唐為民，王 澄，王蓓蓓

（1.中國移動通信集團江蘇公司，江蘇 南京210029；2.東南大學(xué)電氣工程學(xué)院，江蘇 南京210096）

1 概 述

隨著互聯(lián)網(wǎng)及云計算等先進技術(shù)的飛速發(fā)展，IT設(shè)備集成度越來越高，單機架功耗由早期的3～4 kW逐步向5～10 kW邁進，甚至達到20 kW。機房的建設(shè)也突破傳統(tǒng)思維，單一數(shù)據(jù)機房的建設(shè)將越來越少，大型數(shù)據(jù)中心基地的建設(shè)模式將成為主流。據(jù)了解，目前國內(nèi)各大運營商及互聯(lián)網(wǎng)公司正紛紛建設(shè)自己的大型數(shù)據(jù)中心基地，基地模式的建設(shè)對基礎(chǔ)設(shè)施的規(guī)劃和建設(shè)提出了更高的要求，主要體現(xiàn)在選址位置、征地規(guī)模和建設(shè)規(guī)模的模式確定、電價、高低壓配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化、外電引入以及節(jié)能減排等方面。

2 數(shù)據(jù)中心的概念

數(shù)據(jù)中心是指在一定規(guī)模的地塊上為集中實現(xiàn)客戶及自身業(yè)務(wù)發(fā)展所建設(shè)的多棟通信機房的統(tǒng)稱，其功能包括信息處理、存儲、傳輸、交換和管理等各種業(yè)務(wù)的綜合處理。

數(shù)據(jù)中心建設(shè)的終極目標(biāo)是綠色數(shù)據(jù)中心（Green Data Center），目前行業(yè)內(nèi)定義綠色數(shù)據(jù)中心主要以是否節(jié)能為衡量指標(biāo)（即PUE指標(biāo)）。PUE（Power Usage Effectiveness的簡寫）是評價數(shù)據(jù)中心能源效率的指標(biāo)，其值是數(shù)據(jù)中心消耗的所有能源與IT負(fù)載使用的能源之比。PUE指標(biāo)越小表明一定容量的IT負(fù)載所消耗的配套能耗（包括空調(diào)、照明、配電等能耗）越小，數(shù)據(jù)中心越節(jié)能。據(jù)了解國外谷歌、IBM等公司大型數(shù)據(jù)中心的PUE指標(biāo)能夠做到1.2以下，國內(nèi)好的數(shù)據(jù)中心也僅能做到1.6以下。

但PUE指標(biāo)僅僅反映數(shù)據(jù)中心是否節(jié)能，對其他指標(biāo)卻沒有考慮，如系統(tǒng)可靠性保障、項目總成本（TCO）、后期擴容便利性、維護運營成本等指標(biāo)，所以規(guī)劃好一個綠色數(shù)據(jù)中心應(yīng)追求可靠性、投資、運營成本、節(jié)能等各方面的綜合平衡，綠色數(shù)據(jù)中心應(yīng)定義為在滿足系統(tǒng)安全可靠基礎(chǔ)上以最經(jīng)濟的投入和最少的運營成本獲得最佳的能源效率。綠色數(shù)據(jù)中心的“綠色”具體體現(xiàn)在整體的規(guī)劃設(shè)計以及機房空調(diào)、UPS、服務(wù)器等IT設(shè)備上，要具備節(jié)能環(huán)保、高可靠性和合理性。

影響綠色數(shù)據(jù)中心的因素較多，但在規(guī)劃前期需重點考慮項目選址、建設(shè)規(guī)模設(shè)置、投資成本、后期維護等方面。

3 項目選址

傳統(tǒng)單一數(shù)據(jù)機房對地塊選址要求較少，只要周邊有一定電力容量、管道路由便利、價格便宜等即可。但大型數(shù)據(jù)中心的選址恰恰相反，非常重要，可以說好的選址可以起到事半功倍的效果。前期需充分論證和比較，考慮因素牽涉到多個方面，包括區(qū)域位置、征地價格、征地規(guī)模、周邊電力資源、電價因素、政府指標(biāo)要求和資源支持等。

3.1 征地區(qū)域位置

征地位置除傳統(tǒng)提及的交通便利、城郊結(jié)合部、外線引入便利等因素外，為追求更低的PUE指標(biāo)，征地位置務(wù)必能充分利用室外自然熱冷源且當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境較好。對于一些大型數(shù)據(jù)中心，可能會采用空調(diào)水冷系統(tǒng)，征地區(qū)域最好離自然湖泊較近。

考慮到中國國土面積較大，各省各地區(qū)域氣候特性和自然環(huán)境差別較大，選址時北方區(qū)域需考慮氣溫較低對水冷空調(diào)冰凍的問題（不建議采用空調(diào)雙冷源系統(tǒng)，不但投資翻番且建筑面積翻番）以及建設(shè)周期的影響（冬季無法施工）；而南方區(qū)域氣溫較高其自然冷源無法利用，不節(jié)能，后期運營成本支出較大。

