区域性服务型数据中心建设规划方案探讨修改稿20110905

1、区域性服务型数据中心建设规划方案探讨上海市机电设计研究院有限公司（200040） 谈 莹 摘要：本文重点探讨区域性服务型数据中心方案确定要关注的问题：主要包括机房设备功率密度、用电负荷、负荷模块、供配电系统、建筑面积、场地选址等内容。关键词：区域服务性数据中心、机房设备功率密度、用电负荷、负荷模块、供配电系统、建筑面积、场地选址Discussion of construction planning project in regional service data centerTAN Ying Shanghai Institute of Mechanical& Electrical En

2、gineering Co.,Ltd 200040Abstract： This paper focus on the problem in determine the plan of regional service data center, which mainly include power density of IT room equipment, electricity load, load module, electric power supply and distribution system, construction area, site location.Key words：r

3、egional service data center power density of IT room equipment electricity load load module electric power supply and distribution system construction area site location数据中心通常是指在某空间内实现对数据信息的集中处理、存储、传输、交换、管理等功能的场所，一般包括计算机设备、服务器设备、网络设备、通讯设备、存储设备等。数据中心的基础设施 (Data Center Infrastructure) 是指为确保数据中心的关键设备和装

4、置能安全、稳定和可靠运行而设计配置的基础工程，也称机房工程 (Facility Site Engineering) ，数据中心机房工程的建设不仅要为数据中心中的系统设备运营管理和数据信息安全提供可靠保障，同时还为机房工作人员创造健康适宜的工作环境。参考文献2主要从机房选址、建筑结构、机房环境、安全管理及对供电电源质量要求等方面对机房分级，可分为 A级 （ 容错型 ）、 B级 （ 冗余型 ）、 C级 （ 基本型 ）三个级别。 参考文献1主要是根据数据中心基础设施的可用性（ Availability ）、稳定性（ Stability ）和安全性（ Security ）分为四个等级： Tier I

5、、Tier II、Tier III、Tier IV 。各级的供电要求见表1表1等级代号 Tier ITier IITier IIITier IV等级基本具冗余单元可并行维护容错供电通路数量 仅有一路 仅有一路 一路主用，一路备用 两路互为热备 供电冗余措施 N N+1 N+1 S+S 或 2(N+1) UPS 电源冗余 N N+1 N+1 S+S 或 2(N+1) 发电机容量 仅供计算机及通信系统设施的用电及其动力 仅供计算机及通信系统设施的用电及其动力 仅供计算机及通信系统设施的用电及其动力，冗余一台 供大楼内所有负载，冗余一台 初始的用电总量（W / ft2） （典型值） 20-30 40

6、-50 40-60 50-80 折合公制（W/m2）216-324432-540432-540540-864最终的用电总量（W / ft2） （典型值） 20-30 40-50 100-150 150折合公制（W/m2）216-324432-5401080-16201620建筑物类型 租用 租用，且其它租户没有危险 独立运行，且必须都是数据中心或电信运营商（或自有） 独立运行，且必须都是数据中心或电信运营商（或自有） 数据中心按照规模划分，可以划分为大、中、小型数据中心，但这也只是一个相对的概念，没有严格的量化标准。见表2表2规模机房建筑面积（m2）机柜数量（个）超大大于2000大于1000大

7、型80020002001000中型20080050200小型3020010 50区域性服务型数据中心的定位按国家标准可划分在B级 （ 冗余型 ）；按美国标准可划分在Tier II与Tier III之间偏向于Tier III。本文重点探讨区域性服务型数据中心方案确定要关注的问题：主要包括机房设备功率密度用电负荷、负荷模块、供配电系统、建筑面积、场地选址等内容。而上述内容均与数据中心规划的机柜安装数量和服务人员数量有关。而机柜安装数量是根据所在区域服务对象信息量密度有关，该内容本文不作展开； 根据我们设计的几个同类型数据中心的资料数据，本篇文章结合某区域性服务型数据中心工程的建设规划方案就上述涉及

