第6章 数据中心基础设施规划

如何规划数据中心容量一直是困扰数据中心管理者和从业者的一个重大问题。当数据中心的建设意向提出之后，数据中心的建设容量到底该多大？到底该按照哪些因素去规划数据中心的容量？立项的数据中心到底该按照那种方式去建设？如何使将要建设的数据中心能够面临以后10年的业务成长？如何使数据中心保持可靠性、经济性和节能环保的有机统一？对以上诸多问题，都必须在数据中心规划过程中予以解答。

6.1 新一代数据中心容量规划制约模型

新一代数据中心容量规划制约主要集中在IT规划、供电、制冷与空间四个方面。

6.1.1 IT规划

IT规划是以整体发展目标和战略以及各部门的目标与功能为基础，结合所属行业信息化的实践结果和信息技术的发展趋势，提出信息化的远景、目标和战略，制定信息化的系统架构、确定信息系统各部分的逻辑关系，以及信息系统的架构设计、选型和实施策略，通过对信息化目标和内容进行整体规划，以全面、系统地指导企业信息化的进程和信息技术的应用。

IT规划是信息化建设的基本纲领和总体指向，核心内容是要从组织目标和信息化战略中抽取信息需求和功能需求，形成组织总体的信息化框架和系统整体模型。通过信息化，使信息技术手段应用到组织的生产、运营和管理中，利用信息技术来改造和提升组织的综合能力。

由IT规划而产生的组织信息资源规划，将明确组织在（近期与远期）一定时期内，对IT系统的整体需求计划，包括为实现信息化目标所需确定的IT系统定位、IT系统规模、IT系统架构、IT系统配置。其中，IT系统定位决定了数据中心的建设等级，IT系统规模决定了数据中心的建筑空间，IT系统架构决定了数据中心的信息路由，IT系统配置决定了数据中心的场地布局等。由此可见，IT规划是企业数据中心建设的前提与依据。

IT规划过程中，问题主要集中在以下两个方面。

1）数据中心业主往往没有办法对业务的发展做出清晰的预测。无论是电信、金融行业还是政府，企业级数据中心的业务发展呈现出快速却又不规则的发展模式。增长率在一段时间内会非常高，但在另一段时间内又有可能停滞，基本上很难直接呈现出一种相对稳态的发展趋势。这种业务的大起大落往往对数据中心的规划者造成相当大的困扰。

2）边界限制因素越来越多。数据中心规模越来越大，对数据中心的选址、区域划分、土建、承重、装饰装修、供电、制冷、强电、弱电、综合布线、照明、防雷接地、消防、监控与门禁等各个不同的维度提出了新的建设要求。

在诸多边界条件中，数据中心最重要的三个制约条件是：供电、制冷、占地面积（空间制约）。这三个关键的因素对于数据中心容量规划的影响既相对独立，又相互渗透，互为表里。

数据中心容量三维限制模型如图6-1所示。

6.1.2 供电

供电容量等是目前数据中心容量规划中最重要的边际条件。在实际工程建设过程中，以实际供电容量确定数据中心容量的案例不在少数。

供电的制约在工程实践中往往会有下列两种情况。

（1）对于现成的大楼，大楼基础供配电提供给数据机房的电能往往是受限的。

（2）对于专门应用于数据中心的建筑，其容量往往受制于中压市电的容量。

不同电压等级线路由于受制于线路的种类和供电的距离，其送电的能力也各不相同，如表6-1所示。

因此，对于数据中心在市电需求与规划上有如下建议。

（1）核定用电需求，一般采用10kV供电电压。

（2）当数据中心中期、终期规划用电负荷较大时，宜在建设初期选择35kV及以上供电电压，以免供电容量不足成为数据中心发展的制约瓶颈。

（3）采用35kV及以上供电电压时，可视数据中心建筑形式决定变电方式。单幢建筑宜采用35/0.4kV直降方式。园区式多幢建筑宜采用35/10kV、10/0.4kV二级降压方式。

（4）高可靠性机房要求：应从两个独立的电网变电所的专用输出回路上分别引入一路市电电源，以专线方式沿不同的敷设路由引接至数据中心。每一路市电电源的供电容量应能满足全部负荷或全部一、二级负荷的需求，包括机房设备、机房空调、机房照明、蓄电池充电及建筑设备等。两路市电电源的供电容量应为全冗余，正常时应并列运行。

（5）较高可靠性机房要求：可从两个独立的电网变电所或从一个电网变电所的两段独立的供电母线上分别引入一路市电电源，以专线方式引接至数据中心。每一路市电电源的供电容量应能满足全部一、二级负荷的需求，包括机房设备、机房空调、机房照明、蓄电池充电及建筑设备中的一、二级负荷。两路市电电源的供电容量应为全冗余，正常时应并列运行。

（6）一般可靠性要求机房宜引入两路市电电源，条件受限制时也可引入一路市电电源。引入两市电电源时，宜为冗余关系，也可作为供电容量扩展关系。

6.1.3 制冷

数据中心各设备的散热特性复杂，功率密度也越来越大，如图6-2所示。

因此，制冷对于数据中心的限制主要体现在以下方面。

（1）设计的制冷系统能够满足不同设备在不同阶段的制冷要求，从而使数据中心初期规划的电资源和空间资源能够得到充分的合理使用。

（2）需要针对不同的功率密度（热密度）做出不同的制冷方案规划，如图6-3所示。

由于数据中心制冷系统的建设是一个系统工程，所以除了机房空调主机之外，还会与建筑结构产生广泛的联系。

（1）机房楼层的净空高会直接影响送风方式的选择。能否采用静电地板，静电地板的高度是否影响上走线桥架的布置及照明的分布？数据中心净空高必须考虑如下因素：静电地板高度（或者上送风风道高度）、机柜高度、两层上走线桥架高度、照明高度、天花上回风高度等。实际经验表明，新一代数据中心机房净空高一般大于等于4.5m为宜。

（2）室内机、室外机的距离会直接影响冷却方式的选择。一般来讲，当室外机高于室内机时，建议最大垂直距离为25m；当室外机低于室内机时，建议最大垂直距离为5m。建议管道总长不超过60m，超过上述限制，就不再推荐采用风冷的机组。

（3）房间的建筑形状也直接关系到机房的气流组织。机房空调的送风距离一般是15m。如果超过这个距离，就建议采用对吹的方式。因此，对数据中心房间做区域分割时，一般会建议单个子机房的距离不超过30m。

（4）制冷系统的管道对于建筑物的空间也有一定的开销。

（5）制冷主机的体积一般较大，对建筑的空间也有一定的要求。

数据中心对能量的需求最终体现在对电能的需求上。据统计，空调系统是数据中心机房的能耗的第二大户，仅次于IT设备的能耗。因此，合理地设计制冷系统能够确保在满足数据中心制冷需求的基础上尽量减少对于电能的需求。

6.1.4 空间制约

数据中心的面积始终是数据中心建设者、管理者最为关注的因素之一。数据中心占用的土地是一个不可再生的资源，始终是困扰IT经理人的一个重要的问题。在当前流行的主流IT技术（刀片式服务器、虚拟化等）的背后都有“减少占地面积”的因素。

数据中心对于选址有着严苛的要求，取得合适的地点建设合适规模的数据中心需要付出越来越昂贵的代价。数据中心空间的制约主要体现在两个方面：初始空间和扩容空间。

据IDC 2008年报道，在新一代数据中心所面临的挑战排序中将数据中心空间制约排在第三位。

目前，国内新一代数据中心在500m2以上的机房达35%，而且这趋势依然在增强之中。

中国下一代数据中心样本规模分布如图6-4所示。