高等级数据中心的规划建设

高等级数据中心的规划建设
摘要：前言：随着电子信息技术的迅猛发展和产业的规范化，人们越来越重视数据中心的规划设计、节能、可靠
性。从国家新发布实施的《电子信息系统机房设计规范》GB50174-2008可以看出，规范为新建、改建和扩建建
筑物中的电子信息系统机房提供了设计标准，新规范更着重体现节能理念，并首次实现机房分级（A级、B级、C
级）。要做好高等级数据中心的规划建设，笔者认为得先对数据中心的基本背景有所了解

1数据中心的可用性等级
很久以来，用不同等级表示数据中心的可用性一直是业界的标准做法。数据中心的可用性等
级参照美国TiA-942《数据中心通讯网络基础设施标准》和《电子信息系统机房设计规范》
GB50174-2008如下图所示。

2数据中心的规模与功率密度
数据中心的“规模”，是指其能容纳和支持其运行的IT设备的数量，基本条件如下：
① 基础建筑设施方面，需要相应的运行区域面积和承重；
② 配电系统方面，足够的容量和扩展性；
③ 制冷系统方面，要充足和相应的冗余量；
那么，功率密度=运行区的单位面积的供电和制冷能力的最小值。
IT设备用电量的与日俱增，造成了基础设施的巨大压力。以现在刀片服务器机柜满配时，用
电量可高达30Kw，相当于12Kw/m2以上。而在平均用电不断推高的同时，局部高负载“热点”的
冷却又成为了新的焦点。

因此，在论及数据中心的规模时，面积已不再是主要的指标，单位面积的供电和制冷能力成
为一个标尺。运行面积×功率密度，也就是供电和制冷总量，才是未来衡量数据中心规模的指标。

当前国内数据中心普遍存在的困难和压力：
① 安全等级不足：现有数据中心是多年以前建设或者改建的，未能参照先进的规范标准进行
设计和建造，运行中的安全等级不够高，存在诸多风险和隐患。

② 场地面积不足、供电和制冷能力不足：现有数据中心场地已经超负荷使用。无论是在场地
面积、供电能力和制冷能力等各个方面，均已不能支持新系统的上线以及原有系统的扩充。

③ 没有建立备份数据中心和有效的备份体系：一旦生产中心出现以外事故，将有可能导致业
务的全面停顿。

随着信息技术应用的深化和集中化，数据中心已经成为业务持续保障和信息安全的核心，也
成为IT投资费用甚至环境保护的焦点。

机房/数据中心的分类、定位以及取向
3高等级外包服务数据中心的设计要点
数据中心的设计要点可分为以下四个方面：总体设计目标、供配电系统设计、空调系统设计、
桥架布线系统的设计。

3.1总体设计目标
•可用性指标
达到行业最高的A级和T4级，以满足用户的要求。
•功率密度
平均至少达到1Kw/m2以上，未来应达到2Kw/m2级别；
支持15Kw-30Kw级别的高负载设备的紧密部署。
•运用部署灵活性
IT运行区：
集中和大开间，以提供弹性部署；
与基础设施分离，以提供多级别的安保措施。
配电和网络布线：
上走线方式，以便于长期使用中的灵活调整性；
可重新部署的末端配电，以支持不同设备的用电要求。
高可用性设计：冗余设计是基本前提
•可用性和冗余设计
a.【任何的】基础设施都需要调查和维护，并且都不能排除故障风险。因此冗余设计是保障
高可用性的必要前提。

