基于数据中心可靠性与经济性的平衡策略研究与分析

秦 珲

（中通服咨询设计研究院有限公司，江苏 南京 210019）

1 概 述

近年来，国务院相继发布一系列政策，将大数据和“互联网+”战略正式上升为国家战略层面，数据中心作为数字经济时代关键性的基础设施，其产业地位得到快速提升。数据中心的可靠性和经济性作为衡量数据中心最重要的两个关键性指标，具有一定的排斥性，高的可靠性往往意味着更多的冗余部件，更高的建设成本和运营成本[1]。下面通过深度挖掘与分析影响数据中心可靠性和经济性的要素，剖析出其中的关键性要素，以便在数据中心建设及运营中通过重点管控达到降低风险增加营收的目的。商业化数据中心的经济性系统如图1所示。

图1 商业化数据中心的经济性系统图

数据中心的生产收入主要来源于机架租赁收入和带宽租赁收入，机架租赁收入主要由机房级别、机架数、单机架功耗以及市场供需情况等决定。数据中心的生产成本主要由建设成本、运营成本以及维护成本等构成，其中电源系统建设成本占建设成本的50%以上，电力成本占运营成本的60%以上，空调系统占建设成本的20%以上，占电力成本的30%左右[2]。因此电源系统建设成本、空调系统建设成本以及电力成本可以被认为是影响数据中心生产成本的重要因素。

商业化数据中心的可靠性系统如图2所示。

图2 商业化数据中心的可靠性系统图

商业化数据中心可以看作是由建筑、供电系统、制冷系统、网络系统以及运维系统等子系统串联组成的复杂系统。在可靠性指标中，建筑结构、供电架构、空调系统架构以及网络架构等均有相关规范明确要求，在相同等级的数据中心建设中，建筑和设备的建设成本及可靠性相差并不大，影响建设及运维成本的主要是机房规划。合理的机房平面规划、区域供电规划以及气流组织规划等在不增加机房面积的情况下可以通过提高机房利用率多安置机架，通过将电源设备和制冷设备尽量部署在负荷中心附近减少电缆及管道建设成本，减少电力及冷量传输损耗，提高供电系统和制冷系统的工作效率，进而减少整个系统的建设成本和运维成本[3]。

2 影响数据中心可靠性、经济性的关键要素

2.1 电力成本

电力是影响数据中心经济性的决定性因素，也是影响数据中心可靠性的关键性因素。电力成本占数据中心运营成本的60%以上，其高低直接决定了数据中心的盈利能力。在数据中心选址时，电力的可靠性、引入成本、建设成本以及运营成本是需要考虑的重要因素[4]。在峰谷电价差较大的地区，建设蓄冷系统可以提高社会资源配置效率并具有良好的经济效益，同时蓄冷系统作为后备冷源也提高了空调系统的可靠性。

2.2 电源系统建设

在电力资源丰富且廉价的地区，引入多路可靠市电，减少油机配置是可选之举。对于建成面积在10 000 m2以上的数据中心，不仅可以节省数千万元的油机建设成本，而且维护成本也比油机供电系统低，且电网的带载能力不是油机供电系统可以比拟的。多机并联（3台及以上）的油机供电系统可靠性低于一路稳定可靠的市电，可见从供电可靠性上大中型数据中心也支持多路市电引入。

2.3 供电方式

供电方式对能源使用效率的影响显而易见。铁芯变压器在低负载率时效率较低，2N运行的变压器宜采用冷备份方式运行以提高运行效率，或采用非晶合金变压器提升低负载率时的运行效率。拥有3N双总线UPS及3+1冗余低压配电的供电系统拥有更佳的运行效率和更低的建设成本，但一路市电一路不间断电源的2N供电方式或变压器冷备份的运行方式从供电可靠性上低于并行运行的2N不间断电源供电方式，因此需要运维部门具备相关应急处理机制及应对措施[5]。

2.4 空调制冷系统

充足且长期可利用的室外冷源是降低运营成本的另一个重要因素，空调用电通常占数据中心用电量的1/3左右。充分利用室外冷源，减少空调压缩机运行时间是节省电能的重要途径。合理选址，充分利用室外冷源，可以使数据中心电力能耗降低10%以上。

目前应用较多的冷源主要是室外冷空气和自然循环冷水。自然风冷通过冷空气与空调冷却塔或风冷式冷凝器进行换热，或在空气质量满足要求的情况下将冷空气直接引入机房进行换热。自然循环冷水在高纬度沿海地区数据中心应用较为广泛，以低温海水作为冷源进行换热。空调的制冷方式也根据室外冷源温度的不同可设置为自然冷却、混合制冷及冷水机组制冷等几种方式，通过空调群控方式最大程度降低空调压缩机的运行时间。

近年来，空调节能技术获得了长足发展，在空调节能技术的选取上应因地制宜，根据当地的气候地理条件和资源配置情况，在充分进行技术经济性比选的基础上结合运维资源配置条件，选择适宜的节能技术。

2.5 建筑成本

建筑成本在建设成本中占有重要地位，影响较大的主要是结构及消防成本，对结构影响较大的因素是机楼的抗震等级，避开地震带建造数据中心对规避风险降低成本有实际意义。机房承重方面，通信设备集成度仍有提升空间，电池组的能量功率密度和体积功率密度也有较大提升空间，而机房承重及层高设计值宜就高不就低，分摊到50年的使用周期内，这些成本包括电缆、光缆成本的增加相比机房的适用性仍然在可接受范围内。消防成本在建筑成本中占有较大比例，采用气消还是水喷淋每平方米差价达数百元，若是自用机房需根据风险承受能力制定灾备计划，若是向客户出租机架，则需与客户签订风险协议书，将风险控制在可承受范围内。

2.6 智能化

随着智能化技术的突飞猛进，智能化对设备节能的作用不可小觑。冗余设备的智能休眠、冗余功能的智能关断以及智能照明等均能有效降低设备功耗。智能运维机器人或将替代大量传统人工巡检，以解决人工投入大、成本高以及效率低的问题。

2.7 全生命周期管理

对数据中心设备及材料从部署到运营和维护，再到资产退役实现全生命周期管理（包括建立资产卡片、实时监控及故障记录与分析），实现资源利用的最大化，风险控制的最小化，并确保设备和材料在安全良好的工况下运行，是减少运营成本，降低风险的有效措施。

3 结 论

在数据中心建设阶段，重要资源的获取成本及运营可靠性是需要重点评估的部分。充足且使用周期长的自然冷源可有效降低电力运营成本，选址远离地震带和水灾区可有效回避项目风险。在项目运营阶段，使用智能化和空调群控等技术推行全生命周期管理，使设备运行在最佳工况，是减小运营成本降低运营风险的有效措施。

在系统或设备出现故障前，通过有效的运维机制，如故障前预警、实时监控以及重要业务灾备等，将运营风险最小化，是保证数据中心持续健康运营的有效手段。寻找电力和冷源充足且获取成本低廉的资源禀赋地区建立数据中心是保证成本优势的前提条件，通过先进的节能技术及管理手段最大程度降低运营成本和运营风险是保证数据中心持续健康运营的必要措施。