《数据中心设计规范》解读 ——数据中心分级与选址

2017年5月4日，住房和城乡建设部发布了《数据中心设计规范》GB50174-2017，2018年1月1日正式实施。本文结合《数据中心设计规范》，对数据中心的分级与选址进行论述。

一、数据中心“等级”划分原则

 建设一个数据中心要综合考虑选址、规划、投资等诸多因素，但最重要的因素是什么？是目标用户，也就是说，我们建设的数据中心是为谁服务的？用户的需求是什么？

用户分为内部用户和外部用户，数据中心可分为EDC和IDC两大类，EDC的用户主要是内部用户，IDC的用户主要是外部用户。不同用户对数据中心的可靠性和可用性的要求不同，比如金融行业对可靠性要求很高，数据中心一旦出现故障，将造成重大的经济损失，严重的数据丢失，将造成公共场所秩序严重混乱，因此金融等行业应按照高可靠性的要求建设数据中心。但不是所有单位或行业都要求高可靠性，高可靠性意味着高投入。当用户不需要很高的可靠性，数据中心故障造成的损失可承担时，如果也按照金融行业的要求建设数据中心，将造成资金和资源的严重浪费。因此《数据中心设计规范》GB50174-2017将数据中心划分为A、B、C三级。A级为“容错”系统，可靠性和可用性等级最高；B级为“冗余”系统，可靠性和可用性等级居中；C级为满足基本需要，可靠性和可用性等级最低。设计时应根据数据中心的使用性质、数据丢失或网络中断在经济或社会上造成的损失或影响程度确定所属级别。

数据中心的使用性质主要是指数据中心所处行业或领域的重要性，最主要的衡量标准是由于基础设施故障造成网络信息中断或重要数据丢失在经济和社会上造成的损失或影响程度。数据中心按照哪个等级标准进行建设，应由建设单位根据数据丢失或网络中断在经济或社会上造成的损失或影响程度确定，同时还应综合考虑建设投资。等级高的数据中心可靠性提高，但投资也相应增加。

二、各级数据中心的性能要求

1、A级数据中心的性能要求

《数据中心设计规范》GB50174-2017的前身是《电子信息系统机房设计规范》GB50174-2008，基于当时“机房”的建设情况，《电子信息系统机房设计规范》规定的A级机房的性能要求只有一个，即“A级电子信息系统机房内的场地设施应按容错系统配置，在电子信息系统运行期间，场地设施不应因操作失误、设备故障、外电源中断、维护和检修而导致电子信息系统运行中断。”这一性能要求对规范A级数据中心的设计起到了重要作用。但随着互联网、云计算技术的发展，数据中心的建设成本和对单个数据中心可靠性的要求发生了变化，为此，新版《数据中心设计规范》在要求A级数据中心满足“容错”要求的前提下，扩展了A级数据中心的性能要求。

基本性能要求：A级数据中心的基础设施宜按容错系统配置，在电子信息系统运行期间，基础设施应在一次意外事故后或单系统设备维护或检修时仍能保证电子信息系统正常运行。意外事故包括操作失误、设备故障、正常电源中断等,一般按照发生一次意外事故做设计，不考虑多个意外事故同时发生。设备维护或检修也只考虑同时维修一个系统的设备，不考虑多系统的设备同时维修。在一次意外事故发生后或单系统设备维护或检修时，基础设施能够满足电子信息设备基本运行需求。

是否是A级数据中心，最简单的判定方法：当数据中心经历了一次突发设备故障或人为操作失误后仍然可以满足IT设备正常运行的基本需要，这个数据中心就是A级数据中心。

扩展性能要求之一：A级数据中心同时满足下列要求时，电子信息设备的供电可采用不间断电源系统和市电电源系统相结合的供电方式：

1）  设备或线路维护时，应保证电子信息设备正常运行；

2）  市电直接供电的电源质量应满足电子信息设备正常运行的要求；

3）  市电接入处的功率因数应符合当地供电部门的要求；

4）  柴油发电机系统应能够承受容性负载的影响；

5）  向公用电网注入的谐波电流分量（方均根值）允许值应符合现行国家标准《电能质量 公用电网谐波》GB/T14549的有关规定。

这个扩展性能要求主要针对互联网和云计算数据中心希望降低建设成本的夙愿，在市电符合要求，且数据中心向电网输送的谐波“垃圾”量低于国家标准要求的前提下，可以采用一路市电+一路UPS电源（直流或交流）的供电方案，其主要目的是在保证可用性的前提下，降低数据中心总体拥有成本（TCO）。

