如何利用微模塊打造綠色數據中心

熊振華

(湖北郵電規劃設計有限公司，湖北 武漢 430023)

1　概　述

傳統數據中心建設的項目性規劃、設計、實施、驗收的方法正面臨服務器高密化以及云計算彈性、可管控等技術要求的嚴峻性考驗，一方面，正在建設中的數據中心的能耗、工期、造價總在不斷變動，建設方案總在發生變化，過程難以控制；另一方面，已投入運營的數據中心由于對能耗、人工投入、設備可用性狀態不清晰，運維處于盲目而低效的狀態，甚至由于運行狀態無法獲取，常常發生服務器要上線，卻不知要放在哪臺機架上的情況。

而微模塊數據中心因為能夠靈活、快速部署IT資源以支撐業務的快速發展，正逐漸受到越來越多的數據中心建設和運營者的青睞。

2　微模塊數據中心的誕生

2.1　市場驅動

(1)市場環境驅動微模塊數據中心快速發展

節約資源是我國的基本國策，能源消耗成為考核企業節能減排的主要指標，降低建設及運營成本、提高資源利用率成為必然，加上主要廠商積極參與相關產品的研發，共同推進數據中心建設的快速發展。

(2)微模塊數據中心具有產品優勢

隨著能源成本的不斷升高，數據中心建設和運營者需要解決降低建設及運營成本與提高資源利用率的矛盾。而微模塊數據中心“去工程化”，能減少工程費用、節省成本、節約時間。同時微模塊數據中心只需要提供水電保障以及網絡連接等基礎設施，允許在遠程辦公地點、臨時工作地安裝部署。因此，互聯網廠家、電信運營商以及大型企業等許多客戶，紛紛采用微模塊數據中心解決方案。

2.2　傳統數據中心面臨的問題

(1)建設周期長

數據中心的基本建設周期分為項目可行性研究的決策階段、工程規劃設計的實施準備階段，設備供應和施工安裝的實施階段、以及設備調試與運行的竣工階段，因為傳統的解決方案涉及大量定制過程，所以數據中心的規劃、設計、安裝和付諸運營的時間通常需7至8個月甚至1年以上，十分冗長，在業務需求高速變化的今天，不能滿足用戶的要求。

(2)不利于擴展

因為設計者無法準確預測未來的需求，往往按最壞的情況來規劃系統容量，因此造成了建設規模偏大、資源利用率偏低。而如果根據當前需要進行建設，隨著網絡設備的高密化，又會造成基礎設施容量不夠甚至基礎設施無法滿足業務發展的狀況。這兩種方案都不利于數據中心的擴展。

(3)能耗高

傳統數據中心的設備效率較低，且沒有重視配電、制冷、氣流組織及智能管理，導致很多數據中心所使用的能源過多地消耗在電源、空調和照明等基礎設施上，PUE值偏高，運行能耗高。

3　微模塊數據中心的定義及組成

數據中心是為集中放置的電子信息設備提供運行環境的建筑場所，包括主機房、輔助區、支持區和行政管理區等。數據中心的設備主要有服務器、存儲設備、網絡設備、機柜(架)、供配電設備、空調設備、給排水設備、消防設備、監控設備等。

微模塊化數據中心，是一種集網絡機柜、列間/背板空調、不間斷電源、配電柜、監控等功能于一體的產品。它是以網絡機柜、空調、UPS/HVDC不間斷電源、配電柜等設備為基本單位，加上網絡、布線、監控等組成模塊，該模塊內的全部組件可在工廠生產，方便拆卸、搬運，到現場后能快速組裝投入使用。

微模塊數據中心主要由網絡機柜系統、空調及氣流組織管理系統、電源及供配電系統、電纜連接系統、智能管理系統等模塊組成。

(1)網絡機柜系統

網絡機柜是數據中心設備的支撐機構，必須滿足網絡設備的電氣、機械性能及兼容性要求。機柜系統包括物理結構及承重、散熱、電源分配、線纜管理等。

(2)空調及氣流組織管理系統

微模塊數據中心采用獨立的空調制冷系統就近送風，結合空調送風方式采取冷或熱通道封閉式冷氣循環系統，以確保制冷系統高效、精確運行，有效解決能源浪費問題，達到節能降耗的效果。

(3)電源及供配電系統

其包括UPS/HVDC不間斷電源系統(輸入輸出配電、UPS/HVDC主機、電池)、列頭柜、機柜配電、防雷和地線系統。供電系統根據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

