微模块数据中心应用技术研究

2015-12-15马强郑媛媛沈立鹏

电气自动化 2015年2期

马强，郑媛媛，沈立鹏

(北京电信规划设计院有限公司，北京 100048)

0 引言

面对当今市场快速变化的需求，为保持自身的竞争力，电信运营商必须采用更灵活、更创新、更经济高效的方法构建运营数据中心。

本文涉及某运营商仓库改造为IDC(Internet date center)的建设项目，综合考虑仓库的现状、建设工期及投资等因素，项目里变配电、空调、UPS等系统采用传统建设方式，机柜、空调末端及消防等系统采用微模块建设方式。文中重点分析了微模块数据中心相关技术要求的提出思路、参考规范、内容、微模块厂家对该技术要求的实现方法及在整个项目实施过程中遇到并解决的问题。

1 模块化数据中心的概念及组成

1.1 模块化数据中心的概念

在各种新型的数据中心建设模式当中，模块化的理念核心内容主要是两点——“分期投资，分期收益”和“可快速批量复制”。

以往建设的数据中心，在物理基础架构上并未实现真正的模块化，因此发展速度受到了制约，这种模式被称为比较初级的模块化设计。模块化数据中心主要包括一系列采用模块化设计的系统，通过相关模块的排列组合形成完整的数据中心，其最大魅力在于可伴随业务发展需求，逐步扩张数据中心规模，从而实现快速建设、精确复制已有优秀方案的目的。

1.2 模块化数据中心的组成形式

随着全球超大型IT数据中心的出现，为了应对云计算、虚拟化、集中化、高密化等服务器的变化，多种形式模块化数据中心应运而生:传统建筑采用模块化设计理念、集装箱式数据中心、仓储式数据中心、微模块数据中心。

2 微模块技术要求的提出思路

2.1 项目背景

对某运营商现有两个仓库进行改造，建设IDC机房。A仓库3 000 m2，96.8 m ×31 m，净高 11 m;B 仓库 2 600 m2，84.8 m ×31 m，净高10 m。根据市场部门调研，单机架功率确定为5 kW、10 kW两种。

2.2 功能构成

对于大型通用基础设施设备，目前的技术水平还难以在较小的面积内标准化、模块化，同时采用非标、非通用设备时订货和交付时间将大大延长，现阶段欲将全部设施、系统采用模块化的技术风险和项目风险都比较大，在这种条件的限制下，采用了将IDC机房模块化——即“IDC机房微模块”的折中方案。

鉴于微模块尚无相关技术标准，各个厂家技术指标相差较大，为保证微模块安装后能安全、稳定、可靠的运行，对微模块提出了相应的技术要求。

2.3 分工界面

考虑仓库现状、结合工期要求、消防报批及便于建设部门管理和责任划分等因素，规定了如下分工界面——工程设计单位提出各种功能接口要求，微模块设备厂家配置接口、并负责各接口与外部各管线的连接，各管线施工单位配合完成，微模块设备厂家应配合外部各单位与微模块进行整体联调。

为满足使用及监控等要求，工程设计单位提出微模块需配置12种功能接口——气灭排风、加湿水管、冷冻水管接头、排水、门禁接口、视频接口、市电空调配电、消防报警、动环监控、UPS电源、光缆、接地。

3 微模块技术要点

工程设计单位确定结构、电源、空调、消防、安防及布线等方面的技术细节，技术要求具体内容以技术规范书的形式正式提出，作为对微模块厂家进行招投标的技术文件，这里不一一介绍具体要求，只列举部分关键技术要求内容:

1)结构

微模块的结构应根据设备的电气、机械性能和使用环境的要求，进行必要的物理设计和化学设计，以保证机柜的结构具有良好的刚度和强度以及良好的电磁隔离、接地、噪声隔离、保温等性能［1］。

2)电源

(1)模块A的列头柜主铜母线额定载流量不小于交流250 A，铜母线上配置最大通流容量不小于40 kA的SPD。接入截面不小于4×120 mm2+1×70 mm2。

(2)主进开关设置带电指示灯和1套计量用智能多功能表，要求多功能表可实现三相电流、三相电压、频率、功率因数、累计有功电度的计量功能，并可通过RS485接口、采用免费开放协议上传数据［2］。

(3)模块A内配置2个单路列头柜，每架机架由A路、B路列头柜各引出一路满架用电量的UPS电源;模块C内配置4个单路列头柜(每对列头柜负责为一列机架配电)，每架机架由A路、B路列头柜各引出一路满架用电量的UPS电源［3］。

3)空调

微模块内的空调除了具有制冷、加湿、除湿功能，以确保微模块内的环境温度为22℃ ～24℃，湿度为40% ～70%，达到温湿度的要求，且空调系统送风应保证微模块内不出现结露现象［4］。

