如何利用微模块打造绿色数据中心

熊振华

(湖北邮电规划设计有限公司，湖北 武汉 430023)

1　概　述

传统数据中心建设的项目性规划、设计、实施、验收的方法正面临服务器高密化以及云计算弹性、可管控等技术要求的严峻性考验，一方面，正在建设中的数据中心的能耗、工期、造价总在不断变动，建设方案总在发生变化，过程难以控制；另一方面，已投入运营的数据中心由于对能耗、人工投入、设备可用性状态不清晰，运维处于盲目而低效的状态，甚至由于运行状态无法获取，常常发生服务器要上线，却不知要放在哪台机架上的情况。

而微模块数据中心因为能够灵活、快速部署IT资源以支撑业务的快速发展，正逐渐受到越来越多的数据中心建设和运营者的青睐。

2　微模块数据中心的诞生

2.1　市场驱动

(1)市场环境驱动微模块数据中心快速发展

节约资源是我国的基本国策，能源消耗成为考核企业节能减排的主要指标，降低建设及运营成本、提高资源利用率成为必然，加上主要厂商积极参与相关产品的研发，共同推进数据中心建设的快速发展。

(2)微模块数据中心具有产品优势

随着能源成本的不断升高，数据中心建设和运营者需要解决降低建设及运营成本与提高资源利用率的矛盾。而微模块数据中心“去工程化”，能减少工程费用、节省成本、节约时间。同时微模块数据中心只需要提供水电保障以及网络连接等基础设施，允许在远程办公地点、临时工作地安装部署。因此，互联网厂家、电信运营商以及大型企业等许多客户，纷纷采用微模块数据中心解决方案。

2.2　传统数据中心面临的问题

(1)建设周期长

数据中心的基本建设周期分为项目可行性研究的决策阶段、工程规划设计的实施准备阶段，设备供应和施工安装的实施阶段、以及设备调试与运行的竣工阶段，因为传统的解决方案涉及大量定制过程，所以数据中心的规划、设计、安装和付诸运营的时间通常需7至8个月甚至1年以上，十分冗长，在业务需求高速变化的今天，不能满足用户的要求。

(2)不利于扩展

因为设计者无法准确预测未来的需求，往往按最坏的情况来规划系统容量，因此造成了建设规模偏大、资源利用率偏低。而如果根据当前需要进行建设，随着网络设备的高密化，又会造成基础设施容量不够甚至基础设施无法满足业务发展的状况。这两种方案都不利于数据中心的扩展。

(3)能耗高

传统数据中心的设备效率较低，且没有重视配电、制冷、气流组织及智能管理，导致很多数据中心所使用的能源过多地消耗在电源、空调和照明等基础设施上，PUE值偏高，运行能耗高。

3　微模块数据中心的定义及组成

数据中心是为集中放置的电子信息设备提供运行环境的建筑场所，包括主机房、辅助区、支持区和行政管理区等。数据中心的设备主要有服务器、存储设备、网络设备、机柜(架)、供配电设备、空调设备、给排水设备、消防设备、监控设备等。

微模块化数据中心，是一种集网络机柜、列间/背板空调、不间断电源、配电柜、监控等功能于一体的产品。它是以网络机柜、空调、UPS/HVDC不间断电源、配电柜等设备为基本单位，加上网络、布线、监控等组成模块，该模块内的全部组件可在工厂生产，方便拆卸、搬运，到现场后能快速组装投入使用。

微模块数据中心主要由网络机柜系统、空调及气流组织管理系统、电源及供配电系统、电缆连接系统、智能管理系统等模块组成。

(1)网络机柜系统

网络机柜是数据中心设备的支撑机构，必须满足网络设备的电气、机械性能及兼容性要求。机柜系统包括物理结构及承重、散热、电源分配、线缆管理等。

(2)空调及气流组织管理系统

微模块数据中心采用独立的空调制冷系统就近送风，结合空调送风方式采取冷或热通道封闭式冷气循环系统，以确保制冷系统高效、精确运行，有效解决能源浪费问题，达到节能降耗的效果。

(3)电源及供配电系统

其包括UPS/HVDC不间断电源系统(输入输出配电、UPS/HVDC主机、电池)、列头柜、机柜配电、防雷和地线系统。供电系统根据客户需求可配置交流供电或高压直流供电，可选择的不间断电源包括：高压直流、塔式UPS、模块式UPS、DPS。

