小型数据中心规划和设计原则

一、小型数据中心的定义

　　数据中心(Data Center)是大范围协作的特定设备网络，用来在Internet网络基础设施上加速信息的传递。又可以细分为企业级数据中心、其他数据中心等。

　　企业数据中心(Enterprise Data Center, EDC)通过实现统一的数据定义与命名规范、集中的数据环境,从而达到数据共享与利用的目标。企业数据中心按规模划分为部门级数据中心、企业级数据中心、互联网数据中心以及主机托管数据中心等。其中互联网数据中心(Internet Data Center, IDC)是一种以电信级机房设备向用户提供专业化和标准化的数据存放业务及其它相关服务的中心。用户可通过数据中心的主机托管、整机租赁、虚拟主机等服务，并租用数据中心的技术力量，搭建自己的互联网平台。

　　其中，随着时间的推移，小型数据中心的指标定义也不断在变化，在2-3年前，100平米以下的可以定义为小型数据中心，但是随着机房逐渐的集中化、大型化，当前200平米以下的面积的机房定义为小型数据中心更为贴切。具体划分请参看下表：

二、构建小型数据中心的几个核心要素

• 整体设计

1、选址问题

　　数据中心具有极高的安全性要求，一旦发生问题将会影响社会的正常生产、生活。因此，即使发生诸如地震、水灾、雷击等自然灾害和机器设备发生故障、火灾等偶然事件，数据中心也必须具备很高的安全可靠性以保证业务不会停止。提高安全可靠性可通过各种手段实现，比如构筑具有冗余性的系统和构筑较易修补故障的系统等等。但是数据中心地理位置的合理规划对提高“灾害回避性”是极为重要的。在调查用地位置有关项目和用地本身的性状时，必须对自然条件和社会条件从过去到未来进行多方面研究。

　　其中，《电子计算机机房设计规范》(GB 50174-93)中规定，电子信息系统机房位置选择应符合下列要求：

　　◆水源充足，电力比较稳定可靠，交通通信方便，自然环境清洁;

　　◆远离产生粉尘、油烟、有害气体以及生产或贮存具有腐蚀性、易燃、易爆物品的工厂、仓库、堆场等;

　　◆远离水灾隐患区域;

　　◆远离强振源和强噪声源;

　　◆避开强电磁场干扰。

　　另外国内《电子信息系统机房设计规范》(GB 50174—征求意见稿)应该很快就会有个明确的结果，里面会对选址有更详细的说明，在这里不再赘述。

ANSI/TIA-942-2005标准附录F中关于选址的有关参考：

　　◆数据中心不应靠近附近机场的飞行航线。

　　◆与铁路及及高速公路距离大于800m，以保证降低化学物质溅落危险。

　　◆与军事基地距离大于800m，与核设施、国防设施等大于1600m。

　　◆其它注意事项：污染风险/接近警察局、消防队、医院、地区规划、多路接入、震动问题、环境问题。

2、数据中心规划与设计

　　建设的数据中心应当满足当前与未来的需要，在规划时，要注意以下几点需求：

A、解决系统过热问题

　　传统数据中心普遍存在局部过热的问题。传统数据中心因设计不合理而制冷不能按实际设备的需要进行分配，导致总体能源浪费高且存在局部过热而宕机。机房空调设置不合理，没有采用机房专用的精密空调，而是直接采用了家庭舒适性空调。电源线缆布放过细，存在重大的安全隐患。没有配备保障电源，机房的设备安全运行无法保证。

　　科学的数据中心动力配置，成本会在建设初期提高，相比由此带来的系统稳定运营带来的业务高可靠性，同时体现出的节能减耗带来的低成本价值。

B、解决系统宕机问题

　　大量企、事业等都会自己建设或者通过电信服务商，IDC运营服务商等拥有自己的机房，但是由于各种原因会出现数据中心停机和暂时关闭的情况，会给企业带来不可估量的损失。第一、建立自身的灾备中心，除了IT支撑之外，灾备中应该加入业务影响分析、策略制定、业务恢复预案、人员架构、通信保障、第三方合作机构等，成为业务连续性规划(BCP)。第二、对关键设备进行N+x冗余备份，尽量减少在设备自身的问题。