b.双路、多路并行是冗余设计的基础，但不是全部。冗余设计的深度和方式，才是高可用性
的核心。

c.整体可用性=各部件可用性的乘积：
并机数据的增加，将导致并机单元的可用性下降。
【对策】：大功率组件，配合适当的负载分区（缩小负载要求）。
串联数量的增加，将导致串联环节的可用性下降。
【对策】：在每个环节之间安排两路之间的跨接（终止串联）。
•整体可靠性
可靠性=基础设计可用性ד管理成熟度”
“管理成熟度”的参考依据“ISO20000、ISO27001…
功率密度：低密度还是高密度？
•低密度布局只能是不得已的应付策略：
a.以面积换供电和制冷能力：供电/空调以外部分的投资/费用被加大；
b.运行效率下降、成本上升。
•高密度策略是合理的出路，但存在难点：
a.分布式/机柜级系统：在机房多出散布大量的机组
难点：设备运行空间被分割：灵活性下降，对运行管理带来复杂性。
b.采用水冷的分布式/机柜级系统：
难点：水管路系统进入运行区：难以地板下布线；需要有事故排水系统。
c.集中式冷源系统（含风冷和水冷）：
难点：庞大的送回风空间需要建筑解构的配合；不便于解决“热点”问题。
•用于外包服务的数据中心的发展方向：
将以集中式水冷冷源为主，并以辅助的分布式/机柜机冷源应对“热点”。
3.2供配电系统设计：

•相对简单的：依据A级/T4级数据中心规范，采取N+N双路冗余设计。
•损耗及线路安全问题：由于用电量极大，设备布局问题需要引起足够重视。
全容错的供配电系统：
柴油发电机系统：
3.3空调系统设计
对于高等级数据中心，空调系统的设计最具挑战性：包括极高的制冷要求；集中布局，与IT
设备分离，长距离送风等。

应对措施：
•室内部分：
a.使用独立的下送风和上回风方式或者上送风管系统；
b.加大送风层和回风层的高度，以满足高负载、低风速的静压箱条件：
送风层/回风层净高度（mm）≈0.6～0.7×设计平均功率密度（w/m2）
（条件：运行区深30～36m，双向对置）
•室外部分：
室外机的冷却气流的组织同样重要，进行双向对置摆设，以达到合理的冷却要求。
电能使用效率：PUE=(IT设备用电量+辅助设备耗电量)/IT设备用电量。
•通常PUE为2.0~3.0，越接近1越好；
•辅助设备耗电的费用，在相当程度上影响数据中心的运行费用。
辅助设备耗电量中，空调系统通常占据50%以上
•使用风冷系统的数据中心，PUE不可能小于1.8，通常在2.0以上
•风冷系统+自由散热，是成为绿色数据中心的基本条件。
水冷系统带来的设计难点：
•水系统的冗余设计：双管路或环形管路
•事故应急泄水：从屋外到管井、管廊
•供水保障：多水源供应以及蓄水池
4防灾措施

①防震：
•抗震设防参照国家重点设施，比标准设防等级高出1度。

②防火：
•一级耐火等级
•极早期火灾探测、控制中心式自动报警（配GIS）
•分层部署气体灭火（IG541）
③防洪涝灾害：
•百年一遇防洪
•中央机房首层地坪高900-1500mm

④防风害及沙尘害
•两级新风过滤系统

⑤后勤栋与其他各部份完全物理隔离
⑥防人为灾害
•园区四周设置安全缓冲区
•中央机房远离外部设施
•一层外墙为防爆墙设计

以上主要是高等数据中心的规划、设计和管理。随着科技的进步数据中心会更安全可靠、节
能、环保。

关于中金：
中金数据系统有限公司（简称“中金数据系统”）成立于2005年4月，是国内领先的信息技术
系统外包服务专业提供商。

中金数据系统以自主建设、覆盖全国的大规模、高等级数据中心为基础，以符合国际规范标
准的运行管理体系为保障，以专业和富有经验的服务团队为支撑，为高度依赖信息技术系统来运
作其关键业务的行业客户提供信息技术系统的场地基础设施、系统运营管理、灾难备份恢复和业
务持续性服务。

罗耀兴，现任中金数据系统有限公司副总裁，是公司创始成员之一。在此之前，曾历任联想
集团系统集成事业部副总经理，汉普管理咨询公司COO，亚洲物流科技（中国）总经理，美国通
用电气信息系统集团中国区总经理等知名企业的高级管理职位。

罗耀兴先生具有近20年的信息技术行业应用实践和对信息技术服务企业的经营管理经验；深
入掌握信息系统架构、软件开发、信息技术的行业应用、数据中心的建立和运营管理方面的技术
和方法论；对企业财务、投融资业务、人力资源管理、项目管理与知识管理有深入的见解和实际
运作经验。
柴油发电机系统：