8、的问题进行探讨，以供同行参考。该工程计划一期安装1000台机架，最终安装2400-2500台机架，所在地区规划建筑限高40m。1、 如何确定区域性服务型数据中心的用电负荷要确定数据中心的IT设备用电负荷首先要确定机房设备功率密度，机房设备功率密度一般有两种方法：（1）在机架数量确定时，按机架功率密度计算；（2）在机房面积确定时，可按单位面积功率密度计算。按机架功率密度计算：目前国产机架功率一般在35 kW，国外机架功率一般在48 kW，高密度机架达到1015 kW，甚至更高。但高密度IT设备受到制冷技术的制约，同时会导致极高的成本和较低的用电效率。参考文献4报告中统计有53.4%的用户选择了5

9、.0kW/机架，27.8%的用户选择3.0kW/机柜，10.8%的用户选择了2.0kW/机柜，另外还有5.7%的用户选择了8.0kW/机柜。当机柜功率密度为4.0kW时，考虑UPS效率为大于90%，UPS充电功率约占UPS总用电功率的11%，故可按机柜功率密度的1.25倍即5.0kW/机柜进行变压器容量估算。按单位面积功率密度计算：参考文献4报告中统计有36.0%选择了1.0kW/ m2，31.4%的选择1.5kW/ m2， 14.0%的用户选择了0.5kW/ m2，另外还有12.8%的用户选择了2.0kW/ m2。按100台机柜机房面积400m2计算，4.0kW/机柜功率密度或相当于1.0k

10、W/ m2，5.0kW/机柜功率密度或相当于1.2kW/ m2。结论：区域性服务型数据中心的功率密度应考虑其服务对象广泛性及同时系数，避免变压器的低负荷率，并考虑制冷技术的现实性，同时参考表1数据及以往数据，拟采用4.0kW/机柜或1.0kW/ m2的功率密度计算是比较符合实际的。2、 如何确定区域性服务型数据中心的负荷模块区域性服务型数据中心一般均采用模块化设计，以便投资者按市场需求逐步投入，因此需确定模块化设计的规模，而模块化的规模又同变压器、UPS和柴油发电机的容量有关。PUE为数据中心总能耗（Total Facility Power）与IT设备总能耗（IT Equipment Powe

11、r）的比值，国外先进节能型数据中心的PUE1.6，国内一般在，这里需考虑建设项目的地理纬度以及国内外设备技术的差异，上海地区数据中心的PUE建议按1.8考虑，即辅助设备变压器容量按IT设备变压器容量的80%考虑。表3列出变压器、机柜数量、UPS、柴油发电机及电梯载重吨位间的关系：表3模块编号IT设备变压器容量（kVA）机柜数量（台）UPS容量（kVA）柴油发电机容量（kVA）辅助设备变压器容量（kVA）电梯吨位（吨）建筑面积（m2）模块110002008008008004800模块21250250500*21000100041000模块31600320600*21250125051280模块4

12、2000400800*21600160051600模块525005001000*22000200062000结论：区域性服务型数据中心的负荷模块过大，会需要较大的载货梯及较大的楼板结构荷载，很不经济；而负荷模块过小，对同样数量的IT设备会需要较多数量的配电设备及变压器，同样不经济。考虑到市场UPS及柴油发电机容量，故选择方案3或4的负荷模块较为适宜。3、如何确定供配电系统供配电方式为双路供电系统、UPS电源及柴油发电机设备，并对空调系统和其他用电设备单独供电，以避免了空调系统启停对重要用电设备的干扰。附图：4、如何确定区域服务性数据中心建筑面积区域服务性数据中心由主机房、辅助区、支持区、行政管

