如何利用微模塊打造綠色數(shù)據(jù)中心

熊振華

(湖北郵電規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司，湖北 武漢 430023)

1　概　述

傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心建設(shè)的項(xiàng)目性規(guī)劃、設(shè)計(jì)、實(shí)施、驗(yàn)收的方法正面臨服務(wù)器高密化以及云計(jì)算彈性、可管控等技術(shù)要求的嚴(yán)峻性考驗(yàn)，一方面，正在建設(shè)中的數(shù)據(jù)中心的能耗、工期、造價(jià)總在不斷變動(dòng)，建設(shè)方案總在發(fā)生變化，過程難以控制；另一方面，已投入運(yùn)營(yíng)的數(shù)據(jù)中心由于對(duì)能耗、人工投入、設(shè)備可用性狀態(tài)不清晰，運(yùn)維處于盲目而低效的狀態(tài)，甚至由于運(yùn)行狀態(tài)無法獲取，常常發(fā)生服務(wù)器要上線，卻不知要放在哪臺(tái)機(jī)架上的情況。

而微模塊數(shù)據(jù)中心因?yàn)槟軌蜢`活、快速部署IT資源以支撐業(yè)務(wù)的快速發(fā)展，正逐漸受到越來越多的數(shù)據(jù)中心建設(shè)和運(yùn)營(yíng)者的青睞。

2　微模塊數(shù)據(jù)中心的誕生

2.1　市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)

(1)市場(chǎng)環(huán)境驅(qū)動(dòng)微模塊數(shù)據(jù)中心快速發(fā)展

節(jié)約資源是我國(guó)的基本國(guó)策，能源消耗成為考核企業(yè)節(jié)能減排的主要指標(biāo)，降低建設(shè)及運(yùn)營(yíng)成本、提高資源利用率成為必然，加上主要廠商積極參與相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)，共同推進(jìn)數(shù)據(jù)中心建設(shè)的快速發(fā)展。

(2)微模塊數(shù)據(jù)中心具有產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)

隨著能源成本的不斷升高，數(shù)據(jù)中心建設(shè)和運(yùn)營(yíng)者需要解決降低建設(shè)及運(yùn)營(yíng)成本與提高資源利用率的矛盾。而微模塊數(shù)據(jù)中心“去工程化”，能減少工程費(fèi)用、節(jié)省成本、節(jié)約時(shí)間。同時(shí)微模塊數(shù)據(jù)中心只需要提供水電保障以及網(wǎng)絡(luò)連接等基礎(chǔ)設(shè)施，允許在遠(yuǎn)程辦公地點(diǎn)、臨時(shí)工作地安裝部署。因此，互聯(lián)網(wǎng)廠家、電信運(yùn)營(yíng)商以及大型企業(yè)等許多客戶，紛紛采用微模塊數(shù)據(jù)中心解決方案。

2.2　傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心面臨的問題

(1)建設(shè)周期長(zhǎng)

數(shù)據(jù)中心的基本建設(shè)周期分為項(xiàng)目可行性研究的決策階段、工程規(guī)劃設(shè)計(jì)的實(shí)施準(zhǔn)備階段，設(shè)備供應(yīng)和施工安裝的實(shí)施階段、以及設(shè)備調(diào)試與運(yùn)行的竣工階段，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的解決方案涉及大量定制過程，所以數(shù)據(jù)中心的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、安裝和付諸運(yùn)營(yíng)的時(shí)間通常需7至8個(gè)月甚至1年以上，十分冗長(zhǎng)，在業(yè)務(wù)需求高速變化的今天，不能滿足用戶的要求。

(2)不利于擴(kuò)展

因?yàn)樵O(shè)計(jì)者無法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)未來的需求，往往按最壞的情況來規(guī)劃系統(tǒng)容量，因此造成了建設(shè)規(guī)模偏大、資源利用率偏低。而如果根據(jù)當(dāng)前需要進(jìn)行建設(shè)，隨著網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的高密化，又會(huì)造成基礎(chǔ)設(shè)施容量不夠甚至基礎(chǔ)設(shè)施無法滿足業(yè)務(wù)發(fā)展的狀況。這兩種方案都不利于數(shù)據(jù)中心的擴(kuò)展。

(3)能耗高

傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的設(shè)備效率較低，且沒有重視配電、制冷、氣流組織及智能管理，導(dǎo)致很多數(shù)據(jù)中心所使用的能源過多地消耗在電源、空調(diào)和照明等基礎(chǔ)設(shè)施上，PUE值偏高，運(yùn)行能耗高。

3　微模塊數(shù)據(jù)中心的定義及組成

數(shù)據(jù)中心是為集中放置的電子信息設(shè)備提供運(yùn)行環(huán)境的建筑場(chǎng)所，包括主機(jī)房、輔助區(qū)、支持區(qū)和行政管理區(qū)等。數(shù)據(jù)中心的設(shè)備主要有服務(wù)器、存儲(chǔ)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、機(jī)柜(架)、供配電設(shè)備、空調(diào)設(shè)備、給排水設(shè)備、消防設(shè)備、監(jiān)控設(shè)備等。

