綠色節(jié)能模塊化數(shù)據(jù)中心建立分析

劉慧婷

【摘要】? ? 近些年，數(shù)據(jù)機(jī)房得到了快速發(fā)展，因此一個關(guān)鍵的問題就是如何減少數(shù)據(jù)中心能耗，推進(jìn)數(shù)據(jù)中心朝綠色方向發(fā)展建設(shè)。對于模塊化數(shù)據(jù)中心來說，屬于一種新型的數(shù)據(jù)中心，較之傳統(tǒng)的機(jī)房建設(shè)模式，具有突出的優(yōu)勢。本文就對于綠色節(jié)能模塊化數(shù)據(jù)中心的建立的有關(guān)內(nèi)容，作出具體分析，以供參考。

【關(guān)鍵字】? ? 綠色? ? 節(jié)能? ? 模塊化? ? 數(shù)據(jù)中心

引言：

在數(shù)據(jù)中心的發(fā)展過程中，高能耗、資源浪費嚴(yán)重是其中的突出問題。數(shù)據(jù)中心這種產(chǎn)業(yè)具有較高的耗電量，隨著數(shù)據(jù)中心的不斷進(jìn)步和發(fā)展，也帶來了高水平的資源消耗。因此，為了實現(xiàn)能源的綜合利用，貫徹節(jié)能理念，就要不斷提高數(shù)據(jù)中心的能源利用率，建設(shè)綠色節(jié)能的模塊化數(shù)據(jù)中心，滿足各項建設(shè)需求。

一、模塊化數(shù)據(jù)中心的概述

1.1傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心范式

對于我國大多數(shù)的數(shù)據(jù)中心來說，在機(jī)房設(shè)計時，依然沿用傳統(tǒng)的布置方式，采用地板下送風(fēng)和敞開式機(jī)柜，這種下送風(fēng)的空調(diào)系統(tǒng)和固定的地板通風(fēng)板，基于機(jī)柜數(shù)量來安排地板通風(fēng)板數(shù)量，在夾層內(nèi)部，進(jìn)行各種管線的鋪設(shè)，將活動地板下面的空間，當(dāng)做靜壓送風(fēng)通道，這樣就能夠利用活動地板中的風(fēng)口，進(jìn)行機(jī)房空調(diào)中冷風(fēng)的輸送，讓其到達(dá)主機(jī)房和機(jī)柜內(nèi)。但是在這種長距離的送風(fēng)過程中，空調(diào)的冷風(fēng)會出現(xiàn)沿途冷量損耗。如果在敞開式的機(jī)柜內(nèi)部，進(jìn)行通道的布置，實現(xiàn)密封隔離的效果，也會導(dǎo)致冷熱氣流發(fā)生混亂，從而造成能量損耗。在施工安裝的過程中，一般都會對于高架地板的制作高度，提出較高要求，同時還會嚴(yán)格要求樓層高度，這種機(jī)房在建設(shè)過程中，總體上的周期比較長，而且后期拓展比較困難。

1.2微模塊設(shè)計方案

對于模塊化機(jī)房來說，是由微模塊組成，對于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心中的機(jī)房內(nèi)的各個系統(tǒng)，包括配供電系統(tǒng)、機(jī)柜系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、消防監(jiān)控系統(tǒng)、綜合布線系統(tǒng)等，對其進(jìn)行一體化操作所形成的產(chǎn)品，能夠?qū)⒛K化設(shè)計的優(yōu)越性充分發(fā)揮出來，在模塊化系統(tǒng)中，能夠快速的進(jìn)行分布式部署，這樣不僅可以減少機(jī)房的建設(shè)成本，而且還能夠有效地縮短建設(shè)周期。在微模塊的部署時，并未對機(jī)房的空間環(huán)境，具有較為特殊的要求，不需要進(jìn)行地板的抬高以及特殊裝修。微模塊機(jī)房就是實現(xiàn)了數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)設(shè)施的整合，讓其能夠成為一體式的機(jī)房，具有高效性和智能性，對于消防、監(jiān)控、供電、運維、管理、擴(kuò)容等多方面的內(nèi)容，都可以有效應(yīng)對。微模塊數(shù)據(jù)中心相比較傳統(tǒng)的建設(shè)方式來說，能夠有效解決以往施工周期長、復(fù)雜程度高的問題，而且對于質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了統(tǒng)一，改善了以往機(jī)房末端的智能運維問題。微模塊不同于傳統(tǒng)機(jī)房，采用底板下送風(fēng)的方式，而是利用列間或者是底座式的空調(diào)，通過就近制冷的方式，這樣也使得送風(fēng)距離更短，有效地降低了送風(fēng)過程中所出現(xiàn)的冷量的消耗，而且還能夠減少空調(diào)風(fēng)機(jī)能耗，防止出現(xiàn)冷熱氣流混亂的問題[1]。