13、理区等组成。主机房包括服务器机房、网络机房、存储机房等；辅助区包括进线间、测试机房、监控中心、备件库、打印室、维修室等；支持区包括变配电室、柴油发电机房、UPS室、消防设施用房等；行政管理区包括办公、更衣、盥洗、值班、营业服务用房等。机房的建筑面积的估算：参考文献2中条规定“当电子信息设备尚未确定规格时，可按下式计算： A=FN式中F单台设备占用面积，可取3.55.5（/台） N主机房内所有设备（机柜）的总台数。”考虑到区域服务性数据中心的商业效益以及以往的工程经验，每100台机架的主机房建筑面积为270m2，楼层支持区用房建筑面积为130m2（但不包括变配电室、柴油发电机房等大面积支持区建筑

14、面积），以及卫生间、电梯、楼梯等配套建筑面积，整个数据中心的辅助用房面积与主机房面积比约为1:11.1。机房楼的建筑方案比较：建筑方案号模块编号模块2模块3模块4模块4模块5模块机架数250320400400500负荷模块数22221每层机架数500640800400500每层主机房面积 13501728216010801350每层辅房面积 6488301036518648每层机房总面积20002560320016002000每层配套面积 140140140140140每层建筑面积 21402700334016402140一期占用层楼数22122一期可安装机架数1000128080080010

15、00一期主机房面积 4196054003340334041960二期占用层楼数32243二期可安装机架数15001280160016001500二期主机房面积 64205400668066806420总建筑层数54365总建筑面积 1075010800100201002010750总安装机架数25002560240024002500层高 m4.75或以上5554.75或以上建筑总高 m23.7524243023.75建筑分类多层或高层多层多层高层多层或高层规定防火分区面积2500或20002500250020002500或2000每层防火分区数12211从建筑防火分区限定建筑面积分析：主机房与

16、楼层辅房有很多线缆通道，且为大负荷线缆，进行防火分隔对大负荷线缆的散热不利，故主机房与楼层辅房宜在同一防火分区。从建筑分类分析：高层建筑，优点是建筑层高可以适度放宽，缺点是消防要求高，同时由于机房楼结构荷载大，结构抗震要求高，一般采用混凝土框架结构，总高度越高单位结构投资越大大，因此宜采用建筑高度较低的方案。故区域服务性数据中心尽可能控制在建筑总高24m范围内。上述方案中宜采用多层方案，若采用多层方案在层高上受到限制，可以采用高层建筑方案；其中方案配电设备数量多，但有发展余地；方案配电设备数量少，但各类设备已用至规格极限，缺少发展余地。方案若能将每层机房总面积从2560m2控制到2500m2，

17、划作一独立防火分区，经济性及发展性较好。方案缺点是每层机房面积必须分成两个防火分区，优点是减少建筑层数；在首层可利用作为35kV站。方案优点是每层一个防火分区，经济性及发展性较好，缺点是属于高层建筑，造价高。综合来看方案和方案均可作为建设规划方案。主机房面积确定后，加上35kV变电站、柴油发电机房以及三班运行维修、营业、管理、后勤等面积，结合容积率、建筑密度、建筑限高等条件，结合上述较好的方案即可确定总用电量、总建筑面积、建筑方案和建设用土地面积。结论：主机房面积可按2.7/台考虑，楼层辅房面积可按主机房面积的48%考虑。整个数据中心的辅助用房面积与主机房面积比约为1: 11: 1.1之间。机房楼的方案应考虑建筑物的防火分类、防火分区的划分、建筑物的层高、电梯的载重量等因素。5、如何确定区域服务性数据中心的场地选址90年代当时信息服务量小，机架用电量少，区域服务性数据中心选择在市区，随信息服务量的剧增，由于受建筑面积和供电的限制，已不能满足运行和容量的发展需求。同样在市区再建也受到土地房价高及供电困难等因数限制。目前区域服务性数据中心一般选择在城郊结合的工业园区。具有便捷的交通及通信设施，地理环境良好，市政条件充足，有稳定的电力供应和可靠的供电历史纪录。能够提供