扩展性能要求之二：当两个或两个以上地处不同区域的数据中心同时建设，互为备份，且数据实时传输、业务满足连续性要求时，数据中心的基础设施可按容错系统配置，也可按冗余系统配置。

这个扩展性能要求主要适用于云计算等数据中心。当两个或两个以上在同城或异地同时建立的数据中心互为备份，且数据实时传输备份、业务满足连续性要求时，由于数据中心之间已实现容错功能，因此其基础设施可根据实际情况，按容错或冗余系统进行配置。也就是说，对于单个数据中心，可以按照A级数据中心建设，也可以按照B级数据中心建设，但我们考量的是两个或两个以上数据中心群体是否满足“容错”要求。

《数据中心设计规范》第3.2.4条规定：B级数据中心的基础设施应按冗余要求配置，在电子信息系统运行期间，基础设施在冗余能力范围内，不得因设备故障而导致电子信息系统运行中断。

2、B级数据中心的性能要求

B级数据中心的特点是“冗余”，在“冗余”能力范围内，电子信息系统能够正常运行，反过来说，当设备故障超出“冗余”能力范围，B级数据中心是可以停机的。举例来说，一个B级数据中心采用3+1配置的UPS，当有一台UPS故障，数据中心仍然可以正常运行，但如果同时有两台UPS故障，超出了UPS的“冗余”能力，数据中心将停止运行。也就是说，B级数据中心是可以停机的，而A级数据中心是不可以停机的，这是A级和B级数据中心在性能上的根本区别。

3、C级数据中心的性能要求

C级数据中心的基础设施是按基本需求配置的，没有“冗余”，更没有“容错”，在基础设施正常运行的情况下，电子信息系统可以正常运行，但当基础设施出现故障时，电子信息系统也将停机。C级数据中心的优点是建设成本和运行成本最低，适用于普通办公、一般娱乐等场所，这些场所的特点是当电子信息系统停机后，不会造成很大的经济损失和社会影响。

三、数据中心选址

数据中心选址涉及众多因素，主要包括需求、电力、通信、交通、水源、环境、节能、隐患和安全等因素。关于选址，《数据中心设计规范》GB50174-2017是这样规定的：

1） 电力供给应充足可靠，通信应快速畅通，交通应便捷；

2） 采用水蒸发冷却方式制冷的数据中心，水源应充足。

3） 自然环境应清洁，环境温度应有利于节约能源；

4） 应远离产生粉尘、油烟、有害气体以及生产或贮存具有腐蚀性、易燃、易爆物品的场所；

5） 应远离水灾、地震等自然灾害隐患区域；

6） 应远离强振源和强噪声源；

7） 应避开强电磁场干扰；

8） A级数据中心不宜建在公共停车库的正上方；

9） 大中型数据中心不宜建在住宅小区和商业区内。

1、需求

包括社会经济发展需求和技术发展需求。

当今社会，信息成为社会经济发展和人类互通交流不可缺少的元素，人口数量和经济发展程度与对信息和数据的需求量成正比。数据中心是为信息服务的，信息是为人和经济发展服务的，人口越多、经济越发达的地区，信息量的需求就越多，需要的数据中心就越多。2016年，美国的GDP占全球GDP的24.32%，数据中心占全球的44%，中国的GDP占全球GDP的14.84%，数据中心占全球的10%。北、上、广、深和沿海地区是中国经济最发达的地区，人口也是最稠密的地区，信息需求量很大，因此北、上、广、深和沿海地区成为中国数据中心选址的主要地区之一。