微模塊化數(shù)據(jù)中心，是一種集網(wǎng)絡(luò)機(jī)柜、列間/背板空調(diào)、不間斷電源、配電柜、監(jiān)控等功能于一體的產(chǎn)品。它是以網(wǎng)絡(luò)機(jī)柜、空調(diào)、UPS/HVDC不間斷電源、配電柜等設(shè)備為基本單位，加上網(wǎng)絡(luò)、布線、監(jiān)控等組成模塊，該模塊內(nèi)的全部組件可在工廠生產(chǎn)，方便拆卸、搬運(yùn)，到現(xiàn)場(chǎng)后能快速組裝投入使用。

微模塊數(shù)據(jù)中心主要由網(wǎng)絡(luò)機(jī)柜系統(tǒng)、空調(diào)及氣流組織管理系統(tǒng)、電源及供配電系統(tǒng)、電纜連接系統(tǒng)、智能管理系統(tǒng)等模塊組成。

(1)網(wǎng)絡(luò)機(jī)柜系統(tǒng)

網(wǎng)絡(luò)機(jī)柜是數(shù)據(jù)中心設(shè)備的支撐機(jī)構(gòu)，必須滿足網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的電氣、機(jī)械性能及兼容性要求。機(jī)柜系統(tǒng)包括物理結(jié)構(gòu)及承重、散熱、電源分配、線纜管理等。

(2)空調(diào)及氣流組織管理系統(tǒng)

微模塊數(shù)據(jù)中心采用獨(dú)立的空調(diào)制冷系統(tǒng)就近送風(fēng)，結(jié)合空調(diào)送風(fēng)方式采取冷或熱通道封閉式冷氣循環(huán)系統(tǒng)，以確保制冷系統(tǒng)高效、精確運(yùn)行，有效解決能源浪費(fèi)問題，達(dá)到節(jié)能降耗的效果。

(3)電源及供配電系統(tǒng)

其包括UPS/HVDC不間斷電源系統(tǒng)(輸入輸出配電、UPS/HVDC主機(jī)、電池)、列頭柜、機(jī)柜配電、防雷和地線系統(tǒng)。供電系統(tǒng)根據(jù)客戶需求可配置交流供電或高壓直流供電，可選擇的不間斷電源包括：高壓直流、塔式UPS、模塊式UPS、DPS。

(4)電纜連接系統(tǒng)

其包括走線架、尾纖槽、數(shù)據(jù)電纜以及外部機(jī)房主進(jìn)線、列頭柜到機(jī)架、空調(diào)的電力電纜，是基礎(chǔ)設(shè)施的一部分，必須高度重視電纜鋪設(shè)方法和電纜管理。

(5)智能管理系統(tǒng)

為了確保微模塊內(nèi)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、建筑設(shè)備、動(dòng)力環(huán)境設(shè)備以及其他監(jiān)測(cè)用的硬軟件系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，必須建設(shè)智能管理系統(tǒng)。通過對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、空調(diào)設(shè)備、動(dòng)力設(shè)備、照明設(shè)備、溫濕度、視頻監(jiān)控、通道門禁、消防聯(lián)動(dòng)等系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，對(duì)設(shè)備耗電情況進(jìn)行精細(xì)化的統(tǒng)計(jì)和分析，實(shí)時(shí)提供機(jī)房能效關(guān)鍵指標(biāo)PUE值、容量管理、資產(chǎn)管理等功能模塊，各個(gè)子系統(tǒng)完美結(jié)合在一起，按照客戶需求通過不同粒度的管理呈現(xiàn)給客戶，增加系統(tǒng)友好性，同時(shí)提高管理效率，減少人工成本的浪費(fèi)，為運(yùn)營(yíng)者省心省力。

4　微模塊數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用場(chǎng)景

微模塊應(yīng)用到數(shù)據(jù)中心大致分為以下兩類：

(1)帶空調(diào)和電源系統(tǒng)的全內(nèi)置的微模塊數(shù)據(jù)中心。數(shù)據(jù)中心以網(wǎng)絡(luò)機(jī)柜系統(tǒng)、空調(diào)及氣流組織管理系統(tǒng)、電源及供配電系統(tǒng)、電纜連接系統(tǒng)、智能管理系統(tǒng)等為獨(dú)立封閉空間，在工廠內(nèi)預(yù)制。微模塊送達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后，再重新拼接。需要外部支持的配套基礎(chǔ)設(shè)施包括市電、油機(jī)、高低壓配電。

(2)帶空調(diào)、不帶電源系統(tǒng)的部分內(nèi)置的微模塊數(shù)據(jù)中心。數(shù)據(jù)中心以網(wǎng)絡(luò)機(jī)柜系統(tǒng)、空調(diào)及氣流組織管理系統(tǒng)、電源及供配電系統(tǒng)、電纜連接系統(tǒng)、智能管理系統(tǒng)等為獨(dú)立封閉空間，在工廠內(nèi)預(yù)制。微模塊送達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后，與傳統(tǒng)“現(xiàn)場(chǎng)施工”系統(tǒng)混合部署組成。需要外部支持的配套基礎(chǔ)設(shè)施，除市電、油機(jī)、高低壓配電外，還有UPS/HVDC不間斷電源系統(tǒng)。

