以“新基建”為契機,加快數(shù)據(jù)中心建設,增強在新形勢下的競爭力顯得尤為重要,善用每一寸空間是提高數(shù)據(jù)中心競爭力的手段之一。數(shù)據(jù)中心空間總是不夠,這其實是有限資源和無限需求之間的矛盾,可以通過增加空間或提高空間的利用率來解決空間不夠的問題。對于設計好的數(shù)據(jù)中心無法再增加空間,只能通過提高空間利用率、增大密度來解決,而部署新數(shù)據(jù)中心的時候,應當在規(guī)劃和設計之初就解決好空間使用效率的問題。
影響
數(shù)據(jù)中心空間使用效率的六大因素
數(shù)據(jù)中心的空間使用效率簡單地說是用于裝機的建筑面積與數(shù)據(jù)中心總建筑面積的比值,這個比值越低越好,越低意味著更多的空間用于安裝機架,一般用單機架建筑面積或單千瓦建筑面積來計算和衡量??臻g使用效率有平面空間和高度空間兩個層面,規(guī)劃設計時需要兩個層面統(tǒng)一考慮,達成合理的解決方案。
數(shù)據(jù)中心空間使用效率與多方面的因素相關,包含服務器的選擇與安裝、機電方案的設置及設備的選型、保障等級及平面布局等。
>>機架空間分析
隨著服務器越來越小型化,在同樣的機架空間內,安裝的服務器越多,意味著單機架的功耗越大、計算能力越集約、越節(jié)省空間,同時單機架所對應的配套用房面積也就越大,但總體來說單機架功耗越大,空間越節(jié)省,單千瓦的建筑面積越小,數(shù)據(jù)中心空間的密度越高,空間的利用效率越好。
機架的高度決定安裝服務器的數(shù)量,可以通過提高機架的高度來提高裝機密度,從而提高機房的空間利用率。機架的高度并不是越高越好,單純追求機架高度會給日常的運維帶來很大不便。另外,機柜太高會導致服務器數(shù)量多、線纜多,對機房的布線也會帶來很大的壓力。綜合考慮這兩方面因素,機架合理高度為2.2米~2.5米。
>>制冷方案分析
數(shù)據(jù)中心有風冷、水冷、間接蒸發(fā)冷、液冷等多種制冷方式,空調類型有房間級制冷、行級制冷、機柜級制冷,各種制冷方式及空調形式對空間的要求有很大的區(qū)別。簡單來說制冷效率越低,越需要更多的空間進行散熱,也就是說所需要的空間越大。
如風冷的制冷效率相對較低,需要靜壓箱、回風空間,還需要很多的室外機平臺;水冷方案制冷效率相對較好,僅需要冷機空間、末端空間,對空間的使用效率有一定的提高;液冷服務器制冷與服務器相結合,就近制冷,制冷效率非常高,數(shù)據(jù)中心的功率密度也很高,單千瓦的空間使用效率得到很大的提高。數(shù)據(jù)中心制冷越靠近熱源,制冷效率越高、越節(jié)能,同時單千瓦所對應的空間越小,空間的利用率越好。
>>供電方案分析
數(shù)據(jù)中心機房供電系統(tǒng)涉及市電供電、柴油發(fā)電機、UPS不間斷供電、低壓配電系統(tǒng)、電纜及電纜路由、列頭柜配電系統(tǒng)等,供電系統(tǒng)的設計與保障等級、供電方式及設備類型有很大的關系。
就保障等級而言,保障等級越高安全性越高,所要求的冗余也相對越多,可知所需要空間也越大,單機架建筑面積或單千瓦的建筑面積就越大。
就供電方式而言,最能節(jié)省空間的當屬供電損耗最小的市電直供方案,不需要UPS設備,節(jié)省了很大的空間。UPS方案分為分散供電和集中供電模式,分散式供電結構將不間斷電源系統(tǒng)分散安裝在用電設備的列頭或列間,就地為ICT設備供電,取消電力電池室的建設,也就提高了數(shù)據(jù)中心空間使用效率。
就設備選型而言,數(shù)據(jù)中心小母線供電不占用平面空間,與列頭柜供電相比省去了列頭柜,能夠最大化利用寶貴的數(shù)據(jù)中心空間,用于安裝實際生產用的機柜;大容量UPS和變壓器融合,鋰電池做后備,可節(jié)省使用空間;巴拿馬電源省去傳統(tǒng)的變壓器,節(jié)省了變壓器空間用于裝機;天蝎機柜自帶分布式鋰電池,省去傳統(tǒng)的UPS及蓄電池裝置;飛輪UPS節(jié)省蓄電池面積;大容量柴油發(fā)電機組可節(jié)省油機臺數(shù),從而節(jié)省使用面積;燃氣輪機發(fā)電作為第三路電源,可省去柴油發(fā)電機。這些新技術和新產品都是對數(shù)據(jù)中心更加節(jié)能高效和提高空間使用效率的探索和應用。
