模块化机房数据中心建设工程分析

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摘要：随着科技的不断发展，大数据的概念被应用到各行各业，因此，数据中心的建设也向着越来越高密度、低能耗、高灵活性的方向不断发展。文章结合笔者在实际工作中遇到的案例，对模块化机房的组成特点、优势以及存在问题进行了分析。

关键词：数据中心；模块化；封闭冷通道；行级空调

微模块数据中心和整机柜服务器均为模块化数据中心的一种演化形式，都是我国根据使用场景自行研发的模块化数据中心新技术，在国际上处于领先地位。在当前数据中心大规模的建设过程中，相对传统数据中心面临的各种瓶颈，模块化数据中心因节能、按需建设以及可满足不同行业的不同需求而迅速发展，并将成为未来数据中心建设的发展趋势。

1模块化数据中心组成

模块化数据中心结构子系统，由机柜系统、冷通道系统、UPS系统、配电系统、空调系统、环境监控系统、运维管理系统等组成。1.1机柜系统。模块化机房机柜的常用尺寸有600mm×1200mm×2000mm（宽×深×高）和800mm×1200mm×2000mm（宽×深×高）。对于机柜尺寸、数量以及摆放方式的选择主要取决于不同项目的实际情况。在某调查场所信息化工程的机房工程中（以下简称本工程），考虑机房面积和业主实际使用需求，设计了17个600mm宽的机柜、1个800mm宽的机柜以及1个精密列头配电柜的组合方式。通过机房平面图（图1）可以看到，在7轴位置有一条斜拉柱挡在整组机柜中间。为了封闭冷通道的建设，在斜拉柱两侧设置机柜，并用一块800mm宽的背板将2个机柜连接。在连接背板的对侧设置了1个800mm宽的机柜，并将这个机柜设为机房布线机柜。整个机房机柜系统的设计充分考虑了原有建筑平面条件、业主方使用需求、封闭冷通道建设以及设备布置的合理性。1.2冷通道系统。封闭冷通道系统是一项有效降低数据中心能耗的策略，将数据中心的做冷通道密封处理后，95%左右的冷风可以直接输送到冷通道内，从而进入服务器机柜，所有机柜排出的热风被空调机组吸回，热风不再进入机柜的前面。这种遏制系统有效防止了冷热气流短路，提高了空调系统的风量利用率和冷风利用率，降低了空调系统的能耗。本工程封闭冷通道设计为两排机柜面对面摆放，中间预留1200mm宽的冷通道，冷通道底盘直铺防静电地板后作为冷风道和维护空间，走道两端安装1200mm宽自动双开门，在走道上方安装模块化可翻转活动天窗，和通道门一起构成冷通道封闭系统。同时冷通道会与消防报警信号联动，当发生火灾时，活动天窗会自动打开，消防气体可以进入冷通道内部进行灭火。1.3UPS系统。电气工程是整个机房的基础系统工程，其供配电系统的可靠性要求极高。UPS系统即不间断电源系统，是数据中心工程的重要组成部分，在市电停电的情况下，UPS主机由电池供电，将电池直流电逆变为交流电输出，为机房的持续稳定运行提供可靠的供电保障。本工程考虑业主方实际使用需求的特殊性，配电结构采用了2N方式配设实现冗余，在1台UPS出现故障时仍能保证机房重要电子设备不间断运行。通过对机房设备及前端UPS供电设备的功率计算，配设了2台120kVA模块化UPS主机（可扩展至200kVA），本次配设8块30kVA模块。后备电池选用设计12年期系列铅酸免维护蓄电池，单台UPS后备电池包括3套12V-200AH免维护蓄电池，每套配置32节蓄电池，根据业主要求后备时间为2h。UPS系统包括主机和电池两部分，通常的模块化机房设计中会把UPS主机设置在封闭冷通道内部，形成一个整体，但本工程考虑UPS主机存在的安全隐患以及业主方的需求，在数据中心旁边设置了一个UPS机房用来放置UPS主机和电池架。1.4空调系统。由于计算机技术的迅速发展，功能越来越强和运算速度越来越高，而计算机箱越来越小型化，机柜内的电子元件集成度越来越高，单位体积热量越来越大。因此，在计算机房的设计中，精密空调工程的设计就显得尤其重要。传统精密空调采用的下送风，上回风方式不仅制冷效率低下，能耗浪费严重，也对防静电地板高度要求较高。所以，采用行级空调与封闭冷通道结合的方式，不仅很好地解决了层高不够的问题，更能有效利用所有冷量，稳定地控制送风温度，减少无效流动，降低设备能耗提高送风温度以提高机组效率。本工程数据中心配设恒温恒湿型的行级精密空调，采用2N制，自带机组群控系统，在运行一定时间段后，自动关闭运行时间最长的主机及其辅机，开启备用机组，以保证所有精密空调运行时间基本一致。机组启停需带延时功能，在前一套精密空调卸载后延时至少3min（可调），才可开启备用机组。在运行的空调机组出现故障时，需能自动开启备用机组，同时向机房环控系统报警。1.5环境监控系统。为保证机房安全正常工作，机房的环境设备（供配电、UPS、空调、消防、安防等）必须时时刻刻为计算机系统提供稳定安全正常的运行环境。如果机房的环境设备出现故障，就可能会严重影响到计算机系统的运行。对数据传输、存储及系统运行的可靠性构成威胁，轻则影响计算机系统的运行，重则造成计算机及其通信设备等硬件的损毁，使系统陷入瘫痪，后果不堪设想，造成的损失也是不可估量的。因此，对于机房动力与环境进行实时集中的监控就显得尤为重要。本工程动力环境监控系统所涉及的监控范围共分为：UPS电源监控系统、配电监控系统、行间空调远程遥控系统、环境温湿度监测系统、漏水监测系统、消防系统监测系统，并需要通过手机短信、电话语音、网络报警信息等方式发送相关报警信息。整个环境监控系统是采用嵌入式技术对数据中心内各个重要设备进行数据的采集和分析，并把采集到的数据通过网络传到管理主机上进行监控和显示。也能够通过浏览器，使获得授权的相关管理人员对各监控设备系统的运行状况进行管理。