数据传输是需要时间的（骨干网每千公里平均延迟5ms，城域网每百公里延迟1ms～2ms），有些对时间敏感（数据传输延迟将造成损失）的应用（如股票交易、游戏等），就目前的技术来讲，还不能解决长距离数据延迟的问题，因此，数据中心的选址不能距离应用场所太远。

数据中心存储的数据分为热数据和冷数据，热数据就是常用的数据，应存储在距离应用较近的数据中心，冷数据是不常用的数据，可以存储在较远的数据中心，按需求为数据中心选址时，应考虑数据中心是为热数据服务的，还是为冷数据服务的。

2、电力

数据中心属于高载能行业，它将电力转化为数据传输给各行各业，传输给千家万户。数据中心的用电量一般每平方米1～2kW，是办公楼的20～50倍，因此，没有充足的电力供应是不能建设数据中心的，选址时应重点考察当地的电力供应情况及供电的可靠性和稳定性。中国有很多电力充足的地区，如贵州、宁夏、山西、内蒙等地区，这些地区除为本地信息化服务建设数据中心外，还可以充分利用电力优势，为经济发达地区建设用于冷数据存储的数据中心。

3、通信

通信主要是指通信网络，数据中心与通信网络的关系，就像发电厂与输配电网的关系一样，发电厂发出的电依靠电网输送到千家万户，数据中心产生和存储的信息，依靠通信网络连接传输到千家万户。没有数据中心，网络只是两根线，但没有网络，数据中心就是信息孤岛，因此，通信网络对数据中心至关重要。为使通信快速畅通，数据中心的选址宜靠近核心网络节点（如中国电信核心网络节点有北京、上海、广州、沈阳、武汉、西安、南京、武汉等），与核心网络节点之间采用光纤直连或采取其他连接方式减少网络延迟。美国在东海岸和西海岸附近建设了很多数据中心，选址的主要原因之一就是距离东西海岸的核心网络节点近，通信快速畅通。

4、交通

数据中心周边的交通道路应满足两个阶段的使用要求，即数据中心建设阶段和运行维护阶段。建设阶段的道路应满足设备和材料的运输，更重要的是运维阶段人员、设备和材料的运输，《数据中心设计规范》GB50174-2017明确规定：从火车站、飞机场到达A级数据中心的交通不应少于2条道路。其目的也是为了实现道路“容错”，当数据中心发生故障，需要外界提供支援时，不应因道路堵塞影响救援。

5、水源

数据中心空调系统之所以耗电量大，主要是服务器等电子信息设备耗电量中的97%都转化为了热量，空调系统将这些热量带走，主要有两种方式：1、利用空气流动进行散热；2、利用水蒸发进行散热。其中，利用水蒸发进行散热的空调系统，每天每千瓦IT设备耗水量约为100升，一个10000平方米的数据中心，大约有6000kW的IT设备，每天耗水量约为600吨，每年耗水量约为20万吨，因此，采用水蒸发冷却方式制冷的数据中心，水源应充足。

6、自然环境

自然环境主要是指数据中心选址地区的全年平均温度和空气洁净度等参数，也包括是否存在水灾、地震等隐患。环境温度、湿度和空气洁净度是决定数据中心空调和新风系统的主要因素，也是数据中心节能的重要因素，同样的数据中心，建设在不同的地区，能耗和运行成本肯定不同，其主要原因就是环境温度、湿度和空气洁净度不同，导致空调和新风系统不同。因此，数据中心应选择自然环境清洁，环境温度有利于节约能源的地区。

水灾隐患区域主要是指江、河、湖、海岸边，A级数据中心的防洪标准应按100年重现期考虑；B级数据中心的防洪标准应按50年重现期考虑。在园区内选址时，数据中心不应设置在园区低洼处。

