數(shù)據(jù)中心的微模塊應(yīng)用

張 祥， 唐士洲

（無錫金石聚力機房技術(shù)有限公司，江蘇無錫 214000）

數(shù)據(jù)中心的微模塊應(yīng)用

張 祥， 唐士洲

（無錫金石聚力機房技術(shù)有限公司，江蘇無錫 214000）

介紹了數(shù)據(jù)中心微模塊的建設(shè)優(yōu)點和作用，闡述了微模塊的智能化和消防。指出數(shù)據(jù)中心微模塊可優(yōu)化數(shù)據(jù)中心的氣流組織和運行工況，延長自然冷卻的運行時間。節(jié)能、可靠、智能化、可視化管理是數(shù)據(jù)中心的發(fā)展方向，微模塊將發(fā)揮更好的作用。

數(shù)據(jù)中心；微模塊；消防；智能化

張 祥（1981-），男，工程師，從事數(shù)據(jù)中心微模塊、機房空調(diào)方面的工作。

0 引 言

2006年，SUN公司推出了集裝箱數(shù)據(jù)中心，將服務(wù)器、存儲、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、空調(diào)和配電柜等放入集裝箱中，構(gòu)建一個高度集成、快速部署、靈活擴建、高效節(jié)能的數(shù)據(jù)中心。隨后，IBM、HP、微軟、谷歌等巨頭紛紛采用集裝箱數(shù)據(jù)中心。

與此同時，雅虎、谷歌、微軟等巨頭嘗試并實踐機房內(nèi)部的氣流遏制方案：①封閉熱通道（雅虎）；②使用適當?shù)膶?dǎo)管和附屬設(shè)備，防止機架后端排到熱管的熱空氣與機架前端環(huán)境的冷空氣混合，懸掛塑料窗簾防止冷空氣逃逸（谷歌）；③熱通道控制，以控制服務(wù)器空間內(nèi)的工作溫度（微軟）。這些實施方案結(jié)合自然冷卻等技術(shù)的應(yīng)用，都得到了很好的節(jié)能效果，這些方案可看做是早期的微模塊。

然而，集裝箱數(shù)據(jù)中心在國內(nèi)并沒有直接被廣泛認可。隨著國內(nèi)互聯(lián)網(wǎng)巨頭的主導(dǎo)應(yīng)用，將集裝箱與氣流遏制方案相結(jié)合，產(chǎn)生了具有特色的微模塊（模塊化數(shù)據(jù)中心）。

微模塊沒有一個嚴格的定義，可以是一個模塊中含有行間空調(diào)、配電、電源、電池、機架、布線和通道密閉等，也可以是一個模塊中含列頭柜、機架、通道密閉等。目前，國內(nèi)做部件級的公司（如空調(diào)、電源、機架、監(jiān)控等）或集成商都開始研發(fā)、生產(chǎn)微模塊。

1 微模塊的建設(shè)優(yōu)點

微模塊的建設(shè)優(yōu)點有以下兩方面：

（1）工廠預(yù)制。減少建設(shè)成本，節(jié)省項目建設(shè)時間和實施難度，減少設(shè)備維護工作量；可采用鋼筋結(jié)構(gòu)建筑，減少建設(shè)傳統(tǒng)機房土建周期，部署方便、快捷；可快速響應(yīng)動態(tài)業(yè)務(wù)的需求，由工程建設(shè)變成工廠制造，大大提高了數(shù)據(jù)中心建設(shè)的效率。

（2）快捷擴展。采用模塊化設(shè)計理念，使其能夠迅速、便捷地實現(xiàn)升級擴展，這樣客戶就可以按照近期需求投資建設(shè)機房，未來可隨需求增長快速擴容，實現(xiàn)分階段的機房建設(shè)，降低企業(yè)的資金壓力。

然而，并不是所有的數(shù)據(jù)中心都是新建建筑，實踐中利用已有建筑改造成數(shù)據(jù)中心的案例也比較多。如果沒有預(yù)留的運輸通道，則工廠預(yù)裝的微模塊到達安裝現(xiàn)場后需要打散搬運。

另外，微模塊也可以現(xiàn)場組裝，除了要裝原來的機柜、列頭柜、電源分配單元（Power Distribution Unit，PDU）等設(shè)備，還要組織微模塊的門、天窗等組件，更加麻煩。

2 微模塊的應(yīng)用

2.1 改善數(shù)據(jù)中心的氣流組織

不管微模塊的形式有多少種，但有一點是相同的，即通道封閉。下面分析通道封閉對氣流組織帶來的影響。

例如傳統(tǒng)機房地板下送風，氣流不足時冷空氣無法送到機柜上部的設(shè)備，造成機柜上部分氣流短路，即服務(wù)器等設(shè)備排出的熱空氣被機柜頂部設(shè)備吸回，形成熱點。為避免這種情形，通常做法為：①不在機柜上部放置服務(wù)器等設(shè)備，但機柜空間利用率低，機柜密度不高；②配置更多空調(diào)，但導(dǎo)致電源使用效率值較高，浪費空調(diào)冷量，導(dǎo)致空調(diào)效率低下。