2模块化机房的优缺点

2.1优点。（1）采用精准送风技术，使冷空气集中与服务器进行热交换，避免将大部分冷空气与环境进行热交换，从而达到节能的目的；功率密度高。（2）施工高效，大部分组件在工厂预制，在现场的施工步骤减少，大大缩短工期。（3）便于扩展，模块化的机柜、空调和UPS主机都可以灵活扩展，只要机房有空间就能实现扩展。（4）低PUE值，降低运营成本（OPEX），节能环保，能耗指标PUE小于1.5。2.2缺点。（1）UPS存在隐患，如果数据中心发生火灾，很大一部分都是从配电柜引出的火苗，因此，将UPS主机与重要的网络设备摆放在同一空间内是存在一定的安全隐患的。（2）精密空调存在隐患，在传统的数据中心建设中，会把精密空调布置在墙边，正对两个机柜之间的通道。这种布置方式虽然不能使冷量得到有效利用，但却完全独立于整体机柜的区域，在精密空调周围设置防水堰和漏水监测之后，基本上能避免空调冷凝水和进水管漏水带来的安全隐患。但将精密空调设置在冷通道内部就很难避免这个问题，只能通过增加底座高度和避免使用下走线的方式，但这又会相对的增加对机房层高的要求。（3）被厂商锁定，模块化机房讲究整体性，因此，大部分工程都会采用同一品牌的所有系统，这也带来了另一个问题，就是容易被单个厂商锁定。不同厂商在不同系统中可能只能满足业主一部分的需求，这对使用方在选择上也带来了很大的不便。

3结语

虽然模块化机房也还存在着一些缺点，但它的优势是巨大的。随着科技的不断发展，技术的不断更新，更优的解决方案和更统一的标准都会随着市场的需求被不断的精细化。

参考文献

[1]GB50174—2017，数据中心设计规范[S].

[2]郭亮.模块化数据中心发展浅析[J].现代电信科技，2014（11）.

作者:严夏冰 张溢阳 单位:温州设计集团有限公司