基于數據中心可靠性與經濟性的平衡策略研究與分析

秦 琿

（中通服咨詢設計研究院有限公司，江蘇 南京 210019）

1 概 述

近年來，國務院相繼發布一系列政策，將大數據和“互聯網+”戰略正式上升為國家戰略層面，數據中心作為數字經濟時代關鍵性的基礎設施，其產業地位得到快速提升。數據中心的可靠性和經濟性作為衡量數據中心最重要的兩個關鍵性指標，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，更高的建設成本和運營成本[1]。下面通過深度挖掘與分析影響數據中心可靠性和經濟性的要素，剖析出其中的關鍵性要素，以便在數據中心建設及運營中通過重點管控達到降低風險增加營收的目的。商業化數據中心的經濟性系統如圖1所示。

圖1 商業化數據中心的經濟性系統圖

數據中心的生產收入主要來源于機架租賃收入和帶寬租賃收入，機架租賃收入主要由機房級別、機架數、單機架功耗以及市場供需情況等決定。數據中心的生產成本主要由建設成本、運營成本以及維護成本等構成，其中電源系統建設成本占建設成本的50%以上，電力成本占運營成本的60%以上，空調系統占建設成本的20%以上，占電力成本的30%左右[2]。因此電源系統建設成本、空調系統建設成本以及電力成本可以被認為是影響數據中心生產成本的重要因素。

商業化數據中心的可靠性系統如圖2所示。

圖2 商業化數據中心的可靠性系統圖

商業化數據中心可以看作是由建筑、供電系統、制冷系統、網絡系統以及運維系統等子系統串聯組成的復雜系統。在可靠性指標中，建筑結構、供電架構、空調系統架構以及網絡架構等均有相關規范明確要求，在相同等級的數據中心建設中，建筑和設備的建設成本及可靠性相差并不大，影響建設及運維成本的主要是機房規劃。合理的機房平面規劃、區域供電規劃以及氣流組織規劃等在不增加機房面積的情況下可以通過提高機房利用率多安置機架，通過將電源設備和制冷設備盡量部署在負荷中心附近減少電纜及管道建設成本，減少電力及冷量傳輸損耗，提高供電系統和制冷系統的工作效率，進而減少整個系統的建設成本和運維成本[3]。

2 影響數據中心可靠性、經濟性的關鍵要素

2.1 電力成本

電力是影響數據中心經濟性的決定性因素，也是影響數據中心可靠性的關鍵性因素。電力成本占數據中心運營成本的60%以上，其高低直接決定了數據中心的盈利能力。在數據中心選址時，電力的可靠性、引入成本、建設成本以及運營成本是需要考慮的重要因素[4]。在峰谷電價差較大的地區，建設蓄冷系統可以提高社會資源配置效率并具有良好的經濟效益，同時蓄冷系統作為后備冷源也提高了空調系統的可靠性。

2.2 電源系統建設

在電力資源豐富且廉價的地區，引入多路可靠市電，減少油機配置是可選之舉。對于建成面積在10 000 m2以上的數據中心，不僅可以節省數千萬元的油機建設成本，而且維護成本也比油機供電系統低，且電網的帶載能力不是油機供電系統可以比擬的。多機并聯（3臺及以上）的油機供電系統可靠性低于一路穩定可靠的市電，可見從供電可靠性上大中型數據中心也支持多路市電引入。

2.3 供電方式

供電方式對能源使用效率的影響顯而易見。鐵芯變壓器在低負載率時效率較低，2N運行的變壓器宜采用冷備份方式運行以提高運行效率，或采用非晶合金變壓器提升低負載率時的運行效率。擁有3N雙總線UPS及3+1冗余低壓配電的供電系統擁有更佳的運行效率和更低的建設成本，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行方式從供電可靠性上低于并行運行的2N不間斷電源供電方式，因此需要運維部門具備相關應急處理機制及應對措施[5]。

2.4 空調制冷系統

充足且長期可利用的室外冷源是降低運營成本的另一個重要因素，空調用電通常占數據中心用電量的1/3左右。充分利用室外冷源，減少空調壓縮機運行時間是節省電能的重要途徑。合理選址，充分利用室外冷源，可以使數據中心電力能耗降低10%以上。

目前應用較多的冷源主要是室外冷空氣和自然循環冷水。自然風冷通過冷空氣與空調冷卻塔或風冷式冷凝器進行換熱，或在空氣質量滿足要求的情況下將冷空氣直接引入機房進行換熱。自然循環冷水在高緯度沿海地區數據中心應用較為廣泛，以低溫海水作為冷源進行換熱?？照{的制冷方式也根據室外冷源溫度的不同可設置為自然冷卻、混合制冷及冷水機組制冷等幾種方式，通過空調群控方式最大程度降低空調壓縮機的運行時間。

近年來，空調節能技術獲得了長足發展，在空調節能技術的選取上應因地制宜，根據當地的氣候地理條件和資源配置情況，在充分進行技術經濟性比選的基礎上結合運維資源配置條件，選擇適宜的節能技術。

2.5 建筑成本

建筑成本在建設成本中占有重要地位，影響較大的主要是結構及消防成本，對結構影響較大的因素是機樓的抗震等級，避開地震帶建造數據中心對規避風險降低成本有實際意義。機房承重方面，通信設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，而機房承重及層高設計值宜就高不就低，分攤到50年的使用周期內，這些成本包括電纜、光纜成本的增加相比機房的適用性仍然在可接受范圍內。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達數百元，若是自用機房需根據風險承受能力制定災備計劃，若是向客戶出租機架，則需與客戶簽訂風險協議書，將風險控制在可承受范圍內。

2.6 智能化

隨著智能化技術的突飛猛進，智能化對設備節能的作用不可小覷。冗余設備的智能休眠、冗余功能的智能關斷以及智能照明等均能有效降低設備功耗。智能運維機器人或將替代大量傳統人工巡檢，以解決人工投入大、成本高以及效率低的問題。

2.7 全生命周期管理

對數據中心設備及材料從部署到運營和維護，再到資產退役實現全生命周期管理（包括建立資產卡片、實時監控及故障記錄與分析），實現資源利用的最大化，風險控制的最小化，并確保設備和材料在安全良好的工況下運行，是減少運營成本，降低風險的有效措施。

3 結 論

在數據中心建設階段，重要資源的獲取成本及運營可靠性是需要重點評估的部分。充足且使用周期長的自然冷源可有效降低電力運營成本，選址遠離地震帶和水災區可有效回避項目風險。在項目運營階段，使用智能化和空調群控等技術推行全生命周期管理，使設備運行在最佳工況，是減小運營成本降低運營風險的有效措施。

在系統或設備出現故障前，通過有效的運維機制，如故障前預警、實時監控以及重要業務災備等，將運營風險最小化，是保證數據中心持續健康運營的有效手段。尋找電力和冷源充足且獲取成本低廉的資源稟賦地區建立數據中心是保證成本優勢的前提條件，通過先進的節能技術及管理手段最大程度降低運營成本和運營風險是保證數據中心持續健康運營的必要措施。