4)消防

微模块本身不应出现消防手续或验收方面的问题，微模块整体达到不燃要求，微模块本身应由投标方负责达到消防部门验收要求，不影响整个仓库的消防检查，并作出相应承诺。微模块本身的消防报警独立建设，不接入为电力室、冷冻站设置的消防报警系统中［5］。

5)监控

微模块内的视频、门禁、火灾报警、动环均引入到微模块专用监控室，动环还需保留接口，用于远端上联［6］。

4 微模块厂家技术实现

根据本项目的技术要求，微模块厂家制定了具体的解决方案:

1)微模块整体结构

厂家具体实现见图1、2。

图1 微模块内部布置图

图2 微模块外部布置图

2)电源

微模块内的供配电系统包含对外接口柜、列头柜、LCU配电盒、机架配电盒和插座。配电设备具体位置及形式见图3。

3)电缆接口形式

考虑到微模块的快速部署、施工的分工界面等原因，要求模块与外部馈电电缆的接口采用外部接口装置，分为模块端和电缆端两部分。

采用防水PG头连接各种功率线缆，PG头的型号及数量根据模块而定，标准配置是4个电源接头和8个信号接头，电源接头数量满足两路UPS和两路市电输入，信号接头满足门禁、视频、消防报警、动环及光缆等信号线缆的接入。防水接头支持穿入单芯或多芯线缆，接头拧紧后防护等级满足IP66要求。

4)空调

如图4所示，采用行级空调方案，靠近热源、送风距离大大缩短，从而减少了距离导致的气流压力损失和冷空气的泄露损失，提高了冷量的利用效率。

空调给排水类管路接口布置在微模块的应急出口侧下部，设置有7个水管接口，其中2个冷冻水供水管接口，2个冷冻水回水管接口，1个冷冻水供水侧排水口，1个冷冻水回水侧排水口，1个加湿供水口，全部接口均为法兰连接。

5)消防

消防系统包含消防报警系统及自动灭火系统两部分，微模块内部提供完备的消防系统并预留相应接口，配合外部各单位与微模块进行整体联调，使得微模块的消防系统满足接驳功能，并获得当地消防局的批准。

图4 空调管口布置图

微模块消防系统独立设计，功能、布局保持一致，与外围设备无缝对接，支持现场快速部署，柔性扩展，按需扩容;火灾报警引入到微模块专用监控室，统一管控;微模块整体达到不燃要求，微模块内部缆线采用阻燃或难燃级缆线。

5 相关问题及解决

在项目实施过程中我们总结了一些经验，也有稍许遗憾，在这里列举部分内容。

1)用途定位

我们知道，目前已建成的采用微模块形式的数据中心案例并不多，规模也都很小，建设目标几乎全部都是企业自用数据中心——即EDC(Enterprise Data Center)因为在自用情况下，企业往往更多的关注其可用性，而对实现形式并不太在意，这种情况下新的微模块形式数据中心更容易被接受。但在潜在客户范围广泛的对外租用型数据中心(即IDC)里这种重视功能性、忽略实现形式的优势却难以发挥，因而在立项阶段确定作为IDC建设时，目标客户群实际已限制在一定范围内——只能是应用数据中心相对更专业、只关注内在可用性、更易接受新生事物的租用客户，除这类客户外的一般客户在选择入驻时不免会依托接下来的问题。

2)作为IDC时的市场定位

目前业界对于非传统机房型式的模块化数据中心绝大部分尚处于探索和小规模试验阶段，因此并没有相关的国家和行业标准规范可依据，即使生产厂家的产品生产标准也并不多见，在很多细节方面无法与国标或行标的专用信息机房标准接轨，并未完全得到最终用户的认可。一般用户在考虑租用机房时依据的也是现行国标或行标的专用信息机房标准，这就造成规划设计初期的市场定位问题——即确定建设哪种标准、哪种等级的机房——难以抉择。最终，只能放弃细节繁多的国家标准，而选择有一定市场接受度的运营商企业标准。应该说，这种情况有一定的市场风险，随着一般客户的日益专业、运营商企业标准的更新，未来应该有更好的解决方法。

3)空间利用

因外市电容量、项目周期等各方面条件限制，层高10～11米的仓库空间未能充分利用。在微模块形式的数据中心中如果能实现自承重和叠层部署，将大大改善这类仓库、厂房改造为数据中心的空间利用效率。由于上述客观条件限制，中对微模块设备的自承重问题并未加以约束，但这是将来微模块发展的必经之路，未来建设其他数据中心时在有条件的情况下还是应该更合理的利用高度。

4)设备接口

使用微模块设备的初衷之一是能够快速的现场连接，达到“即到即插、即插即用”的效果，但实际使用过程中发现部分接口并未达到对接即可使用的目的。例如微模块设备的用电接口，市场上大容量、带保护装置、高防护等级的工业连接器产品并不多，选择范围很有限，最终不得已仍退回到传统的连接方式。这种情况可能随着微模块设备的更多应用会有所好转，也期待国内相关设备厂商能够快速跟进填补这块应用的空白。