1.2.1供配電系統(tǒng)

在微模塊的供配電系統(tǒng)中，主要成分為精密配電柜系統(tǒng)、UPS系統(tǒng)、PDU和電線電纜、防雷接地附件等等，并且依靠智能數(shù)據(jù)采集、防雷、電力監(jiān)測、電網(wǎng)隔離等措施，對于IT設(shè)備，進(jìn)行冗余的智能配電的提供，這樣就能夠從整體上，提高配電管理的水平。在進(jìn)行單一的微模塊的部署過程中，可以在微模塊內(nèi)放置UPS，如果要開展多個微模塊的集中部署，就要利用集中供電的方法，一套UPS由多個模塊共享，并且將電池和UPS進(jìn)行外置，對電池間和UPS單獨進(jìn)行配置。

在供配電的監(jiān)控系統(tǒng)中，也要利用配電柜中所設(shè)置的智能電量分析儀，對于電流、電壓、功率、電能消耗量、報警信息等數(shù)據(jù)，進(jìn)行實時的采集，之后要進(jìn)一步檢測配電柜中各個設(shè)備的開關(guān)狀態(tài)[2]。

對于數(shù)據(jù)中心的UPS系統(tǒng)而言，在傳統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計中，較常出現(xiàn)配置過小或過大的問題，如果配置過大，就容易出現(xiàn)帶載率的降低，從而使得UPS效率低下，如果配置過小，就會在后期擴(kuò)容的階段加大難度，不能夠符合具體的業(yè)務(wù)需求。在微模塊數(shù)據(jù)中心解決方案中，主要是應(yīng)用模塊化的UPS，這樣就能夠防止擴(kuò)容問題的出現(xiàn)[3]。

1.2.2制冷系統(tǒng)

在設(shè)備運行的過程中，制冷系統(tǒng)所發(fā)揮的作用，就是能夠確保設(shè)備具有良好的運行環(huán)境，對溫濕度進(jìn)行合理的調(diào)控，保障設(shè)備的持續(xù)、安全運行。在傳統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計中，主要采用的是精密空調(diào)送風(fēng)系統(tǒng)，通過地板下送風(fēng)，能夠確保均勻出風(fēng)，同時還能夠照顧到一些遠(yuǎn)距離的區(qū)域，而且通過消聲箱的設(shè)置，能夠有效地減小風(fēng)噪。這種系統(tǒng)具有一定的缺點和不足，比如說在初期階段，需要進(jìn)行較大的投資，而且不能夠?qū)o壓箱進(jìn)行任意更改，只能夠依靠當(dāng)前的風(fēng)量展開設(shè)計，否則就可能會造成送風(fēng)不均的問題。這種系統(tǒng)不能夠增加末端的負(fù)荷，機(jī)柜位置也不可以進(jìn)行調(diào)整和改變，后期的可擴(kuò)容性不理想。

在微模塊的方案中，通過底座式空調(diào)以及冷通道內(nèi)列間制冷的方式，讓空調(diào)和其周圍的機(jī)柜，當(dāng)做一個制冷單元，在小范圍內(nèi)進(jìn)行送風(fēng)和回風(fēng)，而且各個氣流組織之間，不會出現(xiàn)互相的干擾，大大的提升了制冷的效率。而且這種方式并未對地板高度提出特殊要求，因此就能夠更快的進(jìn)行擴(kuò)容操作。

對于底座式空調(diào)來說，作為一種新型的制冷方式，所采用的是就近制冷，這種空調(diào)一般要在機(jī)柜的底座下部放置，并且在冷通道的底部設(shè)置通風(fēng)口，空調(diào)的結(jié)構(gòu)方式為頂部送風(fēng)之后回風(fēng)，在微模塊的冷通道內(nèi)，直接吹入冷風(fēng)，不僅能夠減少送風(fēng)距離，而且還能夠降低輸送冷風(fēng)過程中的損失，讓冷空氣具有更高的利用率。在一個微模塊內(nèi)，進(jìn)行多個室內(nèi)機(jī)的配置，這樣就能夠?qū)τ诳照{(diào)進(jìn)行備份冗余，確保制冷系統(tǒng)能夠穩(wěn)定、安全的運行。