7、环境安全

1）数据中心周边环境主要包括产生粉尘、油烟、有害气体以及生产或贮存具有腐蚀性、易燃、易爆物品的场所；有强振源、强噪声源和强电磁场干扰源的场所。电子信息系统受粉尘、有害气体、振动冲击、电磁场干扰等因素影响时，将导致运算差错、误动作、机械部件磨损、腐蚀、缩短使用寿命等，因此，数据中心位置选择应尽可能远离产生粉尘、有害气体、强振源、强噪声源等场所，避开强电磁场干扰。对数据中心选址地区的电磁场干扰强度不能确定时，需作实地测量。当无线电骚扰环境场强在80MHz～1000MHz和1400MHz～2000MHz频段范围内超过130 dB（µv/m）；工频磁场场强超过30A/m时，应采取屏蔽措施。

2）从安全角度考虑，《数据中心设计规范》规定A级数据中心不宜建在公共停车库的正上方，这条是采纳了国外建设数据中心的规定（防范汽车炸弹等破坏行为）。数据中心是企业、政府和全社会存放重要信息和数据的地方，一旦发生事故，将造成重大损失，因此，从反恐角度考虑，数据中心的正下方不应当是停车库。但在《数据中心设计规范》征求意见时，有人提出目前已建好的数据中心，有些数据中心下方已经是停车库，且中国人口多，土地少，建地下停车库是解决停车难的有效措施。为了解决数据中心安全与停车难的矛盾，编制组调查和分析了地下停车库的使用情况，目前停车库分为两大类，一类是企业自用，主要停放本企业的车辆，车辆安全容易管理；另一类是公共停车库，车辆缴费就可以停车，车辆安全不容易管理。结合中国国情，既要考虑数据中心安全问题，又要解决停车问题，《数据中心设计规范》最终将A级数据中心与公共停车库之间的关系定义为“A级数据中心不宜建在公共停车库的正上方”，对于企业自用的数据中心和停车库，当只能将数据中心建在停车库的正上方时，数据中心的安全由企业自行负责，应对停车库采取防撞防爆措施。

3）对于大中型数据中心，由于空调系统的冷却塔或室外机组工作时噪声较大，根据实测，单台冷却塔的噪声在70db左右，成组安装的冷却塔的噪声在90db左右，如果数据中心位于住宅小区内或距离住宅太近，噪声将对居民生活造成影响，故《数据中心设计规范》规定数据中心与住宅的距离不宜小于100米。此外，居民小区和商业区内人员密集，不利于数据中心的安全运行，故《数据中心设计规范》规定：大中型数据中心不宜建在住宅小区和商业区内。

4）为防止汽车冲撞数据中心，《数据中心设计规范》规定了数据中心与停车场之间的安全距离，A级数据中心距离停车场不宜小于20米，B级数据中心距离停车场不宜小于10米。

5）《数据中心设计规范》附录A中规定了在飞机航道范围内建设数据中心的安全距离，据统计，飞机在起飞和降落过程中，出现故障的概率最高，且大部分故障发生在距离机场8000米的范围内，故规范规定A级数据中心距离机场不宜小于8000米。数据中心与飞机场的距离主要是指在航道范围内建设数据中心需要保持的距离，不在航道范围内建设数据中心，不受此条限制。

6）2015年8月12日,位于天津市滨海新区天津港的瑞海国际物流有限公司危险品仓库发生火灾爆炸事故，事故造成人员和财产的重大损失，包括距离爆炸点2000米范围内的多个数据中心也不同程度上受到损坏，故《数据中心设计规范》附录A中规定了A、B级数据中心与甲、乙类厂房和仓库、垃圾填埋场的距离不应小于2000米。甲、乙类厂房和仓库的主要特征是生产和储存易燃易爆物品；垃圾填埋场会产生沼气，存在爆炸危险性，故数据中心选址时应远离这些危险区域。

四、结束语

数据中心“分级”是为了满足各行各业对数据中心的不同需求，“分级”依据是可靠性和可用性。C级数据中心可以满足电子信息系统运行的“基本需要”，建设成本和运行成本最低；B级数据中心涵盖C级数据中心的性能要求，且比C级数据中心的性能要求更高。A级数据中心可靠性最高，但建设成本和运行成本也最高，其中心思想是“容错”，即系统“冗余”，A级数据中心可以满足所有行业对数据中心的要求。

数据中心选址涉及众多因素，满足信息化发展要求是根本要素，绿色节能是永恒的话题。

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