1、数据中心基础建设的能源规划摘要：大量 IT 设备密集部署在数据中心，数据中心已经成为重要的高耗能之地，本文通过分析数据中心的特点，提出了在数据中心基础建设上需要进行几个方面的能源规划，在数据中心选址上做好第一步工作，充足的电力供应为数据中心的运营提供了基本支持，并为今后扩容成为可能；合理的总体电力规划为数据中心的稳定运行提供了保障；节能环保的建筑布置将有效地缓解数据中心对能源的需求。 Abstract：A large number of IT devices are densely deployed in data center. Data centers have become high e
2、nergy consumption. This paper based on the analysis of characteristics of data centers, explain that data center construction needs to carry on several aspects of the energy planning. First, suitable area will provides sufficient power supply for data centers, also make data centers extensibility; r
3、easonable overall power planning will provide stable operation for data centers; building structure of energy saving will effectively alleviate data centers demand for energy. 关键词：数据中心；能源；规划 中图分类号：P754.1 文献标识码：A 文章编号： 一、概述 目前国内新建了大量大型数据中心，数据中心面积越来越大，从几百平方米到几千平方米，甚至上万平方米的数据中心越建越多。如此大规模的数据中心对电力的需求也呈现出
4、爆炸式增长趋势，据全球最具权威的 IT 研究与顾问咨询公司 Gartner 统计，随着能耗和能源成本的节节攀升，能源支出已成为全球 70%数据中心的第二大运营支出项目，仅次于人力成本。按照 T3 或 T4 的标准，数据中心电力应按照 1.01.6 kVA/m2的需求进行配置。很多国外数据中心的电力配置更高，例如，美国“圣地亚哥超级计算机中心（SDSC） ”的数据中心按照 1.42kVA/m2 配置电力。从各大数据中心对电力的需求来看，数据中心已经成为重要的高耗能产业。因此，能源成为大型数据中心在设计和运行时要考虑的首要问题之一。 数据中心在基础建设时需要从下列几个方面对能源做重点规划。 二、数
5、据中心选址 数据中心选址的要求按重要性排序为自然地理条件、配套设施、周边环境、成本因素、政策环境、高科技人才资源环境、社会经济和人文环境。配置设施在各条件里面非常重要，配套设施条件包括：交通、水电气供应、消防等，数据中心是一个特殊的设施，因为它不能停下来，电力不能中断。数据中心的业务特点以及其质量和容量的要求，决定了数据中心对当地供电能力的要求，供电量必须保证充足和稳定。建设大型数据中心特别是超大型数据中心时，选址尤为重要。 数据中心在选址的时候必须要明确当地的电力分布条件以及在未来几年内的趋势。如果当地的其他公用设施在未来的几年内电力需求突然大幅上涨，那么有可能数据中心的电力就会得不到充足的
6、供应，到时候就不得不花费更多的成本来满足电力需求，甚至即便花很大成本也满足不了电力需求，这是一个不得不考虑的问题。 由于能源上涨的趋势，为了使长期的运营成本在可控范围内，电力的价格也成为了一个数据中心选址的关键。不同地区的电力价格差别很大，例如，在美国近几年来越来越多的企业选择在电力价格低廉的北卡罗来纳州建立自己的数据中心。包括 Facebook，谷歌，苹果，IBM 等。所以数据中心选址的首要任务就是选择一个可靠稳定而且价格合理的电力网络，这是保证数据中心能够连续稳定运行最重要的因素。 一些地方专门设立专业的区域用来用于数据中心的建设和运营，并由政府牵头为这些大型数据中心提供配置设施和服务。例
7、如：广东金融高新区、上海市金融信息服务产业基地（上海市银行卡产业园） 、成都高新技术产业开发区、合肥滨湖金融服务区等，在这些区域成为了以技术密集型和资本密集型的金融技术服务为支持的高科技信息服务区。这些区域有较为齐全的配套能源设施，例如：上海市金融信息服务产业基地由华东电网调度实行双回路供电，规划配置 220KV 变电站和 35KV 变电站共四座。这些专门的高新区有充足的配套电力，同时电力价格相对稳定合理，为数据中心提供了基本的能源保障。 三、电力总体规划 数据中心对电力的规划需在基建时完成，数据中心用电负荷的统计分为两个层次，即：UPS 电源系统负荷（输出）和变配电系统负荷。UPS电源系统负
