируется под рост. Для каждой стойки желательно зафиксировать максимальную активную мощность, количество вводов, тип IT-оборудования, массу, тепловыделение, требуемую среду охлаждения и очередь запуска.

Средняя мощность также может скрывать локальную проблему. Если десять стоек потребляют по 40 кВт, они создают 400 кВт – 40 процентов нагрузки всего ЦОД. Размещение этих стоек рядом меняет требования к шинопроводу, PDU, воздушным потокам, трубопроводам и конструкциям даже при неизменном общем мегаватте.

Состав инженерных систем ЦОД на 1 МВт

| Система | Что рассчитывают | Какой результат должен получить заказчик | |---|---|---| | Внешнее электроснабжение | Доступную мощность, точки присоединения, мероприятия сети, ограничения | Подтверждённую схему подключения, границы и график | | Трансформаторы и РУ | Нагрузки, токи КЗ, селективность, режимы секций | Однолинейные схемы и расчёт всех нормальных и аварийных режимов | | ИБП и аккумуляторы | Мощность, автономию, заряд, резерв, байпасы | Топологию A и B, состав N, сценарии переключений | | ДГУ и топливная система | Ступени нагрузки, пусковые процессы, запас топлива, дозаправку | Расчёт автономности и алгоритмы запуска и восстановления | | Охлаждение | Тепловой баланс, расход воздуха или жидкости, гидравлику, резерв | Схему полного тракта отвода тепла и расчётные условия | | Вентиляция и дымоудаление | Воздухообмен, подпор, аварийные режимы | Согласованные алгоритмы с пожарной защитой и охлаждением | | Машинные залы и стойки | Планировку, нагрузки, коридоры, монтажные пути | Постоечную матрицу и возможность безопасного расширения | | СКС и связь | Ёмкость, независимость вводов и маршрутов | Физически разделённые пути и схему кроссовых | | Пожарная защита | Обнаружение, тушение, эвакуацию, взаимодействие систем | Сценарии и матрицу автоматизации | | BMS и DCIM | Датчики, тревоги, архив, роли и интеграции | Перечень сигналов, алгоритмы и критерии приёмки данных | | Физическая безопасность | Зоны доступа, СКУД, видео, журналирование | План зонирования и согласованные интеграции | | Строительные решения | Нагрузки, проёмы, ограждения, вибрацию, ремонтные зоны | Возможность монтажа и замены оборудования без непредусмотренной разборки |

Системы нельзя проектировать по отдельности. Например, выбор времени автономии ИБП влияет на аккумуляторные помещения и вентиляцию, алгоритм запуска ДГУ, зарядную мощность после восстановления и тепловыделения. Архитектура охлаждения влияет на электроснабжение, площади, кровлю, воду, шум и диспетчеризацию.

Расчёт ИБП для 1 МВт IT-нагрузки

Возьмём условные силовые модули ИБП по 250 кВт. Пример показывает только установленную мощность модулей и не заменяет подбор оборудования.

N+1

Для нагрузки 1 000 кВт требуется:

N = 1 000 / 250 = 4 модуля

С резервом одного модуля:

N+1 = 5 × 250 = 1 250 кВт установленной мощности

После отказа одного модуля четыре оставшихся несут 1 000 кВт. Но это подтверждает резерв только на уровне модулей. Общий вход, байпас, выходная шина или распределительный путь могут сохранять единую точку отказа.

2N

Два независимых пути A и B, каждый из которых способен нести всю нагрузку:

2N = 2 × 4 × 250 = 2 000 кВт установленной мощности модулей

IT-оборудование при этом не становится нагрузкой 2 МВт. Полезная расчётная нагрузка остаётся 1 МВт, а установленная мощность увеличивается из-за двух полных трактов.

2(N+1)

Если каждый путь должен иметь собственный компонентный резерв:

2(N+1) = 2 × 5 × 250 = 2 500 кВт установленной мощности модулей

Такое сравнение нужно продолжить до трансформаторов, ДГУ, батарей, щитов, шинопроводов и стоечных PDU. Подробная логика приведена в статье о резервировании ЦОД по схемам N+1 и 2N.

Почему 1 МВт IT не равен мощности подключения

Для предварительного сценария иногда используют отношение полной мощности объекта к IT-нагрузке:

Pобъекта = PIT × PUEрасч

Если условно принять расчётное отношение 1,40, то для 1 МВт IT получится:

1 000 кВт × 1,40 = 1 400 кВт

Это только иллюстрация, а не заявка на технологическое присоединение. Для внешней мощности составляют подробный баланс: IT-нагрузка, потери ИБП и распределения, холодильные машины, насосы, вентиляторы, заряд аккумуляторов, освещение, безопасность, собственные нужды и режимы после восстановления питания.

Нужно различать годовой PUE, показатель в конкретной рабочей точке и пиковую расчётную мощность. Одинаковый PUE не означает одинаковые пусковые токи, ступени нагрузки и требуемую мощность трансформаторов или генераторов. Принципы измерения и границы показателя разобраны в материале о PUE дата-центра.

