基于數(shù)據(jù)中心可靠性與經(jīng)濟(jì)性的平衡策略研究與分析

秦 琿

（中通服咨詢?cè)O(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 南京 210019）

1 概 述

近年來(lái)，國(guó)務(wù)院相繼發(fā)布一系列政策，將大數(shù)據(jù)和“互聯(lián)網(wǎng)+”戰(zhàn)略正式上升為國(guó)家戰(zhàn)略層面，數(shù)據(jù)中心作為數(shù)字經(jīng)濟(jì)時(shí)代關(guān)鍵性的基礎(chǔ)設(shè)施，其產(chǎn)業(yè)地位得到快速提升。數(shù)據(jù)中心的可靠性和經(jīng)濟(jì)性作為衡量數(shù)據(jù)中心最重要的兩個(gè)關(guān)鍵性指標(biāo)，具有一定的排斥性，高的可靠性往往意味著更多的冗余部件，更高的建設(shè)成本和運(yùn)營(yíng)成本[1]。下面通過(guò)深度挖掘與分析影響數(shù)據(jù)中心可靠性和經(jīng)濟(jì)性的要素，剖析出其中的關(guān)鍵性要素，以便在數(shù)據(jù)中心建設(shè)及運(yùn)營(yíng)中通過(guò)重點(diǎn)管控達(dá)到降低風(fēng)險(xiǎn)增加營(yíng)收的目的。商業(yè)化數(shù)據(jù)中心的經(jīng)濟(jì)性系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 商業(yè)化數(shù)據(jù)中心的經(jīng)濟(jì)性系統(tǒng)圖

數(shù)據(jù)中心的生產(chǎn)收入主要來(lái)源于機(jī)架租賃收入和帶寬租賃收入，機(jī)架租賃收入主要由機(jī)房級(jí)別、機(jī)架數(shù)、單機(jī)架功耗以及市場(chǎng)供需情況等決定。數(shù)據(jù)中心的生產(chǎn)成本主要由建設(shè)成本、運(yùn)營(yíng)成本以及維護(hù)成本等構(gòu)成，其中電源系統(tǒng)建設(shè)成本占建設(shè)成本的50%以上，電力成本占運(yùn)營(yíng)成本的60%以上，空調(diào)系統(tǒng)占建設(shè)成本的20%以上，占電力成本的30%左右[2]。因此電源系統(tǒng)建設(shè)成本、空調(diào)系統(tǒng)建設(shè)成本以及電力成本可以被認(rèn)為是影響數(shù)據(jù)中心生產(chǎn)成本的重要因素。

商業(yè)化數(shù)據(jù)中心的可靠性系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 商業(yè)化數(shù)據(jù)中心的可靠性系統(tǒng)圖

商業(yè)化數(shù)據(jù)中心可以看作是由建筑、供電系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)以及運(yùn)維系統(tǒng)等子系統(tǒng)串聯(lián)組成的復(fù)雜系統(tǒng)。在可靠性指標(biāo)中，建筑結(jié)構(gòu)、供電架構(gòu)、空調(diào)系統(tǒng)架構(gòu)以及網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)等均有相關(guān)規(guī)范明確要求，在相同等級(jí)的數(shù)據(jù)中心建設(shè)中，建筑和設(shè)備的建設(shè)成本及可靠性相差并不大，影響建設(shè)及運(yùn)維成本的主要是機(jī)房規(guī)劃。合理的機(jī)房平面規(guī)劃、區(qū)域供電規(guī)劃以及氣流組織規(guī)劃等在不增加機(jī)房面積的情況下可以通過(guò)提高機(jī)房利用率多安置機(jī)架，通過(guò)將電源設(shè)備和制冷設(shè)備盡量部署在負(fù)荷中心附近減少電纜及管道建設(shè)成本，減少電力及冷量傳輸損耗，提高供電系統(tǒng)和制冷系統(tǒng)的工作效率，進(jìn)而減少整個(gè)系統(tǒng)的建設(shè)成本和運(yùn)維成本[3]。