8、荷（输出）是 UPS 电源系统设计的依据，变配电系统负荷是变配电系统和后备电源系统设计的依据。 1、供电电源 市电电源选择一般采用 10kV 供电电压，但其供电容量有限，用户受电设备的总容量为 2506300kVA，若数据中心需更大的供电容量，则需采用 35kV 或 110kV 及以上的供电电压。如果数据中心中、远期规划用电负荷较大，建议在建设初期就选择 35kV 或更大的供电电压，以免供电容量不足而成为数据中心发展的瓶颈。如果采用 35kV 或更大的供电电压时，可根据数据中心建筑形式决定其变电方式。数据中心为单幢建筑时宜采用直降方式，而数据中心为园区式多幢建筑时宜采用二级降压方式。 数据中心
9、的市电电源引入方式及其供电容量，应满足不同用途或等级数据中心对供电可靠性的要求。极高可靠性要求数据中心应从两个独立的电网变电所的专用输出回路上分别引入一路市电电源，以专线方式沿不同的敷设路由引接至数据中心。每一路市电电源的供电容量应能满足全部负荷或全部一、二级负荷的需求，包括 UPS 电源系统、机房空调、机房照明等。两路市电电源的供电容量应为全冗余，正常时应同时供电运行。一般可靠性要求数据中心宜引入两路市电电源，条件受限制时也可引入一路市电电源。引入两路市电电源时，宜为冗余关系，也可作为供电容量扩展关系。 2、不间断电源 数据中心必须配置不间断电源，即 UPS。UPS 电源主要由 UPS 主机
10、及UPS 电池组成，分为在线式、后备式及在线互动式几种，根据频率分高频机和工频机，它在机器有电工作时，就将市电交流电整流，并储存在自己的电源中，一旦停止供电，它就能提供电力，使用电设备维持一段工作时间，保持时间可能是 10 分钟、30 分钟等，后备时间一般由蓄电池的容量决定。可采用 2N 容量的 UPS，组成分布式冗余配电系统为机房配电。选用灵活的系统设置，做到系统结构清晰、线路冗余度高，避免配电系统的单点故障。 3、后备电源 数据中心一般采用柴油发电机组作为后备电源，以保证市电中断时，关键设备的供电不中断。柴油发电机组是一种独立的发电设备，以柴油等为燃料，以柴油机为原动机带动发电机发电的动力
11、机械。对于大型、高等级数据中心也可以选择可靠性高、输出电源品质好、带非线性负载能力强、体积小、重量轻的大功率燃气轮机发电机组。 数据中心后备电源配置应满足不同用途或等级数据中心对供电可靠性的要求。极高可靠性要求数据中心宜配置两路独立的后备电源，每一路后备电源的供电容量应能满足全部负荷或全部一、二级负荷的需求，包括 UPS 电源系统、机房空调、机房照明、蓄电池充电及建筑设备等。市电电源具有很高可靠性时，也可配置一路具有冗余的后备电源。当数据中心条件受限制，且市电电源具有较高可靠性时，也可以部分或全部采用移动式发电机组作为后备电源。 4、供配电系统布置 变配电所、UPS 电源机房应靠近设备机房(负
12、荷中心)布置。变配电所、发电机房、UPS 电源机房均应留有足够的面积，可与设备机房同步发展，应对设备机房面积扩展或设备机房功率密度上升引起的供电需求。应注意留有足够的、合理的供电线路通道。 四、建筑布置 建议对数据中心的主机房区域采用无窗密闭护围，以避免和减少进入室内的太阳辐射以及窗或透明幕墙的温差传热，是降低能耗的有效途径和措施。围护结构是指建筑物各面的围挡物，如墙体、屋面、地面和门窗等。围护结构分非透光围护结构（墙体、屋面、地面）与透光围护结构（玻璃门窗、玻璃幕墙） 。围护结构的传热能力越低，其保温隔热性能越好。在设计上要考虑隔热、保温和防止辐射。建议机房区的建筑物外墙均不设外窗，以减少太
13、阳辐射热量进入机房，减少外界热量对数据中心的影响；建筑外墙结构采用高效率保温隔热材料和设计，同时在建筑内墙体、楼面采用保温隔热设计，对顶、地、墙的六方体进行绝热，以减少围护结构四周的传热系数，整体将数据中心的机房区域包裹起来，以减少数据中心机房冷量损失，可达到较好的密闭保温节能效果。这些措施，都可以较好地减少数据中心机房与外界的热交换，节约能耗。 对数据中心的支持区和辅助房间等功能区采用有窗玻璃护围时，应该控制建筑的朝向及窗墙面积比，采用双层玻璃窗或低辐射玻璃，并辅助采用遮阳设施来减少太阳辐射的影响。 五、小结 随着信息技术产业的高速发展，各个行业也越来越依赖于信息技术，使得目前数据中心建设到了一个集中爆发的阶段，有规模大、数量多之特点。数据中心由于其自身特点和使用需要，在一个建筑中无疑是一个“能耗大户” 。在基建时期，对数据中心就必须做好能源规划，并充分留好今后扩容发展的余量，同时还要考虑建成后的运营成本。在能源配备和使用管理上有了良好的规划，初期耗资巨大的数据中心才能最大限度发挥它的作用。 【参考文献】 1 郑清明. 智能化供配电工程. 2007,8 2 张广明,韩林. 数据中心 UPS 供电系统的设计与应用. 2008,11 3 中国建筑标准设计研究院. 电子信息系统机房工程设计与安装. 2009,4 4 李峰. 数据中心供配电系统设计. 通信技术, 2010,6
