模塊化數據中心在智慧高速中的應用研究

杜博文

（河南省交通規劃設計研究院股份有限公司，河南鄭州 450000）

1 模塊化數據中心系統構成

1.1 柜機冷通道系統

模塊化數據中心機柜根據鎖開門的不同可以分為多個種類，如無門、玻璃門、雙開網孔門等，一般情況下標準化的模塊化數據中心機柜主要采用前單開后雙開網孔門，且能夠有效滿足19英寸標準設備的安裝需求。在開展安裝作業的過程中，模塊化數據中心機柜的側門與前后門都可以拆卸，因此安裝位置的可選擇性更大，具有一定的靈活性。對于相鄰兩個柜機的并柜操作，可以利用冰柜孔與并柜壓鉚螺母予以實現。

1.2 制冷系統

在制冷系統的選擇上，模塊化數據中心選用了氟泵自然冷節能空調，具有高效與節能的特點。在機組內，分別設置了獨立的壓縮機制冷系統以及氟泵制冷系統。如果室外溫度相對較低，可以運行氟泵，降低機組的能源消耗。將風冷直接蒸發式機組與氟泵循環系統進行有機結合，一方面能夠確保在夏天壓縮機能夠持續制冷，另一方面也可以促使冬季氟泵節能運行。氟泵自然冷節能空調具有三種工作模式，分別為壓縮機模式、氟泵自然冷模式以及壓縮機模式，借助這三種模式，可以實現室外氣候條件與室內符合需求的切換，具有智能化與動態化的特點，能夠對能效比進行有效提升。

1.3 配電系統

在模塊化數據中心中，配電系統的主要作用有兩點，一方面為通信設備進行交流電源分配，另一方面可以對相應的電量參數進行有效監測。

配電柜由多個模塊或單元共同組成，主要包含柜體、總開關模塊、支路開關模塊、總斷路器、支路斷路器、零線模塊、智能監控單元等。模塊化設計的方式在安裝的便捷性與配置的靈活性方面發揮了較大優勢。每一臺柜機上都配置了兩條配電單元，且可以進行拆卸與更換處理。除此之外，配電系統中還可以根據實際情況配置電池在線監測系統，實現對于電池單節的自動監測，并提前預警。

1.4 不間斷電源系統

不間斷電源系統的模塊組成主要包含功率模塊、旁路模塊以及控制模塊等，模塊均支持熱插拔，維護較為方便，能夠對系統可用性進行一定改善。受到冗余配置與過度配置等因素的影響，傳統的高速公路機房UPS長期在10%～40%的低負載率的狀態下運行，導致機房的電力損耗幅度增加。

不同于傳統高速公路機房配置，模塊化設計數據中心的UPS即使是在低負載下也可以保持高效率運行，如果負載率處于15%以下則為極低負載率，在這種情況下可以啟動智能休眠功能，使部分模塊進入待機狀態，實現對運行效率的合理改善。系統休眠后仍然會保持至少一個模塊的冗余，系統負載增加時會立即對休眠的模塊進行喚醒操作，以此對系統運行的安全性與可靠性進行有效保證。

1.5 封閉冷通道組件

封閉冷通道組件的構成具有一定的復雜性，其構成組件主要包含玻璃天窗組件、玻璃隔離門組件、鋼制假墻組件、消防聯動系統組件、環境監控單元組件等。

密封冷通道的天窗主要以平頂結構為主，天窗由兩部分共同組成，分別為功能天窗與消防翻轉天窗，通過設置于微模塊頂部的天窗，可以對冷通道頂部的密封功能予以有效實現。端門主要設置于模塊的兩端，可以防止冷氣泄漏，同時實現人員進出的門禁功能。

數據化模塊中心的封閉冷通道組件改善了傳統機房的冷卻解決方案，實現了機房局部熱點的難題，且冷通道內的與模塊外的溫度較為均勻，空調運行效率得到了大幅度提升。

1.6 安全管理系統

系統的活動天窗配置了電磁鎖，并借助主用與備用兩路輸入保證電磁鎖的供電的穩定性。在系統運行的過程中，如果消防系統或監控系統發出異常信息，驅動單元會對這些異常信息進行接收，便可以通過繼電器對天窗進行控制。例如出現溫度過高或者煙火的情況時，安全管理系統會促使天窗自動打開，消防系統噴灑消防氣體，避免發生火災。

2 模塊化數據中心在智慧高速中的具體應用

2.1 在智慧高速收費站點中的應用

對于高速收費站點而言，機房空間較小，且建筑承重十分有限，基于這兩個原因使得收費站點的施工工期較長，且施工質量上也難以得到有效保障。除此之外，在收費站點機房中，地面屬于防靜電地板，其架空高度約為250 mm，且需要對地面的平均承載力進行保證，一般控制在450 kg/m2以上。針對此情況，在充分結合智慧高速收費點基本特點的基礎上，可在收費站點機房內部對起單列式模塊化數據中心進行設置，主要配置包括2個IT機柜、2個通信柜、1個電池柜、2套機架式UPS、1臺配電插框、1臺列間精密空調、1套冷通道組件。配置時可以按照一排進行排列，每排的柜位設置為6個較為適宜。

