数据中心规划设计的最佳实践

文/曹灿，南京苏宁电子信息技术有限公司

1 前言

随着数据中心应用条件的不断变化，对其规划设计提出了新的要求，因此有必要对其相关课题展开深入研究与探讨，以期用以指导相关工作的开展与实践，并取得理想效果。基于此，本文从概述相关内容着手本课题的研究。

2 概述

数据中心的规模涉及三个因素：面积（S p a c e）、电量（P o w e r）、制冷量（C o o l i n g），简称S P C，最终能够实际使用的规模取决于S P C三者中的短板。民用建筑规模的核心指标是面积，而数据中心规模三因素中电量是核心指标。对于新建的数据中心，有了电量规模就可以直接推导出制冷量规模，可以从容地在设计中考虑制冷。而面积则有一定的弹性，面积不足时可以做高密度设计，即在一个机柜中放入更多的I T设备，从而在一定范围内提高单位面积的计算能力，也节省了面积。值得一提的是，并不是密度越高越好，当密度高到一定程度后（具体密度值依赖于具体设计方案），进一步提高密度反而不省面积（因为支撑它的电力和空调设备所占的面积会增加），造价也显著提高。民用建筑的造价一般由面积决定，而数据中心的造价主要由电量和可用性级别决定，面积对数据中心造价的影响很小。

3 数据中心规划工作的概念

作为项目的起点，规划工作奠定了项目建设的基础。项目规划工作的实质就是将关于项目的一切构想，方案和数据用逻辑流程来实现，将最初的项目构想转换成一系列的具体要求和细节，用规划来控制数据中心项目的成本和质量。

数据中心的项目规划分为四个阶段，每个阶段都有具体的流程和任务。这套分阶段方法论的核心观点是：

（1）建立项目的系统概念：在讨论技术要求、设计细节、甚至是一长串用户需求清单之前，我们应该先建立一个系统的概念。这样可以避免一旦工程开始，由于大方向的错误导致工程的返工或推迟，造成时间和投资的浪费。所以，在规划之初，最关键的工作并不是急于进行具体设计和设备采购，而是确定计划建设的数据中心的最重要的基本架构，即系统的概念。

（2）确定项目的核心要素：系统概念的建立需要一些特定的项目相关的核心要素，这些要素包括项目的级别、容量、扩容空间、效率、密度和预算。前期的规划工作应着眼于使项目的投资者和管理者建立这些要素的共识，这就确保了项目的决策者专注于最重要的决策，而不是纠结于细节的讨论。

4 数据中心规划设计分析

4.1 规划科学性。“新数据中心落成之日，就是‘修修补补’开始之时”。这是一些单位在建设数据中心后的切身体验。从最初的概念到最终能够部署设备的机房，往往要用两三年时间，建设期间业务和IT都在高速发展，虽然做的是五年规划，但设备迁入新机房时已经占用了大半的电量或面积，空调冷量开始不够，很快要进行改造，同时还要保证IT系统的正常运行，像是给飞在空中的飞机换零件，危险性很高。

这里涉及两个核心问题：①十年规划。一项针对美国6500个企业数据中心的调查显示，这些数据中心的实际平均运行时间为12年。新数据中心的生命周期至少应当设计在10年以上。②规模估算。对未来数据中心规模的估算的确是一项挑战性工作。缺乏有效的规模估算方法，难以提供有效的需求作为设计输入。

4.2 面积、电量、制冷量平衡。新建数据中心的面积规划大并不能说明规模大，因为数据中心的规模决定于面积、电量、制冷量三者中的短板。面积大供电容量不足或制冷设备不够，再大的面积也无法作为数据中心使用。

4.3 建筑结构设计缺陷。

4.3.1 层高。一般设计单位都了解数据中心要求比较高的层高，通常为数据中心设计的层高在4m，而专业设计的大型现代数据中心的机房层高一般会在6m甚至更高，设备层（发电机、冷冻机等）的常见层高为7.5～9m。对普通民用建筑而言，层高的增加意味着造价的增加，传统土建设计单位想不出再增加层高的理由。即使IT部门提出了层高的要求，也往往会被整个单位需要更多办公面积的要求牺牲掉（我国的数据中心多数情况下是一栋大楼里面的一层或多层，大楼有限高指标，增加层高就会减少大楼总面积）。

4.3.2 承重。早期相当多的数据中心地板最大承重只有420kg/m 2，无法满足大型设备的部署。高等级数据中心的计算机主机房承重应不低于1000kg/m2，高压配电、变电室、电池间等重型设备房间承重不低于1500kg/m2。

4.3.3 柱距。数据中心的柱距直接影响到IT设备部署的效率，必须考虑到IT设备和机电设备部署的特点才能设计出合理的柱距，从而最充分地利用空间，并且能够有效地和机柜一起组成冷、热通道，节能降耗。

4.3.4 运输通道。由于数据中心的设计寿命在10年以上，刚投入使用时必然有较大的容量空余，一次性部署所有机电系统会造成很大浪费，因此一般分期部署。要考虑预留大型设备吊装孔和大型货梯，机电设备通道要足够宽、高，而且能够满足大型设备在运输中转弯。缺乏数据中心专业经验的设计可能导致大型设备无法到位。

4.3.5 变配电和制冷系统设计缺陷。对于大型数据中心而言，变配电和制冷设计是整个设计的核心部分，如果设计原则发生偏差，会给数据中心未来运营带来很大风险。按照国内传统的设计分工，变配电和制冷设计通常是由土建设计单位负责，而国内土建设计单位目前对数据中心的变配电、制冷系统的高可用性要求往往不能准确地理解，也缺乏大型数据中心建设的相关经验，难以保证数据中心的可用性。

5 结束语

通过对数据中心规划设计问题的研究，我们可以发现，该项工作良好实践效果的取得，有赖于对其多项影响因素与关键环节的充分掌控，有关人员应该从数据中心规划设计的客观实际出发，研究制定最为符合实际的应对实施措施。