微模塊采用封閉通道的做法遏制氣流，避免風量過大或不足導(dǎo)致的冷量浪費或局部熱點問題，可以優(yōu)化設(shè)計方案，而不必配置過量的空調(diào)，以提高單機柜容量和空調(diào)效率。

2.2 改善運行工況

正常運行條件下，機房的冷量需求為顯熱制冷量，但空調(diào)的一部分冷量（潛熱制冷量）用在不必要的除濕上，且除濕后再進行加濕，大大增加空調(diào)系統(tǒng)能耗。

在相同含濕量的情況下，提高空調(diào)的回風溫度，可以提高顯熱比和制冷效率。通常機房空調(diào)的運行工況每提高1℃，制冷系統(tǒng)的運行費用每年可降低約4%，但機房溫度升高，會對機房設(shè)備造成不良影響，則需將機房溫度控制在合適的范圍內(nèi)。

谷歌的服務(wù)器在溫度18～27℃、相對濕度在25%～65%時能正常工作；戴爾曾驗證了其服務(wù)器能夠工作在最高46℃的環(huán)境中。英特爾也曾發(fā)布了一項研究，在新墨西哥州的數(shù)據(jù)中心采用自然風制冷，溫度保持在33℃左右，但并沒有增加服務(wù)器失效幾率。

根據(jù)國際上ASHREA及ANSITIA等標準建議，IT設(shè)備的送風溫度低于27℃即可保證IT設(shè)備安全、可靠的運行。

機房空調(diào)運行工況如表1所示。

表1 機房空調(diào)運行工況

如果在傳統(tǒng)機房上僅進行封閉通道的改造，空調(diào)的費用每年可降低20%以上；而采用行間空調(diào)或以其他形式置于微模塊內(nèi)部的空調(diào)，節(jié)能效果更加明顯。

2.3 延長自然冷卻的運行時間

并不是所有的區(qū)域都適合自然冷卻的制冷方案。得益于微模塊的應(yīng)用，數(shù)據(jù)中心的送風溫度可以提高至24℃，甚至27℃。微模塊的應(yīng)用可以擴大到使用自然冷卻的區(qū)域范圍，延長自然冷卻的時間。

以北京地區(qū)使用新風自然冷卻為例，如果采用傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心制冷方式，空調(diào)的送風溫度一般在13℃，即當室外溫度低于13℃時，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心的完全自然冷卻；而采用微模塊方案，則當室外溫度低于24℃時，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心的完全自然冷卻。每年延長使用自然冷卻的時間可達2 686 h，約112 d，如圖1所示。

同樣，以北京地區(qū)間接自然冷卻為例，假設(shè)傳統(tǒng)機房供回水溫度為7℃/12℃，微模塊供回水溫度為12℃/17℃，通常室外溫差與回水溫差為12℃時即可實現(xiàn)完全的自然冷卻，則每年延長使用完全自然冷卻的時間可達1 019 h，約42 d（見圖1）。

圖1 北京全年各級干球溫度頻數(shù)

當然，新風自然冷卻運行時間不僅僅取決于室外溫度，需要考慮的因素較多。我國部分城市溫度分布如表2所示。

表2 我國部分城市溫度分布h

可見，微模塊的應(yīng)用，可以使我國大部分地區(qū)使用自然冷卻，實現(xiàn)節(jié)能的目的。

3 微模塊的智能化

微模塊通常配置有動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)，可以實現(xiàn)對門禁、視頻、溫/濕度、煙感、水浸和能耗等的實時監(jiān)測，更加便于管理與控制。數(shù)據(jù)中心或微模塊智能化的發(fā)展趨勢，可實現(xiàn)三維可視化管理。

（1）微模塊（數(shù)據(jù)中心）環(huán)境可視化：①地理園區(qū)的虛擬仿真；②建筑外觀的虛擬仿真；③根據(jù)樓宇實際建筑結(jié)構(gòu)三維建模；④可橫向/縱向拆分展示每一個微模塊的結(jié)構(gòu)情況。

（2）容量管理可視化：容量統(tǒng)計，實時統(tǒng)計機房和機柜的空間、承重、電力利用率情況，更合理地使用機房資源；動態(tài)空間多條件查詢U高、承重、電力。

（3）資產(chǎn)管理可視化：可視化搜索定位，支持多條件高級搜索和快速定位設(shè)備位置；可視化信息查詢，集成分散的管理信息和自動統(tǒng)計及設(shè)備列表。

（4）監(jiān)控信息可視化：狀態(tài)可視化，直觀顯示設(shè)備告警信息和可用性狀態(tài)，快速定位故障設(shè)備，縮短排障時間；性能可視化，從監(jiān)控子系統(tǒng)提取設(shè)備的性能數(shù)據(jù)集成展現(xiàn)，采用可視化手段優(yōu)化提升信息交互效率。

