2021 数据中心建设概要

2021数据中心项目建设概要电子计算机技术的不断革新、互联网的日益普及，以及大数据、虚拟化、物联网和云计算等新生力量的快速萌芽，推动IDC互联网数据中心以空前的速度和规模在全国乃至全球大力发展。不论是投资方、建设方还是使用方，都开始逐渐跳出传统数据中心模式的限制，追求更灵活、更节能、更经济、更创新、更智慧的数据中心。本章主要从宏观角度来介绍数据中心的分级标准、选址条件、组成和环境要求。数据中心的分级数据中心一般按可靠性来划分等级，国内和国外的分级标准略有不同。以下介绍几种常用的分级标准。1.1.1 GB50174—2017GB50174—2017《数据中心设计规范》从数据中心的使用性质，以及数据丢失或网络中断在经济或社会上造成的损失或影响程度，将数据中心划分为A、B、C三级。A级为“容错”系统，即在电子信息系统运行期间，基础设施在一次意外事故后，或单系统设备维护时，或检修时仍能保证电子信息系统正常运行，其可靠性和可用性等级最高。B级为“冗余”系统，即在电子信息系统运行期间，基础设施在冗余能力范围内，不得因设备故障而导致电子信息系统运行中断，其可靠性和可用性等级居中。C级为满足基本需要，即在基础设施正常运行情况下，应保证电子信息系统运行不中断，其可靠性和可用性等级最低。此外，上述规范还允许同一个数据中心基础设施的各组成部分（比如建筑、结构、空调、电气、网络、布线、给排水等）按不同等级的技术要求进行设计，而数据中心的等级按照其中最低等级部分确定。这样建设方可以根据数据中心的业务特点合理分配基础设施各组成部分的建设成本，节省不必要的投资。1.1.2 UptimeTier等级认证美国UptimeInstitute是全球公认的数据中心标准组织和第三方认证机构。UptimeTier等级认证是数据中心领域权威认证，在全球范围内得到高度的认可。UptimeTier等级认证包含3个部分：设计认证（ierCertificationofDesignDocument、建造认证（ierCertifi-cationofConstructedFacilit、运营认证（ierCertificationofOperationalSustainabilit以下主要介绍设计认证。设计认证将数据中心的基础设施分为4个等级见表1-1TierⅠ：基本数据中心基础设施（BasicDataCenterSiteInfrastructure）。TierⅠ数据中心拥有非冗余容量设备及一个单一的非冗余分配路径来为关键环境提供服务。TierⅡ：冗余的机房基础设施容量组件（RedundantSiteInfrastructureCapacity。TierⅡ数据中心拥有冗余容量设备及一个单一的非冗余分配路径来为关键环境提供服务。TierⅢ：可并行维护的机房基础设施（ConcurrentlyMaintainableSiteInfrastruc-。TierⅢ数据中心拥有冗余容量设备及多个独立分配路径来为关键系统提供服务。任何时候，只需一个分配路径为关键环境提供服务，且所有IT设备均为双电源供电，所有IT设备均合理安装以兼容机房架构的拓扑。TierⅣ：容错机房基础设施（FaultTolerantSiteInfrastructure）。TierⅣ数据中心拥有多个独立的物理隔离系统以提供冗余容量设备及多个独立、不同、激活的分配路径同时为关键环境提供服务。冗余容量设备和不同的分配路径配置时应采用的原则N”容量均会为关键环境提供电力和冷却，且所有IT设备均为双电源供电，所有IT设备均合理安装以兼容机房架构的拓扑。补充系统和分配路径之间必须物理隔离，以防任何单项事件同时影响两个系统或分配路径。容错数据中心需要连续冷却。表1-1Tier等级汇总TierⅠTierⅡTierⅢTierⅣ支持IT负载的基础设施设备NN＋1N＋12N分配路径111个运行和1个备用2个同时运行可并行维护否否是是容错性否否否是分区否否否是连续冷却否否否是1.1.3 TIA-942TIA-942是美国《数据中心电信基础设施标准》，经美国电信产业协会（TI、TIA技术工程委员会（TR42）和美国国家标准学会（ANSI）批准，每5年修订一次。