數(shù)字福建云計(jì)算中心機(jī)房建設(shè)模式及節(jié)能技術(shù)

薛瑩瑩

(福建省建筑設(shè)計(jì)研究院 福建福州 350001)

數(shù)字福建云計(jì)算中心機(jī)房建設(shè)模式及節(jié)能技術(shù)

薛瑩瑩

(福建省建筑設(shè)計(jì)研究院 福建福州 350001)

數(shù)字福建云計(jì)算中心(社會(huì)和企業(yè)云)運(yùn)用先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念和節(jié)能技術(shù)，采用微模塊數(shù)據(jù)機(jī)房模式進(jìn)行建設(shè)。與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)機(jī)房對(duì)比分析，該機(jī)房建設(shè)模式采用了節(jié)能技術(shù)，云計(jì)算中心PUE值可達(dá)到1.45，PUE效率為0.69，能夠更高效地保證云計(jì)算中心的使用。

微模塊；數(shù)據(jù)機(jī)房；建設(shè)規(guī)模；節(jié)能技術(shù)

0 引言

“十三五”期間，國家積極推進(jìn)工業(yè)化和信息化融合，并大力推廣云計(jì)算技術(shù)在國內(nèi)的應(yīng)用，為未來數(shù)據(jù)中心市場發(fā)展提供了廣闊的市場空間。云計(jì)算的發(fā)展離不開數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展。隨著信息化業(yè)務(wù)發(fā)展以及企業(yè)用戶量和數(shù)據(jù)量的增加，IT應(yīng)用投入不斷加大，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)機(jī)房在空間及設(shè)備技術(shù)方面主要存在空間利用率不高、擴(kuò)展性較差、電力消耗大，能耗值高等問題[1]。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)機(jī)房在空間及設(shè)備能耗上的瓶頸問題日益凸顯，已經(jīng)不能滿足當(dāng)前大數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求。

1 數(shù)字福建云計(jì)算中心機(jī)房建設(shè)模式

數(shù)字福建云計(jì)算中心順應(yīng)大數(shù)據(jù)時(shí)代的潮流發(fā)展，積極響應(yīng)工業(yè)和信息化部與福建合作推進(jìn)“數(shù)字福建”建設(shè)的要求。云計(jì)算中心采用領(lǐng)先的環(huán)保機(jī)房設(shè)計(jì)理念和成熟的云計(jì)算技術(shù)(如虛擬化技術(shù)、大數(shù)據(jù)管理與分析技術(shù)、資源管理與調(diào)度技術(shù)、云安全保障技術(shù)等)，運(yùn)用先進(jìn)的節(jié)能科技技術(shù)，建成集實(shí)用性與經(jīng)濟(jì)性于一體，具有高可靠性、高安全性、先進(jìn)性、可擴(kuò)展性、開放性、兼容性與高效率的綠色節(jié)能的云計(jì)算中心。

云計(jì)算中心采用微模塊數(shù)據(jù)機(jī)房的建設(shè)模式進(jìn)行設(shè)計(jì)?？偨ㄖ娣e為37 500m2，主體建筑為正六邊形，建筑共5層，總高度為23.8m，如圖1所示。主機(jī)房采用T3標(biāo)準(zhǔn)，建成后可放置約3 800個(gè)機(jī)柜[2]。

圖1 數(shù)字福建云計(jì)算中心(社會(huì)和企業(yè)云)效果圖

云計(jì)算中心采用微模塊機(jī)房，將復(fù)雜的系統(tǒng)分解為多個(gè)可獨(dú)立支撐業(yè)務(wù)的標(biāo)準(zhǔn)功能單元，并根據(jù)業(yè)務(wù)需要配置不同數(shù)量的模塊，實(shí)現(xiàn)按需投資。在時(shí)間維度上，智能微模塊可作為最小復(fù)制單元。當(dāng)業(yè)務(wù)增長時(shí)，無需過多規(guī)劃、設(shè)計(jì)即可直接復(fù)制，實(shí)現(xiàn)根據(jù)規(guī)劃進(jìn)度投資模式，避免一次性投資過多。在空間維度上，對(duì)于不同規(guī)模的數(shù)據(jù)中心，只需按需使用不同配置與不同數(shù)量的微模塊。

