小微型机房绿色智能一体机解决方案

陈 实， 肖必龙

(浙江德塔森特数据技术有限公司，宁波 315000)

1 方案概述

随着大数据、云计算的应用深入，数据中心建设规模趋于两极化发展,大型数据中心建设标准、理念越来越成熟，而小微型机房应该如何规划建设，却缺乏相关标准规范，目前小微机房存在的问题具体表现为以下几点。

(1)可靠性差：设备运行环境差、灰尘多，极易出现局部热点和产生静电，网络应用经常中断；设备使用寿命短且工作不稳定，需要经常重新启动设备。

(2)用电安全性差：机柜内采用的是家用型插座，无法满足机房专用配电要求，容易形成火灾隐患。

(3)机房观感度差：柜体规格不一致，且布局不合理，柜内设备及线缆杂乱无章，严重阻滞冷热气流组织，并且存在大量的灰尘。

(4)系统效率低：完全不存在能耗管理和节能措施，系统效率极低，造成大量的能耗浪费，OPEX极高。

(5)应急管理滞后：由于没有本地或远程的基础设施管控平台，使用各类问题不能及时反映给管理人员，对业务造成非常恶劣的影响。

基于以上问题，笔者所在公司经过潜心研究，开发出的小微型机房绿色智能一体机解决方案很好地解决了上述问题。

小微型机房绿色智能一体机以软、硬件相结合的方式，由高性能冷池系统、配电系统、制冷系统、消防灭火系统、布线系统及智能操作系统组合而成，柜内所有产品单元采用机架式设计。

智能操作系统通过对一体机中动力环境、动力监控、环境监控、安保监控、远程监控、多媒体报警、网络硬件、软件服务运行数据的感知，辅以多维数据分析，结合丰富的数据中心建设、运维经验，为用户更好地使用一体机提供智能辅助。其组成结构图1所示。

图1 小微型数据中心系统组成图

2 方案组成

2.1 冷池系统

高性能冷池系统采用独特的冷热循环通道设计，整个机柜内部的冷、热气流交换都在内部封闭空间内完成，与机柜外部不联通；其中机柜前部为冷池区，机柜后部为热池区，通过冷热循环交换实现对设备的制冷和散热，使得整个制冷系统更高效、节能、环保。

机柜尺寸600mm×1 260mm×2 000mm(宽×深×高),柜内安装容量>42U。整体拼装式结构，整柜静载承重2 200kg，抗震等级不小于9级，IP51；整柜密封，前门采用双层真空玻璃、后门采用钢板门，具备密封防尘、降噪隔音的功能；侧门采用前中后三段式侧板结构，可实现冷热通道分离单独；机内配置应急送风排风和智能照明装置，满足不同应用环境和特殊情况。

2.2 智能布线系统

高效率预端接布线由光纤MPO系统架构而成，为IT设备提供高速、稳定的传输通道。

2.3 智能供配电系统

模块化供配电系统由机架式供配电单元(图2)、机架式UPS、机架式电池包和PDU模块组成。

(1)机架式供配电单元包含UPS输入、UPS输出、UPS维修旁路开关、防雷保护开关等；同时为空调、IT设备、柜内照明及应急风扇提供电源；IT设备可选择采用UPS或市电。

(2)机架式UPS产品的主要特点：1)采用有源功率因数校正技术(PFC)，大幅减少对市电电网的污染；2)采用先进的DSP数字化控制技术，使UPS性能出色稳定；3)可自行设定输出电压200/208/220/230/240VAC，频率50Hz或60Hz；4)整机效率高达90%以上，ECO模式下整机效率为1；5)提供了丰富的可扩展智能管理功能，可选择安装远程监控、集中监控、干接点、环境监测等功能；6)支持发电机接入；7)支持选配SNMP卡，进行电力管理。

(3)PDU可选择从UPS或市电取电，满足不同设备的取电要求；应急风扇由UPS供电，并由微模块监控系统控制；当电源故障、空调停机后，微模块监控系统发出开启信号，UPS为该组风扇供电。

产品主要特点：1)标准19″设计，箱体采用优质SPCC；设备高度≤10U；2)配电模块箱体采用模压成型工艺，无边框设计；3)箱体使用镀锌底板支撑，所有电器元件安装在镀锌底板上面；4)配电单元箱体前面板可免工具拆卸，指示灯、智能仪表、断路器的正面安装方便前端维护；5)配置智能电量仪，通过后置485接口上传用电信息及总开关状态；6)后端采用阻燃UK端子，采用斜装设计，方便施工；7)后端UK接线部分采用保护罩，防止异物跌落造成短路、火灾等电气、安全隐患；8)专业接地铜排处理，不得采用箱体接地工艺；9)微断开关采用某品牌产品，UPS输入断路器采用动力型。