2 影響數(shù)據(jù)中心可靠性、經(jīng)濟(jì)性的關(guān)鍵要素

2.1 電力成本

電力是影響數(shù)據(jù)中心經(jīng)濟(jì)性的決定性因素，也是影響數(shù)據(jù)中心可靠性的關(guān)鍵性因素。電力成本占數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)成本的60%以上，其高低直接決定了數(shù)據(jù)中心的盈利能力。在數(shù)據(jù)中心選址時(shí)，電力的可靠性、引入成本、建設(shè)成本以及運(yùn)營(yíng)成本是需要考慮的重要因素[4]。在峰谷電價(jià)差較大的地區(qū)，建設(shè)蓄冷系統(tǒng)可以提高社會(huì)資源配置效率并具有良好的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)蓄冷系統(tǒng)作為后備冷源也提高了空調(diào)系統(tǒng)的可靠性。

2.2 電源系統(tǒng)建設(shè)

在電力資源豐富且廉價(jià)的地區(qū)，引入多路可靠市電，減少油機(jī)配置是可選之舉。對(duì)于建成面積在10 000 m2以上的數(shù)據(jù)中心，不僅可以節(jié)省數(shù)千萬(wàn)元的油機(jī)建設(shè)成本，而且維護(hù)成本也比油機(jī)供電系統(tǒng)低，且電網(wǎng)的帶載能力不是油機(jī)供電系統(tǒng)可以比擬的。多機(jī)并聯(lián)（3臺(tái)及以上）的油機(jī)供電系統(tǒng)可靠性低于一路穩(wěn)定可靠的市電，可見(jiàn)從供電可靠性上大中型數(shù)據(jù)中心也支持多路市電引入。

2.3 供電方式

供電方式對(duì)能源使用效率的影響顯而易見(jiàn)。鐵芯變壓器在低負(fù)載率時(shí)效率較低，2N運(yùn)行的變壓器宜采用冷備份方式運(yùn)行以提高運(yùn)行效率，或采用非晶合金變壓器提升低負(fù)載率時(shí)的運(yùn)行效率。擁有3N雙總線UPS及3+1冗余低壓配電的供電系統(tǒng)擁有更佳的運(yùn)行效率和更低的建設(shè)成本，但一路市電一路不間斷電源的2N供電方式或變壓器冷備份的運(yùn)行方式從供電可靠性上低于并行運(yùn)行的2N不間斷電源供電方式，因此需要運(yùn)維部門具備相關(guān)應(yīng)急處理機(jī)制及應(yīng)對(duì)措施[5]。

2.4 空調(diào)制冷系統(tǒng)

充足且長(zhǎng)期可利用的室外冷源是降低運(yùn)營(yíng)成本的另一個(gè)重要因素，空調(diào)用電通常占數(shù)據(jù)中心用電量的1/3左右。充分利用室外冷源，減少空調(diào)壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)間是節(jié)省電能的重要途徑。合理選址，充分利用室外冷源，可以使數(shù)據(jù)中心電力能耗降低10%以上。

目前應(yīng)用較多的冷源主要是室外冷空氣和自然循環(huán)冷水。自然風(fēng)冷通過(guò)冷空氣與空調(diào)冷卻塔或風(fēng)冷式冷凝器進(jìn)行換熱，或在空氣質(zhì)量滿足要求的情況下將冷空氣直接引入機(jī)房進(jìn)行換熱。自然循環(huán)冷水在高緯度沿海地區(qū)數(shù)據(jù)中心應(yīng)用較為廣泛，以低溫海水作為冷源進(jìn)行換熱。空調(diào)的制冷方式也根據(jù)室外冷源溫度的不同可設(shè)置為自然冷卻、混合制冷及冷水機(jī)組制冷等幾種方式，通過(guò)空調(diào)群控方式最大程度降低空調(diào)壓縮機(jī)的運(yùn)行時(shí)間。