3.2 征地價格

對于數(shù)據(jù)中心的征地，首先需要了解當(dāng)?shù)卣a(chǎn)業(yè)規(guī)劃，積極利用地方政府的優(yōu)惠政策，降低地價成本?？紤]到各省及各地區(qū)地塊價格差異較大，無法進行統(tǒng)一。但地塊價格主要需考慮地塊的用地性質(zhì)（以工業(yè)用地為宜，價格較低）、位置區(qū)域（郊區(qū)或城郊結(jié)合部）、符合當(dāng)?shù)卣漠a(chǎn)業(yè)規(guī)劃，容積率指標(biāo)不宜太高、地塊開發(fā)成熟度等因素。

3.3 征地規(guī)模

數(shù)據(jù)中心的征地規(guī)模與項目建設(shè)規(guī)模密切相關(guān)，而建設(shè)規(guī)模是由業(yè)務(wù)發(fā)展所需的機房面積確定，考慮到數(shù)據(jù)中心從征地到建成投入使用周期較長，且建設(shè)是分階段進行的，短則5年，長則10～20年，給業(yè)務(wù)預(yù)測帶來較大不確定性。征地規(guī)模較大一旦后期沒有業(yè)務(wù)需求將造成地塊浪費，面臨國土部門的罰款甚至沒收；相反征地規(guī)模偏小將影響業(yè)務(wù)發(fā)展，選址如果過于分散，維護難度較大。

除提高業(yè)務(wù)預(yù)測準(zhǔn)確性外，還需通過反推方式來確定具體征地規(guī)模。數(shù)據(jù)中心征地主要受制于外線引入的電力容量，根據(jù)不同的電力引入方案來確定不同的征地規(guī)模。目前供電部門高壓電壓等級主要有10 kV、20 kV（較少使用）、35 kV 以及110 kV（220 kV 和500 kV使用較少），供電部門對不同電壓等級的供電容量有明確要求。

（1）用電容量測算：按照數(shù)據(jù)中心內(nèi)單機架平均功率4 kVA計算，含主設(shè)備、空調(diào)、電池充電等設(shè)備1萬平米機房樓總功耗可達到7 000 kVA。

（2）供電局政策：傳統(tǒng)通信機房引入外線為2路10 kV（一主一備，相當(dāng)于1路），最大使用容量為8 000 kVA（各地區(qū)略有差異），該容量只能滿足1.15萬平米房機房容量。為滿足數(shù)據(jù)中心更大電力容量引入，要么提高電壓等級（如35 kV、110 kV），要么引入多路外線。

對于采用單路高壓引入的數(shù)據(jù)中心，其不同電壓等級對應(yīng)的數(shù)據(jù)中心征地規(guī)模和建設(shè)規(guī)模建議如表1。

表1 不同電壓等級對應(yīng)數(shù)據(jù)中心征地及建設(shè)規(guī)模表

備注：（1）按照1萬 m2機房樓占地3 000 m2，建筑密度按照35%考慮，則所需用地約13畝；（2）如供電部門允許同一地塊外線多路引入，其建設(shè)面積和征地面積相應(yīng)可以倍數(shù)增加；（3）上述計算數(shù)值未考慮數(shù)據(jù)中心地塊內(nèi)建設(shè)其他低功耗的倉儲用房、管理用房等。

3.4 電力價格

考慮到數(shù)據(jù)中心耗電量巨大，1萬平方米通信機房年耗電約6 132萬度（7 000×8 760），按照1度電0.9元計算，年電費成本約5 500萬元，如果電價便宜一半，每年節(jié)省電費達到2 750萬元，所以在地塊位置選取上就應(yīng)該選擇電力輸入省，而非電力輸出省。

供電電壓等級越高，單價越便宜，同時不同用電種類其價格又不同。表2為江蘇省電價統(tǒng)計表，從表中可看出，要爭取按照大工業(yè)電價和35 kV電壓等級以上計量，同時也需要爭取地方政府政策支持，切實降低電價。

表2 江蘇地區(qū)不同用電種類電價表

同時隨著國家政策的相應(yīng)調(diào)整及直供電試點工作的逐漸開展，后續(xù)可能存在發(fā)電側(cè)直供電的可能性。所謂直供電是指作為用電大戶，直接參與發(fā)電側(cè)供電談判，根據(jù)試點通知要求電壓等級不低于66 kV或110 kV。發(fā)電側(cè)直供電也需通過公共電網(wǎng)變電所取電，需付供電部門一部分過網(wǎng)費用，比供電部門的轉(zhuǎn)供電價格要便宜。

