關于模塊化機房在數據中心建設工程中的應用分析
——以某調查場所信息化工程的機房工程為例

嚴夏冰 張溢陽

（溫州設計集團有限公司，浙江 溫州 325000）

微模塊數據中心和整機柜服務器均為模塊化數據中心的一種演化形式，都是我國根據使用場景自行研發的模塊化數據中心新技術，在國際上處于領先地位。在當前數據中心大規模的建設過程中，相對傳統數據中心面臨的各種瓶頸，模塊化數據中心因節能、按需建設以及可滿足不同行業的不同需求而迅速發展，并將成為未來數據中心建設的發展趨勢。

1 模塊化數據中心組成

模塊化數據中心結構子系統，由機柜系統、冷通道系統、UPS系統、配電系統、空調系統、環境監控系統、運維管理系統等組成。

1.1 機柜系統

模塊化機房機柜的常用尺寸有600 mm×1200 mm×2 000 mm（寬×深×高）和800 mm×1 200 mm×2 000 mm（寬×深×高）。對于機柜尺寸、數量以及擺放方式的選擇主要取決于不同項目的實際情況。在某調查場所信息化工程的機房工程中（以下簡稱本工程），考慮機房面積和業主實際使用需求，設計了17個600 mm寬的機柜、1個800 mm寬的機柜以及1個精密列頭配電柜的組合方式。通過機房平面圖（圖1）可以看到，在7軸位置有一條斜拉柱擋在整組機柜中間。為了封閉冷通道的建設，在斜拉柱兩側設置機柜，并用一塊800 mm寬的背板將2個機柜連接。在連接背板的對側設置了1個800 mm寬的機柜，并將這個機柜設為機房布線機柜。整個機房機柜系統的設計充分考慮了原有建筑平面條件、業主方使用需求、封閉冷通道建設以及設備布置的合理性。

圖1 某調查場所信息化工程的機房工程平面圖/mm

1.2 冷通道系統

封閉冷通道系統是一項有效降低數據中心能耗的策略，將數據中心的做冷通道密封處理后，95%左右的冷風可以直接輸送到冷通道內，從而進入服務器機柜，所有機柜排出的熱風被空調機組吸回，熱風不再進入機柜的前面。

這種遏制系統有效防止了冷熱氣流短路，提高了空調系統的風量利用率和冷風利用率，降低了空調系統的能耗。

本工程封閉冷通道設計為兩排機柜面對面擺放，中間預留1 200 mm寬的冷通道，冷通道底盤直鋪防靜電地板后作為冷風道和維護空間，走道兩端安裝1 200 mm寬自動雙開門，在走道上方安裝模塊化可翻轉活動天窗，和通道門一起構成冷通道封閉系統。同時冷通道會與消防報警信號聯動，當發生火災時，活動天窗會自動打開，消防氣體可以進入冷通道內部進行滅火。

1.3 UPS系統

電氣工程是整個機房的基礎系統工程，其供配電系統的可靠性要求極高。UPS系統即不間斷電源系統，是數據中心工程的重要組成部分，在市電停電的情況下，UPS主機由電池供電，將電池直流電逆變為交流電輸出，為機房的持續穩定運行提供可靠的供電保障。

本工程考慮業主方實際使用需求的特殊性，配電結構采用了2N方式配設實現冗余，在1臺UPS出現故障時仍能保證機房重要電子設備不間斷運行。通過對機房設備及前端UPS供電設備的功率計算，配設了2臺120 kVA模塊化UPS主機（可擴展至200 kVA），本次配設8塊30 kVA模塊。

后備電池選用設計12年期系列鉛酸免維護蓄電池，單臺UPS后備電池包括3套12V-200AH免維護蓄電池，每套配置32節蓄電池，根據業主要求后備時間為2 h。UPS系統包括主機和電池兩部分，通常的模塊化機房設計中會把UPS主機設置在封閉冷通道內部，形成一個整體，但本工程考慮UPS主機存在的安全隱患以及業主方的需求，在數據中心旁邊設置了一個UPS機房用來放置UPS主機和電池架。