(4)电缆连接系统

其包括走线架、尾纤槽、数据电缆以及外部机房主进线、列头柜到机架、空调的电力电缆，是基础设施的一部分，必须高度重视电缆铺设方法和电缆管理。

(5)智能管理系统

为了确保微模块内网络设备、建筑设备、动力环境设备以及其他监测用的硬软件系统的可靠运行，必须建设智能管理系统。通过对网络设备、空调设备、动力设备、照明设备、温湿度、视频监控、通道门禁、消防联动等系统进行实时监测，对设备耗电情况进行精细化的统计和分析，实时提供机房能效关键指标PUE值、容量管理、资产管理等功能模块，各个子系统完美结合在一起，按照客户需求通过不同粒度的管理呈现给客户，增加系统友好性，同时提高管理效率，减少人工成本的浪费，为运营者省心省力。

4　微模块数据中心的应用场景

微模块应用到数据中心大致分为以下两类：

(1)带空调和电源系统的全内置的微模块数据中心。数据中心以网络机柜系统、空调及气流组织管理系统、电源及供配电系统、电缆连接系统、智能管理系统等为独立封闭空间，在工厂内预制。微模块送达现场后，再重新拼接。需要外部支持的配套基础设施包括市电、油机、高低压配电。

(2)带空调、不带电源系统的部分内置的微模块数据中心。数据中心以网络机柜系统、空调及气流组织管理系统、电源及供配电系统、电缆连接系统、智能管理系统等为独立封闭空间，在工厂内预制。微模块送达现场后，与传统“现场施工”系统混合部署组成。需要外部支持的配套基础设施，除市电、油机、高低压配电外，还有UPS/HVDC不间断电源系统。

5　微模块数据中心的关键技术应用

将已经成熟应用的封闭通道技术、列间/背板制冷技术、高压直流供电技术、电池分布技术，应用于数据中心的建设，把工程建设中的大部分现场工程集成在一个产品里，在工厂内完成，减少现场组装所需人力和时间。这样，代表“中国设计”的产品-微模块数据中心就此应运而生。

(1)冷热通道隔离

微模块数据中心在实现过程中，其关键技术是冷/热通道隔离。要求整个机房内的机柜采用冷/热通道的布局方式，内部包括了数据中心的网络机柜、消防监控、配电、制冷等所有基本设施。冷/热通道封闭设计方案，可避免冷热空气混合，减少冷气的浪费，提高制冷效率。

(2)不间断电源—UPS/高压直流系统

不间断电源系统配置应根据现场条件，制定技术上合理、经济上可行的方案。根据机房电力资源和空间资源，可将不间断电源—UPS/高压直流系统及蓄电池由专用供电机房引入。可选择的不间断电源包括：高压直流系统、塔式UPS系统、模块式UPS系统、DPS系统。设备选型应根据系统设计负荷率，选择转换效率高的产品，优先采用具备高可用性的高压直流不间断电源系统(客户另有要求的除外)。

(3)选择成本最优的空调解决方案

空调系统技术方案是决定数据中心整体能效水平的最关键因素，应符合适用、安全、节能、经济等基本原则，根据机房(负荷)规模、机架排列方式、单机架功率密度、管道资源、空调室内外设备安装条件等因素，合理选择空调系统和气流组织。

空调系统的选择应根据所在区域的气候条件、空气质量，初投资和运行费用综合比较后，合理选择节能型空调产品，实现空调系统的高效节能运行。

冷冻(却)水型空调系统能效水平高，运营成本低，但初期投资较大，对设备安装空间要求更高，当制冷量达到一定规模和室内外设备安装条件具备时，应优先采用冷冻(却)水型空调系统，并做好相应的机房防水措施，但严寒地区、缺水地区不建议采用冷冻(却)水型空调系统。

单机架功率密度3 kW以下，优先采用房间级集中精密空调+架空地板下送风方式；单机架功率密度3 kW～6 kW，优先采用房间级集中精密空调+架空地板下送风+冷(热)通道封闭方式；单机架功率密度大于6 kW的，建议采用列间空调或背板空调等分布式制冷方式。目前业界以采用封闭冷通道方式为主。

6　结束语

为解决用户不断变化的业务需求与低投资、高回报之间的矛盾，满足未来的网络设备高密低耗以及快速部署、灵活扩展的需求，有效地提高数据中心的工作效率，控制投资与成本，降低运营费用，集网络机柜、空调及气流组织管理、电源及供配电、电缆连接、智能管理等系统于一体，实现供电、制冷和管理无缝集成的微模块必将在绿色数据中心的建设中得到普遍应用。

参考文献：

[1]GB 50174-2017.数据中心设计规范[S].2017.