5　微模塊數(shù)據(jù)中心的關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用

將已經(jīng)成熟應(yīng)用的封閉通道技術(shù)、列間/背板制冷技術(shù)、高壓直流供電技術(shù)、電池分布技術(shù)，應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心的建設(shè)，把工程建設(shè)中的大部分現(xiàn)場(chǎng)工程集成在一個(gè)產(chǎn)品里，在工廠內(nèi)完成，減少現(xiàn)場(chǎng)組裝所需人力和時(shí)間。這樣，代表“中國(guó)設(shè)計(jì)”的產(chǎn)品-微模塊數(shù)據(jù)中心就此應(yīng)運(yùn)而生。

(1)冷熱通道隔離

微模塊數(shù)據(jù)中心在實(shí)現(xiàn)過程中，其關(guān)鍵技術(shù)是冷/熱通道隔離。要求整個(gè)機(jī)房?jī)?nèi)的機(jī)柜采用冷/熱通道的布局方式，內(nèi)部包括了數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡(luò)機(jī)柜、消防監(jiān)控、配電、制冷等所有基本設(shè)施。冷/熱通道封閉設(shè)計(jì)方案，可避免冷熱空氣混合，減少冷氣的浪費(fèi)，提高制冷效率。

(2)不間斷電源—UPS/高壓直流系統(tǒng)

不間斷電源系統(tǒng)配置應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件，制定技術(shù)上合理、經(jīng)濟(jì)上可行的方案。根據(jù)機(jī)房電力資源和空間資源，可將不間斷電源—UPS/高壓直流系統(tǒng)及蓄電池由專用供電機(jī)房引入?？蛇x擇的不間斷電源包括：高壓直流系統(tǒng)、塔式UPS系統(tǒng)、模塊式UPS系統(tǒng)、DPS系統(tǒng)。設(shè)備選型應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)負(fù)荷率，選擇轉(zhuǎn)換效率高的產(chǎn)品，優(yōu)先采用具備高可用性的高壓直流不間斷電源系統(tǒng)(客戶另有要求的除外)。

(3)選擇成本最優(yōu)的空調(diào)解決方案

空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)方案是決定數(shù)據(jù)中心整體能效水平的最關(guān)鍵因素，應(yīng)符合適用、安全、節(jié)能、經(jīng)濟(jì)等基本原則，根據(jù)機(jī)房(負(fù)荷)規(guī)模、機(jī)架排列方式、單機(jī)架功率密度、管道資源、空調(diào)室內(nèi)外設(shè)備安裝條件等因素，合理選擇空調(diào)系統(tǒng)和氣流組織。

空調(diào)系統(tǒng)的選擇應(yīng)根據(jù)所在區(qū)域的氣候條件、空氣質(zhì)量，初投資和運(yùn)行費(fèi)用綜合比較后，合理選擇節(jié)能型空調(diào)產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)的高效節(jié)能運(yùn)行。

冷凍(卻)水型空調(diào)系統(tǒng)能效水平高，運(yùn)營(yíng)成本低，但初期投資較大，對(duì)設(shè)備安裝空間要求更高，當(dāng)制冷量達(dá)到一定規(guī)模和室內(nèi)外設(shè)備安裝條件具備時(shí)，應(yīng)優(yōu)先采用冷凍(卻)水型空調(diào)系統(tǒng)，并做好相應(yīng)的機(jī)房防水措施，但嚴(yán)寒地區(qū)、缺水地區(qū)不建議采用冷凍(卻)水型空調(diào)系統(tǒng)。

單機(jī)架功率密度3 kW以下，優(yōu)先采用房間級(jí)集中精密空調(diào)+架空地板下送風(fēng)方式；單機(jī)架功率密度3 kW～6 kW，優(yōu)先采用房間級(jí)集中精密空調(diào)+架空地板下送風(fēng)+冷(熱)通道封閉方式；單機(jī)架功率密度大于6 kW的，建議采用列間空調(diào)或背板空調(diào)等分布式制冷方式。目前業(yè)界以采用封閉冷通道方式為主。

6　結(jié)束語(yǔ)

為解決用戶不斷變化的業(yè)務(wù)需求與低投資、高回報(bào)之間的矛盾，滿足未來的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備高密低耗以及快速部署、靈活擴(kuò)展的需求，有效地提高數(shù)據(jù)中心的工作效率，控制投資與成本，降低運(yùn)營(yíng)費(fèi)用，集網(wǎng)絡(luò)機(jī)柜、空調(diào)及氣流組織管理、電源及供配電、電纜連接、智能管理等系統(tǒng)于一體，實(shí)現(xiàn)供電、制冷和管理無縫集成的微模塊必將在綠色數(shù)據(jù)中心的建設(shè)中得到普遍應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]GB 50174-2017.數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)規(guī)范[S].2017.