1.4 空調系統

由于計算機技術的迅速發展，功能越來越強和運算速度越來越高，而計算機箱越來越小型化，機柜內的電子元件集成度越來越高，單位體積熱量越來越大。因此，在計算機房的設計中，精密空調工程的設計就顯得尤其重要。

傳統精密空調采用的下送風，上回風方式不僅制冷效率低下，能耗浪費嚴重，也對防靜電地板高度要求較高。所以，采用行級空調與封閉冷通道結合的方式，不僅很好地解決了層高不夠的問題，更能有效利用所有冷量，穩定地控制送風溫度，減少無效流動，降低設備能耗提高送風溫度以提高機組效率。

本工程數據中心配設恒溫恒濕型的行級精密空調，采用2N制，自帶機組群控系統，在運行一定時間段后，自動關閉運行時間最長的主機及其輔機，開啟備用機組，以保證所有精密空調運行時間基本一致。機組啟停需帶延時功能，在前一套精密空調卸載后延時至少3 min（可調），才可開啟備用機組。在運行的空調機組出現故障時，需能自動開啟備用機組，同時向機房環控系統報警。

1.5 環境監控系統

為保證機房安全正常工作，機房的環境設備（供配電、UPS、空調、消防、安防等）必須時時刻刻為計算機系統提供穩定安全正常的運行環境。如果機房的環境設備出現故障，就可能會嚴重影響到計算機系統的運行。對數據傳輸、存儲及系統運行的可靠性構成威脅，輕則影響計算機系統的運行，重則造成計算機及其通信設備等硬件的損毀，使系統陷入癱瘓，后果不堪設想，造成的損失也是不可估量的。因此，對于機房動力與環境進行實時集中的監控就顯得尤為重要。

本工程動力環境監控系統所涉及的監控范圍共分為：UPS電源監控系統、配電監控系統、行間空調遠程遙控系統、環境溫濕度監測系統、漏水監測系統、消防系統監測系統，并需要通過手機短信、電話語音、網絡報警信息等方式發送相關報警信息。整個環境監控系統是采用嵌入式技術對數據中心內各個重要設備進行數據的采集和分析，并把采集到的數據通過網絡傳到管理主機上進行監控和顯示。也能夠通過瀏覽器，使獲得授權的相關管理人員對各監控設備系統的運行狀況進行管理。

2 模塊化機房的優缺點

2.1 優點

（1）采用精準送風技術，使冷空氣集中與服務器進行熱交換，避免將大部分冷空氣與環境進行熱交換，從而達到節能的目的；功率密度高。（2）施工高效，大部分組件在工廠預制，在現場的施工步驟減少，大大縮短工期。（3）便于擴展，模塊化的機柜、空調和UPS主機都可以靈活擴展，只要機房有空間就能實現擴展。（4）低PUE 值，降低運營成本（OPEX），節能環保，能耗指標PUE小于1.5。

2.2 缺點

（1）UPS存在隱患，如果數據中心發生火災，很大一部分都是從配電柜引出的火苗，因此，將UPS主機與重要的網絡設備擺放在同一空間內是存在一定的安全隱患的。

（2）精密空調存在隱患，在傳統的數據中心建設中，會把精密空調布置在墻邊，正對兩個機柜之間的通道。這種布置方式雖然不能使冷量得到有效利用，但卻完全獨立于整體機柜的區域，在精密空調周圍設置防水堰和漏水監測之后，基本上能避免空調冷凝水和進水管漏水帶來的安全隱患。但將精密空調設置在冷通道內部就很難避免這個問題，只能通過增加底座高度和避免使用下走線的方式，但這又會相對的增加對機房層高的要求。

（3）被廠商鎖定，模塊化機房講究整體性，因此，大部分工程都會采用同一品牌的所有系統，這也帶來了另一個問題，就是容易被單個廠商鎖定。不同廠商在不同系統中可能只能滿足業主一部分的需求，這對使用方在選擇上也帶來了很大的不便。

3 結語

雖然模塊化機房也還存在著一些缺點，但它的優勢是巨大的。隨著科技的不斷發展，技術的不斷更新，更優的解決方案和更統一的標準都會隨著市場的需求被不斷的精細化。