其包括走線架、尾纖槽、數據電纜以及外部機房主進線、列頭柜到機架、空調的電力電纜，是基礎設施的一部分，必須高度重視電纜鋪設方法和電纜管理。

(5)智能管理系統

為了確保微模塊內網絡設備、建筑設備、動力環境設備以及其他監測用的硬軟件系統的可靠運行，必須建設智能管理系統。通過對網絡設備、空調設備、動力設備、照明設備、溫濕度、視頻監控、通道門禁、消防聯動等系統進行實時監測，對設備耗電情況進行精細化的統計和分析，實時提供機房能效關鍵指標PUE值、容量管理、資產管理等功能模塊，各個子系統完美結合在一起，按照客戶需求通過不同粒度的管理呈現給客戶，增加系統友好性，同時提高管理效率，減少人工成本的浪費，為運營者省心省力。

4　微模塊數據中心的應用場景

微模塊應用到數據中心大致分為以下兩類：

(1)帶空調和電源系統的全內置的微模塊數據中心。數據中心以網絡機柜系統、空調及氣流組織管理系統、電源及供配電系統、電纜連接系統、智能管理系統等為獨立封閉空間，在工廠內預制。微模塊送達現場后，再重新拼接。需要外部支持的配套基礎設施包括市電、油機、高低壓配電。

(2)帶空調、不帶電源系統的部分內置的微模塊數據中心。數據中心以網絡機柜系統、空調及氣流組織管理系統、電源及供配電系統、電纜連接系統、智能管理系統等為獨立封閉空間，在工廠內預制。微模塊送達現場后，與傳統“現場施工”系統混合部署組成。需要外部支持的配套基礎設施，除市電、油機、高低壓配電外，還有UPS/HVDC不間斷電源系統。

5　微模塊數據中心的關鍵技術應用

將已經成熟應用的封閉通道技術、列間/背板制冷技術、高壓直流供電技術、電池分布技術，應用于數據中心的建設，把工程建設中的大部分現場工程集成在一個產品里，在工廠內完成，減少現場組裝所需人力和時間。這樣，代表“中國設計”的產品-微模塊數據中心就此應運而生。

(1)冷熱通道隔離

微模塊數據中心在實現過程中，其關鍵技術是冷/熱通道隔離。要求整個機房內的機柜采用冷/熱通道的布局方式，內部包括了數據中心的網絡機柜、消防監控、配電、制冷等所有基本設施。冷/熱通道封閉設計方案，可避免冷熱空氣混合，減少冷氣的浪費，提高制冷效率。

(2)不間斷電源—UPS/高壓直流系統

不間斷電源系統配置應根據現場條件，制定技術上合理、經濟上可行的方案。根據機房電力資源和空間資源，可將不間斷電源—UPS/高壓直流系統及蓄電池由專用供電機房引入。可選擇的不間斷電源包括：高壓直流系統、塔式UPS系統、模塊式UPS系統、DPS系統。設備選型應根據系統設計負荷率，選擇轉換效率高的產品，優先采用具備高可用性的高壓直流不間斷電源系統(客戶另有要求的除外)。

(3)選擇成本最優的空調解決方案

空調系統技術方案是決定數據中心整體能效水平的最關鍵因素，應符合適用、安全、節能、經濟等基本原則，根據機房(負荷)規模、機架排列方式、單機架功率密度、管道資源、空調室內外設備安裝條件等因素，合理選擇空調系統和氣流組織。

空調系統的選擇應根據所在區域的氣候條件、空氣質量，初投資和運行費用綜合比較后，合理選擇節能型空調產品，實現空調系統的高效節能運行。

冷凍(卻)水型空調系統能效水平高，運營成本低，但初期投資較大，對設備安裝空間要求更高，當制冷量達到一定規模和室內外設備安裝條件具備時，應優先采用冷凍(卻)水型空調系統，并做好相應的機房防水措施，但嚴寒地區、缺水地區不建議采用冷凍(卻)水型空調系統。

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

6　結束語

為解決用戶不斷變化的業務需求與低投資、高回報之間的矛盾，滿足未來的網絡設備高密低耗以及快速部署、靈活擴展的需求，有效地提高數據中心的工作效率，控制投資與成本，降低運營費用，集網絡機柜、空調及氣流組織管理、電源及供配電、電纜連接、智能管理等系統于一體，實現供電、制冷和管理無縫集成的微模塊必將在綠色數據中心的建設中得到普遍應用。

參考文獻：

[1]GB 50174-2017.數據中心設計規范[S].2017.