Как рассчитывают охлаждение 1 МВт

Почти вся электрическая мощность IT-оборудования превращается в тепло внутри обслуживаемой среды, поэтому 1 МВт IT задаёт базовый масштаб тепловой нагрузки. Но итоговый баланс дополняют потерями электрического оборудования в помещении, освещением, людьми, внешними теплопоступлениями и резервом развития.

Далее проверяют не только суммарные киловатты, но и распределение по стойкам, расчётные температуры, расход воздуха или жидкости, сопротивление сети, частичную загрузку и отказ единицы оборудования. Номинальную мощность установки из каталога пересчитывают на условия конкретного проекта.

Для равномерного воздушного зала может рассматриваться централизованная или распределённая система. Для локальных стоек высокой плотности – внутрирядное охлаждение, задние двери с теплообменниками или прямой жидкостный контур. Выбор CRAC, CRAH и гибридной архитектуры подробно рассмотрен в сравнении систем охлаждения ЦОД.

Сколько площади нужно для ЦОД на 1 МВт

Универсальной площади на 1 МВт нет. Только машинный зал зависит от количества и габаритов стоек, ширины коридоров, изоляции потоков, распределения питания, типа охлаждения и требований обслуживания.

Дополнительно нужны или могут потребоваться:

• электротехнические помещения;
• ИБП и аккумуляторные системы;
• ДГУ и топливное хозяйство;
• холодильная станция, насосные и водяные узлы;
• кроссовые и операторские помещения;
• помещения безопасности и диспетчеризации;
• склады, мастерские и ЗИП;
• погрузочная зона и монтажные маршруты;
• наружное оборудование и санитарные разрывы;
• резерв территории и помещений для следующей очереди.

Проектировщик должен показать функциональную программу площадей и проверить размещение оборудования с зонами обслуживания и маршрутами замены. Показатель «квадратных метров на мегаватт» пригоден только для сравнения вариантов при одинаковых границах.

Проектировать сразу 1 МВт или вводить очередями

Для проекта с ростом нагрузки сравнивают как минимум два сценария.

| Сценарий | Преимущество | Риск, который нужно проверить | |---|---|---| | Установить инфраструктуру полного развития сразу | Готовность принять всю нагрузку без крупной достройки | Низкая загрузка оборудования, ранний CAPEX и обслуживание неиспользуемого резерва | | Ввести, например, две ступени по 500 кВт | Инвестиции и оборудование следуют за фактическим ростом | Подключение второй ступени может потребовать остановки общих систем | | Создать два самостоятельных блока | Локализация работ и отказов, понятные границы очередей | Дублирование части инфраструктуры и увеличение площадей |

Числа в таблице иллюстративны. Конкретную этапность выбирают по прогнозу загрузки, срокам поставок, внешней мощности, коммерческим договорам и допустимым окнам работ. В концепции нужно показать состояние объекта после каждой очереди – работающие системы, резерв, временные связи и условия перехода к следующему этапу.

Этапы проектирования ЦОД на 1 МВт

1. Предпроектный аудит. Проверка площадки, внешней мощности, связи, ограничений и исходных документов.

1. Техническое задание. Фиксация IT-нагрузки, плотности, этапности, допустимых отказов, эксплуатации и критериев приёмки.

1. Техническая концепция. Сравнение архитектур электроснабжения, охлаждения, компоновки и резервирования.

1. Проектная документация. Разработка состава, необходимого для объекта капитального строительства, согласований и экспертизы при её применимости.

1. Рабочая документация. Детализация трасс, узлов, алгоритмов, спецификаций и межсистемных интерфейсов.

1. Сопровождение закупок и строительства. Проверка эквивалентности замен, ответы на запросы, авторский надзор и управление изменениями.

1. Пусконаладка и комплексные испытания. Проверка нормальных, сервисных и аварийных сценариев под имитированной IT-нагрузкой.

Срок определяет не только объём документации. Критическим путём могут стать техническое присоединение, изыскания, согласования, поставки ДГУ, трансформаторов, ИБП и холодильного оборудования. Поэтому календарный план связывают с реестром исходных данных и решений, а не задают одной датой «выпустить проект».

Что включить в техническое задание

Для 1 МВт необходимо зафиксировать:

• является ли 1 МВт IT-нагрузкой или ограничением площадки;
• мощность первой очереди и полного развития;
• постоечное распределение мощности и высокоплотные зоны;
• типы IT-оборудования и требования к охлаждению;
• допустимые отказы, обслуживание и переключения;
• схему резервирования отдельно для каждой системы;
• автономию ИБП и ДГУ, условия дозаправки;
• подтверждённые точки подключения электричества и связи;
• ограничения участка или существующего здания;
• расчётные климатические условия;
• требования эксплуатации, безопасности и мониторинга;
• границы проектирования и подрядчиков;
• состав документации, расчётов и цифровой модели;
• порядок оценки изменений;
• программу испытаний и критерии приёмки.