C、注重整体的绿色节能问题

　　所谓数据中心的“绿色”，业界标准并不统一，也没有形成可以参考的规范。笔者认为，绿色标准可以体现在两个方面：第一、整体设计的科学合理和设备的节能环保。绿色应该体现在通过科学的机房配置建设设计或改善，来形成动力环境最优化的配置，实现初始投入最小化;在保障机房设备稳定运营的同时，达到节能减耗;同时服务器、网络存储等设备要实现最大化的效能比。第二、满足IT环境的基本运营，同时确保可扩展性。要合理规划数据中心的使用寿命，争取达到总体TCO最小化。

D、关注数据中心的重点设计

　　为规范电子信息系统机房设计，确保电子信息系统安全、稳定、可靠地运行，做到技术先进、经济合理、安全适用、节能环保等要求。

　　●机房虽然是按照重要性进行分级，但不同级别的机房，其投资、系统冗余和能耗是不同的。级别高的机房，系统冗余较高，相对来说，其投资和能耗也较高。在满足系统可靠性的前提下，合理确定机房等级和系统配置，可以降低投资，减少能源消耗。

　　●当机柜内或机架上的设备为前进风/后出风方式冷却时，机柜或机架的布置宜采用面对面、背对背方式。

　　●A级和B级电子信息系统机房的主机房不宜设置外窗。当主机房设有外窗时，应采用双层固定窗，并应有良好的气密性。

　　●空调设计应根据当地气候条件，选择采用以下节能措施：大型机房宜采用水冷冷水机组空调系统;北方地区采用水冷冷水机组的机房，冬季可利用室外冷却塔作为冷源，通过热交换器对空调冷冻水进行降温;空调系统可采用电制冷与自然冷却相结合的方式。

　　●主机房和辅助区内的主要照明光源应采用高效节能荧光灯，其镇流器的谐波限值应符合国家标准GB17625.1的规定，灯具应采用分区、分组的控制措施。

(二)产品选择与布局

1、电源选择

　　针对小型数据中心，UPS等电源系统应该采用节省空间的紧凑式设计，具有内置旁路维护开关以及可扩展的电池，尽量降低用户的总体拥有成本。还应具有用户友好的智能及系统管理功能。

　　采用产品应该兼顾产品的成本和性能，达到IT管理人员对总体拥有成本的需求，在一些小型数据中心，IT管理人员常常必须自己对部分电源解决方案进行管理和维护，身边没有电源专业人员，所以采购产品要性能非常良好，同时易于管理。

　　所选产品还应配有范围广泛的可选附件，如具有环境监测功能的网络管理卡。利用这种网络管理卡，用户可以对UPS进行远程或基于Web的管理。能够与系统管理器整合，实现对整个数据中心的轻松管理。

2、空调的选择

　　数据中心各设备产生的热量需采用空气冷却的方法去解决，数据中心的最佳制冷设备就是机房专用精密空调。数据中心和网络系统的IT硬件运行时会产生大量集中的热量，同时对温度和湿度的变化也极其敏感，温度和湿度的轻微浮动，就可能导致系统发生严重问题;在IT设备机房中，热负荷几乎全部来自IT硬件、照明设备、支持设备和发动机散发的显热，IT设备机房含有很少的潜热，因为人员较少，外部空气有限，物理结构上还往往含有防潮层。

　　●对于东北地区的城市来说，四季分明，冬天温度相对比较低，所以不适宜使用水冷系列，自然冷却冷水主机加冷冻水机组的节能效果很明显，耗电量明显减少。

　　●对于华北地区的城市而言，自然冷却冷水机组加冷冻水机组可以比普通冷水主机加冷冻水机组节能30%，和其他空调系统相比耗电量也明显减少，节能效果显著。

●对于平均温度很高的华东、华南地区的城市，水冷冷水主机加冷冻水机组的系统总投资较少，在计算设备制冷总功率和耗电量时，直接蒸发式机组较高，水冷冷水主机加冷冻水机组系统较风冷直接蒸发式机组要节能可达到20%左右。