在建設(shè)模式上，微模塊數(shù)據(jù)機(jī)房具有易復(fù)制、部署快、高效靈活、標(biāo)準(zhǔn)化和可靠性高、建設(shè)周期短以及效能水平高等特點(diǎn)。與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)機(jī)房相比，云計(jì)算中心具有可拓展性，只需要根據(jù)用戶的不同需求將相應(yīng)數(shù)量的微模塊安放到位，在各模塊之間連接主干鏈路就可以完成網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展。作為數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，將網(wǎng)絡(luò)、供電、制冷、消防、監(jiān)控等采用模塊化方案部署后，以“搭積木”方式配合客戶投資和業(yè)務(wù)發(fā)展需求進(jìn)行搭建，從而靈活實(shí)現(xiàn)分期建設(shè)，大大提升數(shù)據(jù)中心效率。

建設(shè)技術(shù)方面，云計(jì)算中心采用標(biāo)準(zhǔn)化的接口和模塊化架構(gòu)，可以根據(jù)預(yù)期提前調(diào)整數(shù)據(jù)中心的配置避免資源浪費(fèi)，微模塊數(shù)據(jù)機(jī)房不采用傳統(tǒng)的UPS，而采用“高壓直流(50%)+市電(50%)”的供電模式。市電無中間轉(zhuǎn)換損耗，效率很高。高壓直流則可采用節(jié)能休眠模式，達(dá)到全負(fù)載范圍內(nèi)94%以上高效率。另外，可通過提高負(fù)載率和運(yùn)營溫度等優(yōu)化手段，降低數(shù)據(jù)中心的PUE值。制冷方面，微模塊機(jī)房采用行間空調(diào)，在近熱源直接送風(fēng)，制冷更為精準(zhǔn)。將機(jī)柜列間的冷通道封閉隔離，冷熱氣流互不干擾，避免氣流串?dāng)_而導(dǎo)致熱島效應(yīng)，避免了風(fēng)量和冷量損耗。

圖2 微模塊數(shù)據(jù)機(jī)房內(nèi)部工藝示意圖

2 數(shù)字福建云計(jì)算中心機(jī)房能效分析

數(shù)據(jù)中心能源效率的指標(biāo)通常以PUE值為參考指標(biāo)，PUE值越接近于1，表示一個(gè)數(shù)據(jù)中心的綠色化程度越高。根據(jù)調(diào)研，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)機(jī)房PUE平均值基本在1.6～2.0，中小規(guī)模的機(jī)房PUE值在2.0～2.5左右。微模塊數(shù)據(jù)機(jī)房在同等硬件設(shè)施情況下可以再降低PUE 0.07到0.1。在供電層面，微模塊通過內(nèi)置模塊化UPS，結(jié)合IT業(yè)務(wù)量迅速匹配最佳供電效率點(diǎn)，UPS效率高，不會(huì)出現(xiàn)低載低效情況，較于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)機(jī)房，在能耗方面所有降低。數(shù)字福建云計(jì)算中心采用微模塊方式建設(shè)后，PUE值預(yù)估可達(dá)到1.45，效率為69%，等級(jí)為優(yōu)秀，能源使用效率較高。

圖3 微模塊數(shù)據(jù)機(jī)房能效分析

3 數(shù)字福建云計(jì)算中心與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)機(jī)房對(duì)比分析

3.1 建設(shè)規(guī)模對(duì)比分析

數(shù)據(jù)機(jī)房建設(shè)規(guī)模參考指標(biāo)主要有兩方面：機(jī)房面積及機(jī)柜的容積比(即數(shù)據(jù)機(jī)房面積與機(jī)柜數(shù)量的比率)。通常機(jī)房面積越大，則建設(shè)規(guī)模越大，但同時(shí)也需參考機(jī)柜容積比的指標(biāo)，才能得出較為科學(xué)的結(jié)論。國內(nèi)部分傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心與微模塊數(shù)據(jù)中心建設(shè)面積及機(jī)柜容積比如表1所示。

表1 數(shù)據(jù)中心機(jī)柜容積比對(duì)照表 個(gè)

根據(jù)表1的數(shù)據(jù)，機(jī)房建設(shè)面積及機(jī)柜容積比對(duì)照表可以看出，傳統(tǒng)機(jī)柜的容積比較高，機(jī)房的利用率較低。采用微模塊建設(shè)模式的數(shù)據(jù)機(jī)房，在利用率上有了較大提升，符合綠色數(shù)據(jù)中心的要求。數(shù)字福建云計(jì)算中心(社會(huì)和企業(yè)云)建成后機(jī)柜容積比為4.8，在國內(nèi)處于較先進(jìn)水平。

表2為數(shù)字福建云計(jì)算中心與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)機(jī)房綜合對(duì)比數(shù)據(jù)。

表2 數(shù)字福建云計(jì)算中心與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)機(jī)房綜合對(duì)比