>>智能管控分析
提高數(shù)據(jù)中心空間使用效率另一種方法是做好資產管理、容量分析,持續(xù)不斷地進行資源的配置和規(guī)劃,找到并利用未開發(fā)容量的閑置資源。監(jiān)控工具和智能機架PDU可提供有關可用容量的信息以及部署其他服務器的可能影響,一旦找到未使用的資源,就可以整合并更好地平衡和匹配。容量的管理實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心的關鍵資源的高效利用,提高資源利用率。借助容量管理,數(shù)據(jù)中心可以充分利用現(xiàn)有數(shù)據(jù)中心的容量資源。
通過使用數(shù)據(jù)中心基礎設施管理軟件實現(xiàn)對容量資源的有效利用,之前所構建的數(shù)據(jù)中心可能被過度構建,以滿足當時的需求,通過管理軟件可以進一步匹配IT設備所需的空間,可充分提高數(shù)據(jù)中心現(xiàn)有空間的使用效率。
>>綜合布線分析
數(shù)據(jù)中心高度空間的利用率很大程度上取決于綜合布線系統(tǒng)的設計。數(shù)據(jù)中心內的綜合管線多達十余種,有空調水管、電纜橋架、光纜橋架、風管、智能化橋架、消防水管及一些需要放在走廊內的設備。在進行綜合布線的時候,遵行法律法規(guī)的要求,在滿足安全和運維的需求基礎之上,應將數(shù)據(jù)中心的高度空間利用率達到最佳。
數(shù)據(jù)中心內眾多管線中,工藝、電源和空調路由管線設計影響最大。數(shù)據(jù)中心的工藝布線系統(tǒng)分為銅纜系統(tǒng)和光纜系統(tǒng),銅纜也可以采用高密度,但這種高密度對空間的節(jié)省實在有限,在同樣的空間里要得到更多的傳輸帶寬,改用光纜傳輸是一個必然的選擇。電源母線槽通過合理、安全的結構,將幾根導線包裹在金屬外殼內,組成一個整體的具有電氣連續(xù)性的輸配電系統(tǒng),分接方便、占有空間小。
制冷系統(tǒng)的水管或者風管也是影響數(shù)據(jù)中心高度空間的重要因素,制冷方式不同其斷面的大小,路徑等都有很大的區(qū)別。在進行數(shù)據(jù)中心空間規(guī)劃時需要結合投資考慮各種管線的合理布置和取舍,讓數(shù)據(jù)中心的空間利用更加有效。
>>平面布局分析
數(shù)據(jù)中心的平面布局包含兩個層面,一是數(shù)據(jù)中心的整體布局,各系統(tǒng)之間的合理配置;二是機房內空間布局實現(xiàn)更多裝機。
數(shù)據(jù)中心的整體布局高效匹配主要在于用電容量、冷量、空間與工藝功耗之間的配置關系,空間足夠用,整體的用電容量和冷量不夠,也不能達到空間使用的高效。數(shù)據(jù)中心的空間確定后,就需要各系統(tǒng)之間做到合理匹配,如果某個方面出現(xiàn)瓶頸,其他方面充足也不能達到高效,甚至會造成浪費。在一定的空間內,合理配置單機架功耗、設備臺數(shù)、容量,達到空間和容量雙匹配,才能說數(shù)據(jù)中心的空間使用效率較優(yōu)。
數(shù)據(jù)中心內部空間應當考慮如何在滿足國家法律法規(guī)對消防疏散的要求下,在滿足綜合管線合理的布置下,讓數(shù)據(jù)中心平面的輔助空間面積、交通面積更合理,以便有更多的空間用于安裝機架。消防疏散的要求包含防火分區(qū)、疏散距離、消防方式等,規(guī)劃和設計數(shù)據(jù)中心時應當追求防火分區(qū)的最大面積,讓豎向的疏散空間充分利用,追求最長的疏散距離,讓橫向的疏散空間充分利用。也就是說,提高數(shù)據(jù)中心的空間利用效率,應當在滿足功能及安全性的前提下盡可能地減少疏散空間。而機房內部應當考慮設備搬運通道、柱網(wǎng)與機架、列間距的匹配,才能達到一定的空間內機架數(shù)量最大,讓空間使用效率最好。
提高