3、设备的布局

A、机柜摆放

　　在现代机房的机柜布局中，人们为了美观和便于观察会将所的的机柜朝同一个方向摆放，如果按照这种摆放方式，机柜盲板有效阻挡冷热空气的效果将大大折扣。正确的摆放方式应该是将服务器机柜面对面或背对背的摆放方式摆放，这样变形成了冷风通道和热风通道，机柜之间的冷热风不会混合在一起，形成短路气流，大大提到制冷效果，保护好冷热通道不被破坏。

B、IT设备摆放

　　随着服务器的小形化、高密度化、刀片式服务器的产生，这些服务器摆放的位置越来越不容IT管理者的忽视，高功率设备发热量大，比普通IT设备可能要高1倍或更多，如果将这些高功率负载和高密度的服务器组合摆放在一个机柜内，这样便会出现一个高密设备度群形成了一个巨大的发热群体，这种情况最容易导致数据中心的局部热点，IT管理人员不得不降低整个机房环境的温度或是添加专门的制冷设备，来处理这个局部发热点;针对这样的问题，可以将这些高功率设备和高密度服务器均分在每个机柜内，这样就不会出现高功率高密度设备群，也无法形成数据中心的热点和冷却的难点，将降低制冷设备运行费用和采购费用。

三、构建小型数据中心的几个需注意的问题

1、基础设施与动力环境设计、安装合理

　　第一，数据中心应配置保证电源，至少配置N+x的UPS电源，确保市电中断以后能确保设备正常运行。如果条件可以，应该再配置一台发电机，确保市电中断时间过长造成的影响。

　　第二，数据中心要配置机房专用的精密空调，并做好整体监控，能够根据机房环境和湿度的变化随时对空调的运行进行调节。

　　第三，数据中心要建设专用的送风通道。数据中心的设备由于能耗大，发热量也大，下送风方式效果最好，因此必须在机房设置地板，建立专用的下送风通道。

　　第四，要进行专门的规划。要根据公司的发展做好规划，最好能对机房进行全面的规划，然后根据业务发展的需要分步实施。只有这样，机房的建设才会正规，才不会出现电源线缆发热的情况。

2、重点关注耗能的各个部分，严防超标

　　第一、IT设备系统。由服务器、存储和网络通信等设备所产生的功耗约占数据中心机房所需的总功耗的50%左右。其中服务器所占的总功耗为40%左右，另外10%功耗由存储设备和网络通信设备均分。

　　第二、空调系统。由它所产生的功耗约占数据中心机房所需的总功耗的37%左右。其中25%左右的功耗来源于空调的制冷系统所产生的功耗，12%左右的功耗来源于空调送风和回风系统所产生的功耗。

　　第三、UPS供电系统。它们的功耗约占机房总功耗的10%左右。其中7%左右来源于UPS供电系统所产生的功耗，3%左右来源于UPS输入供电系统系统所产生的功耗。

　　第四、照明系统。它约占数据中心机房所需的功耗的3%左右。

3、注重数据中心的整体成本，达到最大效用比

　　构建小型数据中心更应该注重节能和可持续发展，因为随着业务的发展，机房随时可能进行改建和扩建。数据中心的建设不仅仅是服务器、存储等设备的性价比问题，数据中心本身的建设也要遵循环保规范。一般来说，一提起数据中心的绿色环保措施，人们首先想到的就是减少能耗、增添能效、减少空调数量以便节省能源等，措施基本都集中在对硬件设备的改造上。软件同样也是实现数据中心绿色节能环保的主要手段。软件为绿色数据中心做的最大贡献体现在，软件可以改变数据中心中数据系统的架构，从而带来服务器使用数量以及服务器中各种硬件设备的减少，由此实现绿色数据中心的目标。