4 建設(shè)規(guī)模和單層面積設(shè)置

4.1 數(shù)據(jù)中心建設(shè)規(guī)模

數(shù)據(jù)中心建設(shè)規(guī)模包含兩個部分，第一個部分是數(shù)據(jù)中心地塊內(nèi)的總建設(shè)規(guī)模，這部分已在前面提及，需結(jié)合電力外線引入容量綜合考慮，建議總建筑規(guī)?？刂圃?.2×104m2、6×104m2和15×104m2左右。第二個部分就是數(shù)據(jù)中心地塊內(nèi)單棟機房樓建設(shè)規(guī)模，考慮到數(shù)據(jù)中心整體建設(shè)規(guī)模較大，包含多棟機房樓建筑，結(jié)合機房樓綜合利用率以及外線引入容量，建議單棟建筑規(guī)?？刂圃?.2×104m2左右（1路10 kV外線容量可滿足需求）。

4.2 單層面積設(shè)置

從機房樓規(guī)劃考慮，為節(jié)省低壓電纜饋線引入長度、減少搬運難度，機房樓建設(shè)不宜過高，4～7層左右較為合適。同時機房樓單層面積設(shè)置需綜合考慮設(shè)備安裝的便利性和樓層配電總?cè)萘?，目前機房樓單臺變壓器容量以2 000 kVA和2 500 kVA為多。為便于樓層分散供電，建議單臺變壓器容量按照1層樓或2層樓總?cè)萘吭O(shè)置，盡量不采用1臺變壓器帶多個樓層（導(dǎo)致供電電纜交叉）。

如果按照單臺變壓器容量為2 000 kVA計算，單層面積在3 000 m2（含IT設(shè)備、空調(diào)及電池充電每平方米負(fù)荷約700 kVA，則2 000 kVA變壓器容量可滿足3 000 m2左 右）。如 果 按 照 單 臺 變 壓 器 容 量 為2 500 kVA，建議1臺變壓器帶2層負(fù)荷，則單層面積在1 800 m2左右。

5 大樓配電建設(shè)模式

數(shù)據(jù)中心功耗巨大，其配電結(jié)構(gòu)有別于傳統(tǒng)通信機房的配電系統(tǒng)。

5.1 外市電引入

數(shù)據(jù)中心采用10 kV外線引入，可將高壓側(cè)部分直接放到一層配電房，對于35 kV及110 kV外線引入的高壓部分，建議單獨在場地中央設(shè)置電力配送中心（由35 kV/110 kV變?yōu)?0 kV電壓等級），然后通過10 kV高壓線向不同機房樓內(nèi)配電房供電（10 kV轉(zhuǎn)變?yōu)?.4 kV電壓等級），不宜由電力配送中心直接送0.4 kV電力至各通信機房，損耗和投資均大大增加。

5.2 變壓器配置

從投資角度來看，對于非VIP數(shù)據(jù)中心，不宜采用2 N方式配置，宜按照N＋1或N＋2方式配置較為妥當(dāng)，不但總投資有所降低，且減少配電房面積。如果機房樓樓層面積較大，可將10 kV/0.4 kV降壓變壓器直接安裝到機房樓層內(nèi)，減少變壓器輸出至樓層低壓線纜損耗。

5.3 低壓配電系統(tǒng)

數(shù)據(jù)中心功耗巨大，對于單層面積為1 800 m2的機房，測算含電池充電功耗的遠(yuǎn)期功耗可達到1 250 kVA，如有條件可直接將降壓變壓器安裝在樓層；如沒有條件，一層配電房的變壓器至樓層配電宜采用密集型母排，且母排安裝一次性到位，不宜分批建設(shè)。

同時，對于樓層安裝ATS總屏的配電系統(tǒng)，為避免一路市電停電后所有不同樓層ATS總屏均瞬時切換帶來的問題，建議各個樓層ATS總屏設(shè)置時延，錯時切換，如二層延時2分鐘、三層4分鐘、四層6分鐘，這樣可以避免變壓器負(fù)荷突增。

5.4 油機配置

油機房應(yīng)與主機房分開設(shè)置，不宜設(shè)置在一層大樓配電房內(nèi)，不但浪費配電房面積而且排風(fēng)、散熱很難解決。對于35 kV或110 kV引入的數(shù)據(jù)中心，推薦使用高壓油機，在10 kV電壓等級側(cè)進行切換。高壓油機不但便于并聯(lián)（減少油機配置），且待載非線性負(fù)載能力較低壓油機更強，減少油機冗余量。

6 總 結(jié)

本文從數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施的項目選址、征地規(guī)模、建設(shè)面積、外線引入、配電結(jié)構(gòu)等各個方面闡述了如何規(guī)劃一個好的數(shù)據(jù)中心，但數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃牽涉到因素較多，不能為片面追求某一方面而忽視了其它方面，應(yīng)在綜合考慮各類因素基礎(chǔ)上尋求最佳的規(guī)劃方案。

［1］ TT數(shù)據(jù)中心，數(shù)據(jù)中心冷卻指南［Z］，2010.

［2］ YD/T5003－2005電信專用房屋設(shè)計規(guī)范［S］.2005.

［3］ 工信部電信研究院.數(shù)據(jù)中心能效測評指南［Z］.2011.