图2 机架式智能配电单元外观示意图

2.4 精密制冷系统

(1)机架式安装可通过监控单元对系统进行监控和参数设定，全方位监控、告警、通讯。

(2)温/湿度环境恒定。

(3)采用环保制冷剂可减少碳排放。

(4)低载无凝露设计，可以使低负载(最低10%)、高湿环境中冷通道的湿度维持在20%～80%，保证6 000h以上无故障运行。

(5)通过冗余设计可极大提升产品的可用性。

(6)配置高灵敏度传感器可精确控温，系统最低PUE达1.3。

(7)初投资远低于普通机房空调，优越的制冷效果,节省更多电量。

(8)采用合理化结构设计，制冷剂管路支持上、下走管场景，方便施工。

(9)内、外机接口预留端面密封截止阀，10m范围内可实现免焊接设计，可实现快速维护，无需动火。

(10)主要部件支持前、后门原地维护。

(11)整机易于原地更换，维护和更换过程中不影响其他设备使用。

2.5 动环监控系统

动环监控系统是一款高可靠、稳定的模块化智能数据中心基础设施监控系统。此系统通过实时与基础设施通讯交互、视频监控等多种方式，通过智能分析和智能控制，通过人性化的展现方式，以及针对管理规范设置报警并推送等服务，使数据中心运维人员及时了解数据中心的使用情况、运行状况、维修记录、能量消耗等信息，让数据中心处于健康运营中。

2.6 IT运维系统

基于B/S架构，web浏览器界面，采用最新的HTML5技术，提供功能丰富的图形界面，具有高度集成化和先进性、安全性、开放性、可扩展性、高可靠性等系统特点，实现对在各个机房运行的业务系统、应用程序、服务器、存储设备、网络系统、设备以及安全系统等的监测和管理，为用户直接提供与应用相关的集中监测的能力、手段和工具。

2.7 云集中管控平台

基于web的集中管理模式,遵循面向对象的设计结构,具有高度集成化和先进性、安全性、开发性、可扩展性、高效性、高可靠性等系统特点。融合了动环设备、网络设备、服务器硬件等IT基础设施的监控，以及应用服务、中间件、数据库等软件系统的监控，通过数据的聚合分析，结合数据中心运维经验，打造以感知、监控、决策为核心的一体机智能操作系统。

最终，将网络建设成一个满足“集中监控、集中维护、集中管理”现代化网络管理模式需要的、面向业务和市场的管理系统，实现端到端的管理，全面提升服务质量。

3 方案优势

创新性的将冷热通道隔离，可避免冷热气体混流，整柜采用封闭式结构设计，降低冷气外溢。多机并柜时，冷热通道采用贯通式设计，可实现多柜一体化制冷，有效减少设备的电力消耗，达到节约能源、绿色环保的目的，且提升了10%～25%制冷效率。

机柜制冷应急处理，以机柜为单位，每个机柜对应的通道顶部安装一组应急散热装置，该应急散热装置由UPS供电，并由微模块监控系统控制；当市电断电时，空调停止工作，柜内温度急剧上升，此时，应急散热装置触发，位于柜体前角规顶部的送风贯流风机，与位于柜体后门热通道顶部的排风轴流风机开始工作，送风量≥130 m3/h，排风量≥120m3/h，有效避免柜内IT设备因温度过高而宕机。

机架式智能配电单元在传统配电的基础上增加了单相多功能电量仪、互感器，可实时显示并通过RS485通讯上传电流、电压、频率、功率因数，有功、无功、视在功率，有功、无功电能，及电源输出开、关状态信号。同时针对微小型数据中心柜内的应急照明、应急散热、用电量等实时检测，监控微小型数据中心的用电情况，实现更安全、可靠的配电保护。

机架式空调器采用PID控制，自适应机柜内负荷变化，采用旋转式变频压缩机自动调节压缩机运行频率，精确控制机柜内环境；与机柜服务器的负载变化实现联动调节，确保不同负载条件下，压缩机都能保持在高效的区间运行。

对体柜中部署的网络设备、服务器、存储等计算资源进行监控，完成网络、CPU、内存、硬盘等资源运行状态、使用率数据的采集，保障计算资源的可用性。

完成体柜中常见的应用服务、中间件、数据库等软件服务数据收集，对应用服务的服务状态、运行效率进行监控。

通过对体柜中动环、网络设备、服务器等IT基础设施监控数据，应用服务、中间件、数据库等软件服务监控数据的整合，通过多维度的数据分析，结合已有的运维经验，将一体柜故障、能耗、资源使用情况进行可视化的展示，为用户提供一体柜绿色、智能使用优化建议。

4 结束语