该标准旨在为设计和安装数据中心或机房提供要求和指导方针。TIA-942中数据中心的分级标准与UptimeTier一致，依据基础设施的实用性和安全性将数据中心分为四级，详见表1-1。但是与UptimeTier等级认证所关注的内容相比，TIA-942的分级规定更为细致具体，它分别从电信接入、选址、建筑结构、建筑类型、建筑布局、安全防范、电力、暖通空调、消防等诸多方面详述了不同等级对应的不同技术要求。数据中心的选址一直以来，无论是优渥的交通条件、优质的网络资源，还是优秀的专业技术人才，大多集中在一线城市和沿海城市。而且通信、金融、互联网行业的巨头公司为了便于开展核心业务，也都将总部落户于北上广深。所以国内早期的数据中心基本集中在一线、沿海城市及周边。后来随着数据中心需求和规模的不断扩大，数据中心的建设成本和运行成本不可避免地成为公司的考量指标。于是那些地广人稀、自然资源丰富、地皮便宜、水电廉价的区域开始受到数据中心建设方的青睐，比如内蒙古。然而现实不尽如人意，这些区域交通不方便、经济不发达、网络不稳定、环境不友好，很难吸引更多的客户入驻，即使自用也无法将主干业务搬迁至此。所以这些地区的数据中心热已经逐渐消退。数据中心不仅耗电量大，耗冷量也不可小觑。据经验统计，空调系统的能耗一般占数据中心总能耗的20%～40%，其中制冷压缩机的能耗又占到空调系统总能耗的70%～90%。人们一边在寻求成本更低的外部资源，一边在思考如何利用自然冷源来解决数据中心的散热问题。所以气候寒冷或者相对湿度较低的地区又成了建设数据中心的热门选项，比如东北和西北地区。气候寒冷意味着一年中有半年以上的时间可以充分利用自然冷却制冷，相对湿度较低意味着可以通过等焓加湿实现降温。这些过程都不需要开启压缩机，这对降低能耗有显著效果。不过寒冷和干燥的地区，对于施工建设和室外运维工作都提出了巨大的挑战，需要解决防结冰、防冻裂、防脆化、防沙尘等问题。为了进一步解决数据中心的制冷问题，人们又将数据中心的选址进一步扩大到气候舒适宜人、空气清新的高原地区。这里四季温度波动不大，不太冷也不太热，湿度适宜，空气洁净，尤其适合直接引入新风制冷，比如云贵高原、青藏高原的某些区域。但这些区域与一线城市、沿海城市相比，虽然自然环境优越，但是经济欠发达，而且数据中心的巨大散热量和耗水量对当地自然环境存在一定的负面影响。随着我国城镇化速度的不断加快，城市轨道交通网络的不断完善，各个大城市之间的差异化在逐渐缩小，加上一线城市日益紧缩的土地政策、能源政策甚至人口政策，数据中心的选址越来越多样化。数据中心建设方为了达到收益的最大化，要根据业务需求综合考量评估当地的经济、交通、网络、资源、气候等条件，才能做出最合理的判断。GB50174—2017《数据中心设计规范》中对不同等级数据中心的选址做出了基本规定，如表1-2所示。表1-2不同等级数据中心的选址要求项 目A级B级C级备 注地址距离停车场不宜小于20m不宜小于10m—包括自用和外部停车场距离铁路或高速公路的距离不宜小于800m不宜小于100m—不包括各场所自身使用的数据中心距离地铁的距离不宜小于100m不宜小于80m—不包括地铁公司自身使用的数据中心在飞机航道范围内建设数据中心距离飞机场不宜小于8000m不宜小于1600m—不包括机场自身使用的数据中心距离甲、乙类厂房和仓库、垃圾填埋场不应小于2000m—不包括甲、乙类厂房和仓库自身使用的数据中心距离火药炸药库不应小于3000m—不包括火药、炸药库自身使用的数据中心距离核电站的危险区域不应小于40000m不包括核电站自身使用的数据中心距离住宅不宜小于100m—有可能发生洪水的地区不应设置数据中心不宜设置数据中心—地震断层附近或有滑坡危险区域不应设置数据中心不宜设置数据中心—从火车站、飞机场到达灾备数据中心的交通道路不应少于2条道路———数据中心的组成数据中心是为集中放置的电子信息设备提供适宜运行环境的场所。它可以是建筑中的一部分房间，也可以是整栋建筑或建筑群，还可以是集装箱、车辆、船舶等移动空间。