数据中心机提高装机容量.doc

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1、数据中心机房提高装机容量和降低空调能耗的研究中国电信上海公司彭伟杜秋钟志鲲丁涛简述数据中心占地面积大，能耗大，运营商往往迫于市场压力就大手大脚，不计成本。其实数据中心挖潜的余地很大，在有限的机房里使装机容量最大化和使空调能耗最小化就是重要的研究方向。一、一、提高机房装机容量的研究1、机房最佳布局的推算为了进行一般的讨论，我们设定机架及其内部设备都是前后两面可维护，这样建立的模型即可满足所有设备在机房布局时的通用性。设：D为机架宽度，H为机架深度，A为一排机架的架数，B为机架排数，P为走道宽度，N为机架总数

2、，L为机房长度，Z为机房宽度。此时则有：N=A*B……(1)图1一般机房机架排列图图1表示这种尺寸设备的等效布局图。对于给定的机房，机架的总数N和过道宽度P一般是常数。数值P应根据过道标准来选择，它不应小于对应设备（服务器）维护的尺寸。这样房间宽度Z=(A*D+2P)，而长度L=B*(H+P)+P。其乘积就是房间的面积，即：S=L*Z=[B*(H+P)+P]*(A*D+2P)……(2)在不同的机房中，由于A和B不是常数，而且其决定于机架尺寸和房间的大小（空调安装空间和所占面积除外），所以房间的面积S是数值

3、A和B的比例函数：如果按B对方程（3）进行微分并使其等于0，则函数S可达到最小：由此可推出：如果将所得的方程代人方程(2)并对它进行换算，则可以获得安装N台设备所需的最小面积：我们也可以将方程(7)化算成(8)，这一公式表明：当机架尺寸和过道大小给定时，某区域的机架数量N与机房最小面积的关系符合：从上述方程可以得出，用于IDC的机房房间尺寸，其最佳的长度L应是其宽度Z的2倍，而且它们的比例与设备的尺寸、数量和其过道的大小无关。结合目前通用的机房专用空调的送风特性——在最大风量和标准余压下，其最佳的送风距离

4、一般不超过15~16m，考虑空调机组的厚度1m和2P的过道，可推算出机房最佳的宽度约为18m，最佳的长度则为36m。由此我们可推算出最佳的机房单元应为：18m*36m=648m2。其配套的UPS等电力系统区域约为机房区域的1/2，故IDC机房的最佳建设单元面积约为1000m2。我们可以通过如下的数据实例证明上述结论的正确性：假设IDC区域总面积约为650m2、H=1m、D=0.6m、P=1.2m、空调厚度为1m的条件下，在不同的长和宽的条件下其可容机架的数量为：（1）当S=18m*36m=648m2：A=

5、25、B=16、N=400；（2）当S=26m*26m=676m2：A=34、B=11、N=374；（3）当S=14m*46m=644m2：A=17、B=20、N=340；2、排机架数A与排数B的最佳比例q的研究在机房中，设定q=A/B。为方便研究机房的容积率，我们把设备所占面积设为Ss，房间总面积设为Sz，其比值设定为k，即：k=Ss/Sz。现在我们研究q、k对S最佳的影响与关系：对上式，我们将A和B以其最佳值代入，从而可得K最大：对于目前常规的IDC机房来说，其机架尺寸基本确定，即：D=0.6m、H=

6、1.0m，P=1.1~1.2m。则有：Sz=（A*D+2P）*[B*(H+P)+P]Sz=(0.6A+2.2)*(2.1B+1.1)……(11)；根据所引用的q=A/B的关系和已知A*B=N的关系可得出：将A与B代入(11)式中可得：Sz=[0.6*(N*q)1/2+2.2]*[2.1*(N/q)1/2+1.1]……(12)；如果把给定值D、H和P代入（10）式中来探讨相关的方案，我们选择从1—500个机架在不同布局方式下的Sz与q的数据表（表1），可得其曲线图解关系式（图2），从曲线图可以看出，q的最佳

7、值同设备台数N与面积Sz无关。图2：机架数N与最佳占地面积m2及对应q的关系曲线表1：机架数N与最佳占地面积m2及对应q的关系数据表机架数105080100150200250300350400450500500S最佳(m2)q=1/3062173239280378470558645729812893974974q=12589133162232302371439507574641708708q=2047148212252350443534622710796881966966在实际中，如果利用B最佳和A最佳的

8、公式并以通用式求出q最佳，而该值并不决定于所安装的设备数量N，而取决于设备的尺寸和通道的大小。另外，在IDC机房中根据目前19″标准服务器的实际安装需求，我们通常将机架宽度H设定为标准值D=0.6m，而根据不同服务器需求的维护面积和通风量的差异，一般选H=1.0~1.1m，而为保障机架的方便进出，选走道宽度P≥H+0.1m，由此可得出如下曲线图3，它证明了随着P值的增大，所需的机房最小面积也随之明显增大。图3：过道尺寸P不同时