根據(jù)表2對(duì)比分析可以看出，在建設(shè)規(guī)模及周期方面：傳統(tǒng)數(shù)據(jù)機(jī)房單層高度為5m以上。選用的服務(wù)器高度約2.2m～2.7m之間。單層建筑高度過高，一方面在空間上形成一些浪費(fèi)，另一方面也導(dǎo)致機(jī)房在空調(diào)制冷、能源消耗方面造成額外的消耗。數(shù)字福建云計(jì)算中心層高約4.8m～5m，單層高度在布局上較為合理，既能滿足微模塊機(jī)柜尺寸的安放及維護(hù)，又不會(huì)因?qū)痈哌^高造成空間及能耗上的浪費(fèi)。采用微模塊建設(shè)模式，利用相同的機(jī)房面積可安放更多的機(jī)柜，在空間資源上能夠充分利用。在機(jī)柜建設(shè)周期方面，云計(jì)算中心機(jī)柜只需2個(gè)月～4個(gè)月即可建設(shè)安裝完成[3]，與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)機(jī)房相比，建設(shè)周期大幅縮減。

3.2 節(jié)能技術(shù)水平對(duì)比分析

節(jié)能技術(shù)方面：供電技術(shù)上，云計(jì)算中心不再采用傳統(tǒng)的UPS，而是采用“高壓直流(50%)+市電(50%)” 的供電模式。高壓直流電結(jié)合市電直流技術(shù)，在電流轉(zhuǎn)換上，AC/DC變換器輸出直流電壓，減少了逆變環(huán)節(jié)，轉(zhuǎn)換效率至少提升2%，較傳統(tǒng)UPS供電方案，能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)節(jié)能超過28%，如表3所示。

制冷技術(shù)上，微模塊數(shù)據(jù)機(jī)房采用封閉冷通道的形式。微模塊與傳統(tǒng)機(jī)房的送回風(fēng)溫差相差6°～13°，每提高IDC環(huán)境溫度1℃，可以節(jié)約4%的能耗，封閉冷通道后室內(nèi)風(fēng)機(jī)送風(fēng)量可減少30%，室內(nèi)風(fēng)機(jī)可節(jié)省電約2/3，封閉冷通道比封閉熱通道節(jié)能2%，比不封閉通道節(jié)能4%，如表4所示。

表3 UPS與240V高壓直流對(duì)比表

表4 微模塊和傳統(tǒng)機(jī)房空調(diào)對(duì)比表

3.3 能耗對(duì)比分析

能耗方面：云計(jì)算中心的PUE值可達(dá)到1.45，將較于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)機(jī)房，在能耗方面所有降低。根據(jù)數(shù)據(jù)中心的PUE值與數(shù)據(jù)中心綠色節(jié)能等級(jí)關(guān)系，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的PUE效率在0.4～0.67左右，云計(jì)算中心的PUE效率為0.69。

4 結(jié)論

通過對(duì)比分析可以看出，數(shù)字福建云計(jì)算中心采用微模塊后在機(jī)房面積及機(jī)柜的容積比以及建設(shè)周期上有較大提升。節(jié)能技術(shù)及能耗方面，通過“高壓直流(50%)+市電(50%)”供電模式及封閉冷通道模式的制冷技術(shù)改進(jìn)，使得最終云計(jì)算中心的PUE值達(dá)到1.45，PUE效率為0.69，更高效地保證數(shù)據(jù)機(jī)房的使用。

[1] 宋凌，張川.國內(nèi)外綠色數(shù)據(jù)中心評(píng)價(jià)體系綜述[J].建設(shè)科技， 2014(6)：92-94.

[2] 林緘光.數(shù)字福建云計(jì)算中心工程基礎(chǔ)隔震設(shè)計(jì)分析[J].福建建筑，2016(5)：46-50.

[3] 閆偉.淺談微模塊數(shù)據(jù)中心的建設(shè)與發(fā)展[J].智能建筑與城市信息，2016(1)：67-71.

The Construction Mode and Energy-saving Technology to The Digital Fujian Cloud Computer Room

XUEYingying

(Fujian Provincial Institute of Architectural Design and Research,Fuzhou 350001)

The digital Fujian cloud computing centre(Society and Enterprise Cloud) use advanced design concepts and energy-saving technologies and micro-module construction model. Comparative to the traditional data room, the cloud computing centre use energy saving technology, with the technology the PUE value can reach 1.45, PUE efficiency is 0.69, which ensure the use of the cloud computing centre more efficient.

Micro-module; Data room; Construction mode; Energy-saving technology

薛瑩瑩(1986.12- )，女，經(jīng)濟(jì)師。

E-mail:173141265@qq.com

2017-02-20

TU-0

A

1004-6135(2017)05-0023-03