不过本书主要讨论的是以不可移动的建筑作为数据中心的情况。功能区划分从空间上来说，数据中心由主机房、辅助区、支持区和行政管理区等区域组成。主机房：安装和运行数据处理设备的建筑空间，包括服务器机房、网络机房、存储机房等功能区域。辅助区：安装、调试、维护、运行监控和管理电子信息设备和软件的场所，包括进线间、测试机房、总控中心、消防和安防控制室、拆包区、备件库、维修室、打印室等区域。支持区：为主机房、辅助区提供动力支持和安全保障的区域，包括变配电室、柴油发电机房、电池室、空调机房、动力站房、不间断电源系统用房、消防设施用房等。值班室、盥洗室、更衣间和用户工作室等。功能区面积数据中心各组成部分的使用面积应根据工艺布置确定，在对电子信息设备的具体情况不完全掌握时，主机房的使用面积可以按以下公式确定：A＝SN式中：A—主机房的使用面积m2S单台机柜、大型电子信息设备和列头柜等设备占用面积，可取2.0～4.0（m2/N—主机房内所有机柜、大型电子信息设备和列头柜等设备的总台数。辅助区和支持区的面积主要与数据中心的等级、机柜功率密度、空调冷却方式等因素有关，机柜功率密度越高，主机房面积越小，但支持区需要的面积越大。在数据中心建设初期，辅助区和支持区的面积之和可按主机房面积的1.5～2.5倍估算。行政管理区的面积主要与行政办公人员的数量有关，用户工作室的使用面积可按4～5m2/人计算；硬件及软件人员办公室等有人长期工作的房间，使用面积可按5～7m2/人计算。数据中心的规划布局根据GB50174—2017《数据中心设计规范》的规定，不同等级的数据中心对应的建筑结构要求如表1-3所示。从数据中心的建设周期、建设成本、运维成本、运维便利性和可靠性等多方面综合考虑，目前国内外新建的单体数据中心多采用单/多层钢筋混凝土或者钢结构的建筑形式。新建数据中心采用多/高层建筑时，消防疏散需要占用更多的建筑面积，建筑利用率较低，而且楼层间的防水处理、楼板承重载荷加大、重物运输对货运通道和货运电梯的特殊要求等都将增加建筑成本。而对已有高层建筑进行改造的数据中心，原建筑结构的抗震、耐火等级和楼板的承重水平是首要考虑的问题。其次，大/重型设备的运输安装、柴油发电机的进排风问题也大大增加了改建难度。表1-3不同等级数据中心的建筑与结构技术要求项 目A级B级C级备 注建筑与结构抗震设防分类新建不应低于乙类不应低于丙类不宜低于丙类—主机房活荷载标准值（kN/m2）组合值系数Ψc＝0.98～12频遇值系数Ψf＝0.9准永久值系数Ψq＝0.8根据机柜的摆放密度确定荷载值主机房吊挂荷载（kN/m2）不应小于1.2—不间断电源系统室活荷载标准值宜为8～10—电池室活荷载标准值（kN/m2）蓄电池组4层摆放时，不应小于16蓄电池组4层摆放总控中心活荷载标准值（kN/m2）不应小于6—钢瓶间活荷载标准值（kN/m2）不应小于8—电磁屏蔽室活荷载标准值（kN/m2）宜为8～12—主机房外墙设采光窗不宜——防静电活动地板的高度不宜小于550mm作为空调静压箱时防静电活动地板的高度不宜小于250mm仅作为电缆布线使用时屋面的防水等级ⅠⅡⅢ对于数据中心来说，大/重型设备（如柴油发电机、冷水机组等设备）及附属装置所在楼层的层高不宜低于5m；主机房部分应根据机柜高度、管线安装及通风要求确定空间整体高度，主机房净高不宜小于3m。为遵循新一代数据中心推崇的设计理念和节能策略，数据中心需要区分人流管理和物流管理，使环境、配套设施、监控管理等完美统一。在考虑路线设计时，人员通道主要考虑办公人员的通勤路径、访客的安检参观路径、运维人员的巡视路径等；设备运输路线不仅要与人员通道区分设置，同时还需考虑如何快速便捷地实现设备的搬卸、存放和调试等。数据中心内部功能区的划分、各基础设施系统的配置要统筹规划、统一设计。由于数据中心内部各类设备外形或基础都是矩形轮廓，因此，为避免建筑内空间利用不合理，数据中心内部房间宜采用矩形划分，单个功能房间的面积还需参考选定的消防方式进行规划。如采用管网式气体灭火系统时，一个防护区的面积不宜大于800m2，容积不宜大于3600m3。数据