近年來(lái)，空調(diào)節(jié)能技術(shù)獲得了長(zhǎng)足發(fā)展，在空調(diào)節(jié)能技術(shù)的選取上應(yīng)因地制宜，根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂虻乩項(xiàng)l件和資源配置情況，在充分進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)性比選的基礎(chǔ)上結(jié)合運(yùn)維資源配置條件，選擇適宜的節(jié)能技術(shù)。

2.5 建筑成本

建筑成本在建設(shè)成本中占有重要地位，影響較大的主要是結(jié)構(gòu)及消防成本，對(duì)結(jié)構(gòu)影響較大的因素是機(jī)樓的抗震等級(jí)，避開(kāi)地震帶建造數(shù)據(jù)中心對(duì)規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)降低成本有實(shí)際意義。機(jī)房承重方面，通信設(shè)備集成度仍有提升空間，電池組的能量功率密度和體積功率密度也有較大提升空間，而機(jī)房承重及層高設(shè)計(jì)值宜就高不就低，分?jǐn)偟?0年的使用周期內(nèi)，這些成本包括電纜、光纜成本的增加相比機(jī)房的適用性仍然在可接受范圍內(nèi)。消防成本在建筑成本中占有較大比例，采用氣消還是水噴淋每平方米差價(jià)達(dá)數(shù)百元，若是自用機(jī)房需根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)承受能力制定災(zāi)備計(jì)劃，若是向客戶出租機(jī)架，則需與客戶簽訂風(fēng)險(xiǎn)協(xié)議書，將風(fēng)險(xiǎn)控制在可承受范圍內(nèi)。

2.6 智能化

隨著智能化技術(shù)的突飛猛進(jìn)，智能化對(duì)設(shè)備節(jié)能的作用不可小覷。冗余設(shè)備的智能休眠、冗余功能的智能關(guān)斷以及智能照明等均能有效降低設(shè)備功耗。智能運(yùn)維機(jī)器人或?qū)⑻娲罅總鹘y(tǒng)人工巡檢，以解決人工投入大、成本高以及效率低的問(wèn)題。

2.7 全生命周期管理

對(duì)數(shù)據(jù)中心設(shè)備及材料從部署到運(yùn)營(yíng)和維護(hù)，再到資產(chǎn)退役實(shí)現(xiàn)全生命周期管理（包括建立資產(chǎn)卡片、實(shí)時(shí)監(jiān)控及故障記錄與分析），實(shí)現(xiàn)資源利用的最大化，風(fēng)險(xiǎn)控制的最小化，并確保設(shè)備和材料在安全良好的工況下運(yùn)行，是減少運(yùn)營(yíng)成本，降低風(fēng)險(xiǎn)的有效措施。

3 結(jié) 論

在數(shù)據(jù)中心建設(shè)階段，重要資源的獲取成本及運(yùn)營(yíng)可靠性是需要重點(diǎn)評(píng)估的部分。充足且使用周期長(zhǎng)的自然冷源可有效降低電力運(yùn)營(yíng)成本，選址遠(yuǎn)離地震帶和水災(zāi)區(qū)可有效回避項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)。在項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)階段，使用智能化和空調(diào)群控等技術(shù)推行全生命周期管理，使設(shè)備運(yùn)行在最佳工況，是減小運(yùn)營(yíng)成本降低運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)的有效措施。

在系統(tǒng)或設(shè)備出現(xiàn)故障前，通過(guò)有效的運(yùn)維機(jī)制，如故障前預(yù)警、實(shí)時(shí)監(jiān)控以及重要業(yè)務(wù)災(zāi)備等，將運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)最小化，是保證數(shù)據(jù)中心持續(xù)健康運(yùn)營(yíng)的有效手段。尋找電力和冷源充足且獲取成本低廉的資源稟賦地區(qū)建立數(shù)據(jù)中心是保證成本優(yōu)勢(shì)的前提條件，通過(guò)先進(jìn)的節(jié)能技術(shù)及管理手段最大程度降低運(yùn)營(yíng)成本和運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)是保證數(shù)據(jù)中心持續(xù)健康運(yùn)營(yíng)的必要措施。