（5）配線管理可視化：①端口管理，以三維可視環(huán)境中查詢和展現(xiàn)實現(xiàn)配線架和設(shè)備前后面板和端口占用信息；②鏈路管理，以三維可視環(huán)境中查詢和展現(xiàn)被管理設(shè)備之間的物理連接關(guān)系；③支持配線表導(dǎo)入導(dǎo)出；④支持可視化管理環(huán)境中直接操作鏈路配置。

4 微模塊的消防

4.1 天窗的消防聯(lián)動

微模塊通常配置天窗，并進行電動控制。當發(fā)生消防告警時，天窗自動打開，以便于機房內(nèi)的消防氣體進入到微模塊內(nèi)部，達到滅火的目的。

如火情來自微模塊外部，打開天窗意義不是很大，因為該方式并不是針對微模塊有效的消防方式。如火情來自微模塊內(nèi)部，當火情從內(nèi)到外傳導(dǎo)到機房消防，然后再反過來針對微模塊滅火時，災(zāi)情可能已經(jīng)變得很嚴重。

針對微模塊這種特殊的方式，探火管消防方案可能會更有針對性。

4.2 探火管消防

機房內(nèi)為相對獨立的微模塊，具備獨立相對封閉的空間。根據(jù)GB 50370-2005《氣體滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》第3.2.3條規(guī)定，各機房保護區(qū)均不符合面積不宜大于800 m2、體積不宜大于3 600 m3的規(guī)范要求。為了滿足機房的消防安全需求，并結(jié)合探火管滅火系統(tǒng)的優(yōu)點，微模塊內(nèi)配置探火管滅火系統(tǒng)是比較優(yōu)化的配置方案。

根據(jù)GB 50174-2008《電子信息系統(tǒng)機房設(shè)計規(guī)范》第13.1.2條規(guī)定，特殊重要設(shè)備室應(yīng)設(shè)置自動滅火系統(tǒng)，且宜采用氣體滅火系統(tǒng)，且條文說明中指出：對于空間較大且只有部分設(shè)備需要重點保護的房間（如變配電室），為了進一步降低工程造價，可僅對設(shè)備（如配電柜）采取局部保護措施，如火探自動滅火裝置。CECS 345：2013《探火管滅火裝置技術(shù)規(guī)程》第3.1.4條規(guī)定：探火管滅火裝置特別適用于帶有外殼的小型設(shè)備，如高低壓配電柜、大型計算機主機、大型電子顯示屏、通信設(shè)備、ATM機、大型空調(diào)主機、檔案柜等。探火管滅火系統(tǒng)為局部全淹沒式氣體滅火系統(tǒng)，滅火劑為七氟丙烷，對人員無傷害，且撲滅電氣火災(zāi)無安全隱患。

5 結(jié) 語

微模塊是從傳統(tǒng)機房演變過來的，應(yīng)用的技術(shù)與傳統(tǒng)機房一脈相承，并不矛盾：

（1）可以使用相同的配電架構(gòu)。

（2）可以使用相同的制冷系統(tǒng)架構(gòu)。

（3）微模塊可以優(yōu)化數(shù)據(jù)中心的氣流組織和運行工況，使制冷系統(tǒng)更高效。

（4）微模塊可以優(yōu)化自然冷卻的應(yīng)用，延長自然冷卻的運行時間，擴大可適用自然冷卻的區(qū)域范圍。

（5）節(jié)能、可靠、智能化與三維可視化管理是數(shù)據(jù)中心的發(fā)展方向，微模塊將發(fā)揮更好的作用。

（6）微模塊消防應(yīng)有新思路，探火管消防是值得嘗試的方案。

數(shù)據(jù)中心的方案應(yīng)根據(jù)機房所處地理、當?shù)貧夂?、環(huán)境、預(yù)算、工期等因素確定。

［1］ GB 50370-2005 氣體滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范［S］.

［2］ GB 50174-2008 電子信息系統(tǒng)機房設(shè)計規(guī)范［S］.

［3］ CECS 345：2013 探火管滅火裝置技術(shù)規(guī)程［S］.

Application of M icro M odule in Data Center

ZHANG Xiang， TANG Shizhou
（Wuxi Gold Stone Group Co.，Ltd.，Wuxi204135，China）

This paper introduced the construction advantages and role of m icro module in the data center，and elaborated the intelligentialize and fire fighting ofmicro module.It is pointed out that the micro module of data center optimizes the air distribution and operation condition，and extends the operation time of natural cooling.The development direction of the data center is energy-saving，reliable，intelligent，and visualmanagement，so themicromodule plays a better role.

data center；m icro modu le；fire fighting；intelligentialize

TU 244.5

B

1674-8417（2015）09-0035-04

2015 09 07

唐士洲（1982-），男，工程師，從事數(shù)據(jù)中心微模塊、供配電方面的工作。