Полная структура приведена в чек-листе технического задания на проектирование ЦОД.

Типовые ошибки заказчика

Считать 1 МВт мощностью всего объекта и одновременно IT-нагрузкой. В балансе не остаётся ресурса для инженерных систем.

Выбирать количество стоек по средней плотности. Локальные зоны питания и охлаждения остаются непроверенными.

Назначать N+1 только для ИБП или кондиционеров. Общие пути распределения обесценивают резерв агрегатов.

Сразу закупать оборудование на полное развитие. Не проверяется работа при фактической загрузке первой очереди.

Определять площадь по чужому проекту. Различаются стойки, охлаждение, резервирование, эксплуатация и внешняя инфраструктура.

Запрашивать цену за мегаватт без единой границы. В предложения попадает разный состав здания, внешних сетей, оборудования и работ. Бюджетные границы раскрыты в статье о стоимости строительства ЦОД.

Готовить программу испытаний после монтажа. Нужные точки измерения, алгоритмы и имитаторы нагрузки могут оказаться не предусмотрены.

Российские нормы и первичные источники

СП 541.1325800.2024 распространяется на проектирование зданий, сооружений и помещений ЦОД. ГОСТ Р 58811-2020 устанавливает стадии создания инженерной инфраструктуры и содержание работ. ГОСТ Р 70627-2023 определяет состав и содержание технической концепции ЦОД.

Если заказчик ставит цель Tier, нужно учитывать, что Uptime Institute описывает Tier как технологически нейтральные требования к результату, а сертификация отдельно проверяет проектную документацию и построенный объект. Самостоятельное указание Tier в названии проекта не является сертификацией.

Нормативы задают обязательную и методическую рамку. Конкретные мощности, топологии, площади и состав оборудования подтверждаются расчётами для выбранной площадки и утверждённого задания.

Позиция инженера ЦОДПРОЕКТ

Мы начинаем проект 1 МВт не со спецификации оборудования, а с пяти документов: реестра исходных данных, постоечной матрицы, баланса мощности, матрицы отказов и плана очередей. Затем сравниваем варианты архитектуры в одинаковых границах – CAPEX, энергопотребление, площади, обслуживание и расширение.

Если 1 МВт является только доступной мощностью площадки, сначала определяем возможную IT-нагрузку. Если это подтверждённая IT-нагрузка, рассчитываем полную инфраструктуру объекта. Если 1 МВт – первая очередь, проверяем, как она будет работать самостоятельно и подключаться к полному развитию без неприемлемой остановки.

Чек-лист решения перед началом проекта

Заказчик готов к проектированию, если может подтвердить:

• граница показателя 1 МВт определена;
• IT-нагрузка распределена по стойкам и очередям;
• известны высокоплотные зоны и тип охлаждения;
• внешняя мощность и мероприятия по подключению проверены;
• назначены допустимые отказы и сервисные режимы;
• схемы N+1, 2N или другие конфигурации расшифрованы;
• задана автономия и логика восстановления питания;
• выбраны расчётные климатические условия;
• описаны первая очередь и полное развитие;
• определены требования эксплуатации и ремонта;
• установлены границы проектирования;
• согласованы состав расчётов и контрольные защиты;
• программа приёмки готовится до закупок;
• варианты сравниваются в одинаковых границах стоимости.

Связанный кейс ЦОД уровня Tier IV показывает, почему расчётную архитектуру нужно провести через рабочую документацию, физическое разделение и испытания. ЦОДПРОЕКТ может подготовить техническое задание, сравнить концепции и разработать проект ЦОД на 1 МВт с учётом площадки, этапности и модели эксплуатации.

Частые вопросы

Сколько стоек помещается в ЦОД на 1 МВт?

Количество зависит от мощности каждой стойки. Условно это могут быть 100 стоек по 10 кВт, 50 по 20 кВт или 25 по 40 кВт. Реальный состав определяют по постоечной нагрузке, габаритам, массе, резерву и типу охлаждения.

Какая мощность подключения нужна для ЦОД с IT-нагрузкой 1 МВт?

Она будет выше 1 МВт, потому что нужно питать охлаждение, потери электроснабжения, насосы, вентиляцию, освещение, безопасность и собственные нужды. Точное значение получают из расчётного баланса для площадки и предусмотренных режимов.

Сколько ИБП нужно для ЦОД на 1 МВт?

Количество зависит от мощности модулей и схемы резервирования. Например, при модулях по 250 кВт для N+1 потребуется пять модулей, для 2N – два полных пути по четыре модуля, а для 2(N+1) – два пути по пять модулей.

Можно ли построить ЦОД на 1 МВт очередями?

Можно, если концепция заранее определяет самостоятельную работу каждой очереди, зарезервированные места и подключения, режимы частичной загрузки и способ расширения без неприемлемой остановки действующего ЦОД.

Материал подготовлен командой ЦОДПРОЕКТ — проектирование и строительство центров обработки данных.