2.2 在智慧高速管理中心機房的應用

對于智慧高速管理中心機房而言，凈空一般設置為4 m以上，機房內部主要設置通信系統與監控系統。在監控區域內部，設置大屏幕顯示器、監控設備網管終端、維護終端、控制工作站等。為了對高速管理系統運行的流暢性進行有效保證，在機房的主設備中需要設置專線，保證穩定的電力供應，不可與生活用電混合。

為了能夠對智慧高速管理中心機房的各項需求進行有效滿足，需要在機房設置雙列式模塊化數據中心，具體結構與配置包括5個IT機柜、3個通信柜、1個通信電源柜、3個電池柜、1套模塊化UPS、1臺精密列頭配電柜、1臺列間精密空調、1套管理系統、1套冷通道組件。

設置時，可以將上述的配置以兩排予以排列，每一列設置8個柜位，為了備用需求，額外配置數據中心的UPS電池，根據需求配置64只12 V/100 Ah電池較為適宜。

3 模塊化數據中心應用于智慧高速的優勢

相較于傳統高速公路系統機房，模塊化機房具有多方面的優勢，其總體的安全性能、維護性以及節能性都得到了很提升，借助模塊化數據中心，機房的維護與管理將變得更便捷、科學。

（1）冷通道封閉。

模塊化機房采用冷通道封閉，將空調送冷風封閉起來，應用于機架設備，冷量利用率得到了有效提高。使用冷通道封閉可以將模塊的外部環境與內部環境進行隔離，模塊內的空調無須再考慮到房間的制冷問題，有效節省了環境熱負荷與溫濕度的能耗。

（2）柔性擴容。

將模塊化數據中心應用于智慧高速中，所有的部件都采用了模塊化設計，并配置了標準的接口，項目后期可以根據實際需求進行擴容，并結合實際情況進行配置設計。

（3）部署效率。

采用標準化的模塊進行配置，部署的周期約為6～12 d，減少了現場安裝與調試的時間。模塊化數據中心對于場地的限制相對較小，可以有效實現水泥地面與架高地板的地面安裝，對于機房的最低凈高要求僅為28 m，根據相關實踐統計數據顯示，相較于傳統機房的配置，運用模塊化數據中心的智慧機房的占地面積可以節省40%左右。

（4）智能化管理。

在模塊化數據中心機房中，配置了3D可視化智能管理平臺，并將多元異構技術、AI技術、VR技術有效融入其中，在此基礎上采用了開放式的系統接口。將眾多傳統機房的運維系統納入統一的運維大數據平臺，在運維與管理方便發揮了巨大的優勢，且功能十分豐富，主要包含3D網管管理、智能巡檢、特色大屏展示、容量管理、DCIM資產管理、告警管理、用戶管理等。借助3D可視化智能管理平臺，大幅度提高了運維可視化、診斷智能化以及移動終端化，智能性與高效性得到了充分展現。

（5）節能環保。

模塊化數據中心機房的節能性與環保性體現在多個方面，例如封閉冷通道技術可以對能耗進行降低，可以提升機房空調的回風溫度，空調能效比得到了有效提升。對于高熱密度的場景，模塊化數據中心中采用了列間空調予以制冷，制冷效率得到了顯著提升；對于負載發熱量波動的場景，借助變容量機房空調產品，能夠有效實現實時冷涼跟隨，具有較好的高效性與節能性。

4 結語

本文針對模塊化數據中心在智慧高速中的技術應用進行研究。首先對模塊化數據中心系統構成進行了詳細介紹，主要包含柜機冷通道系統、制冷系統、配電系統、不間斷電源系統、封閉冷通道組件以及安全管理系統等，在此基礎上闡述了模塊化數據中心在智慧高速中收費站點與中心機房的具體應用，并從冷通道封閉、柔性擴容、部署效率、智能化管理與節能環保分析了模塊化數據中心在智慧高速中應用的優勢。綜上所述，高速公路傳統機房在設計合理性、建設空間、經濟性、可操作性、平臺兼容性以及智能化等方便的弊端日益凸顯，已經難以適應現代化智慧高速的建設需求。將模塊化數據中心應用于高速機房建設，發揮了巨大優勢，有效提升了運維與管理效率，且更便捷智能。隨著技術的進一步發展，模塊化數據中心與智慧高速的結合將逐漸深入，發揮出越來越重要的作用與優勢。