數(shù)據(jù)中心空間使用效率的解決方案
根據(jù)需求提供定制的數(shù)據(jù)中心解決方案,往往空間的利用效率相對較高。但是建設數(shù)據(jù)中心初期需求往往不能確定,而是要求數(shù)據(jù)中心能夠不斷適應業(yè)務發(fā)展的變化及需求的調整等因素,在這樣的情況下,做好數(shù)據(jù)中心空間規(guī)劃顯得尤為重要,是保障數(shù)據(jù)中心長期高效運營的基本條件。筆者就目前應用最為普遍的機電系統(tǒng)和設備,提供兩個系列的數(shù)據(jù)中心土建解決方案。
>>標準化數(shù)據(jù)中心解決方案
提高數(shù)據(jù)中心空間的使用效率,需要合理確定其平面、柱網(wǎng)和機房的尺寸及高度。
確定數(shù)據(jù)中心的平面尺寸應結合法律法規(guī)的要求和實際用地的情況進行。根據(jù)工程經驗確定數(shù)據(jù)中心合理的平面尺寸為5000平方米左右,這個平面大小最大限度地利用了防火分區(qū)的面積,將疏散空間降到最低,以爭取最大的空間用來安裝機架。
確定數(shù)據(jù)中心的柱網(wǎng)尺寸需要結合各系統(tǒng)設計,柱網(wǎng)的設計圍繞機架展開,一切為了更多安裝機架。同時讓柱子盡可能不設置在列間,把通道打開,不僅可以多安裝機架,還便于冷熱通道的封閉,機房也更加美觀和開敞。
確定機房的尺寸,大柱網(wǎng)大開間的機房讓裝機效率提高,但機房的尺寸與消防有很大的關系,如果采用水消防,機房的大小只受到疏散距離的限制,如果是氣體滅火系統(tǒng),受到高度和體積的限制,一般一個機房的大小在500~700平方米較合適。機房寬度的確定與主次通道和機列長度有關,這樣可以使機房的裝機效率最高,就冷凍水系統(tǒng)機列最長為15米較合理,主運輸通道1.5米,次要維護通道1米,這樣機房的凈寬為17.5米左右較為合理;對于風冷系統(tǒng)而言,與送風距離、風速及制冷效率有很大的關系,機房的凈寬需要根據(jù)實際情況進行計算確定。
機房高度空間的確定與綜合管線設計密切相關,與機架的高度、制冷的方案、網(wǎng)絡布線的形式、電源系統(tǒng)與輸送方式的選擇關系很大,而走廊內的管線排布將是最大的制約因素,走廊內管線多,需要考慮運維和運輸?shù)目臻g。一般認為機房的層高4.8~5.4米為較為經濟合理的高度。標準化數(shù)據(jù)中心空間解決方案示例如圖1所示。
由于未來很大可能存在需求的變化,在空間設計上留有余量,考慮可能的需求變化帶來的影響,讓數(shù)據(jù)中心的空間利用效率不會因為需要的變化而大幅降低。故數(shù)據(jù)中心的空間使用效率與各系統(tǒng)的匹配關系有很大的關系。以目前應用最廣的水冷系統(tǒng)作為研究對象,數(shù)據(jù)中心設計中需要統(tǒng)籌考慮制冷站、空調末端、冷卻塔變壓器、UPS、電池以及各種管道路由通道等多方面因素進行合理匹配。
>>模塊化數(shù)據(jù)中心解決方案
隨著數(shù)據(jù)中心市場的快速發(fā)展,模塊化數(shù)據(jù)中心以其高可靠、高效節(jié)能和整體快速部署的優(yōu)勢,因此成為中小型數(shù)據(jù)中心發(fā)展的主流趨勢,在大型數(shù)據(jù)中心也有大量應用。在構建新的數(shù)據(jù)中心時,這些模塊可以作為更靈活有機的數(shù)據(jù)中心設計的一部分,并且不斷更新升級。這種靈活的、不斷升級的的模式能更好地適應未來不確定的變化,讓空間的匹配降到一個很小的范圍內,降低了因需求變化帶來的影響范圍,讓數(shù)據(jù)中心的空間使用效率做得更優(yōu)。
采用微模塊的部署方式,其機房內部設計主要與微模塊的尺寸有很大的關系,設計之初如果可以選定微模塊產品進行定制空間的設計,空間的使用效率匹配性將大大的提高,相應機房空間的使用效率就能得到保證。模塊化數(shù)據(jù)中心空間解決方案示例如圖2所示。
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