1.2.3 智能管理系統(tǒng)

在智能管理系統(tǒng)中，能夠?qū)崿F(xiàn)實時的采集和監(jiān)測功能，同時在系統(tǒng)中，還能夠集中監(jiān)控數(shù)據(jù)中心的動力和環(huán)境、對于容量、能效、基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行管理。在管理平臺中，數(shù)據(jù)中心的運維人員能夠有效地獲得告警和監(jiān)測信息，并且較為精準(zhǔn)的定位異常和故障信息的位置，這樣就能夠在數(shù)據(jù)中心運行的過程中，提高安全水平，減輕運維工作的壓力。

二、模塊化數(shù)據(jù)中心的優(yōu)勢

2.1 數(shù)據(jù)中心的節(jié)能技術(shù)分析

對于數(shù)據(jù)中心而言，由兩部分能耗組成，分別為基礎(chǔ)設(shè)施用電和IT系統(tǒng)的用電，這二者各占總用電量的50%。在基礎(chǔ)設(shè)施的總用電中，還下屬空調(diào)系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)、其他輔助系統(tǒng)三部分的用電，其中以空調(diào)系統(tǒng)的用電量最多，約占總能耗的32%。因此，為了減少數(shù)據(jù)中心的能耗，就要針對IT系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)以及供配電系統(tǒng)的耗電量，進(jìn)行有效的降低。

在對IT系統(tǒng)的配置進(jìn)行優(yōu)化時，可以選擇具有較低能耗的服務(wù)器，以及節(jié)能型的芯片。通過這些高能效的IT設(shè)備的應(yīng)用，能夠在提升系統(tǒng)的運行效率的同時，還能夠減輕IT系統(tǒng)所帶來的能耗。

在優(yōu)化供配電系統(tǒng)時，可以應(yīng)用直流供電的方式，通過這種系統(tǒng)的采用，能夠在轉(zhuǎn)換的過程中，減少電能的消耗，不僅保障了供配電系統(tǒng)的安全性，而且還能夠提高電源的使用率。

在進(jìn)行氣流組織的優(yōu)化和完善時，要根據(jù)實際的需要，對通風(fēng)地板的數(shù)量以及通風(fēng)量，做出相應(yīng)的調(diào)整，并且要對冷熱通道進(jìn)行封閉處理，就能夠?qū)崿F(xiàn)對風(fēng)量、冷量的精細(xì)化管理。另外，還要在其中引入節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用，確保其具有較高的實用性，能夠有效減少數(shù)據(jù)中心的能耗，解決能耗過高的問題。

2.2 綠色高能效

在數(shù)據(jù)中心的生命周期中，最高的成本就是電力成本。在傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心的設(shè)計時，會根據(jù)IT的需求，對于基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行計算和配置，這也就會導(dǎo)致在數(shù)據(jù)中心的運行初始階段，就造成了電力成本的浪費。因此針對這一問題，模塊化的分布式部署就能夠?qū)崿F(xiàn)有效解決。數(shù)據(jù)中心能夠在實際需要的基礎(chǔ)上，進(jìn)行微模塊的配置以及增加，同時在部署微模塊時，還能匹配數(shù)據(jù)中心的制冷量、供電量和實際負(fù)載需求，不僅能夠提升系統(tǒng)的效率，還能夠節(jié)約電力成本。對于供配電系統(tǒng)來說，電源微模塊一般都是用標(biāo)準(zhǔn)化的接口和架構(gòu)，因此具有較高的電能轉(zhuǎn)化率。在空調(diào)系統(tǒng)中，所采用的送風(fēng)模式具有更高的精準(zhǔn)性，這種直接的送風(fēng)方式，能夠有效地改善局部熱點問題，同時在很大程度上，減少了冷量的損失，提高了數(shù)據(jù)中心的制冷效率。

2.3 快速分布部署

在模塊化數(shù)據(jù)中心的建設(shè)過程中，呈現(xiàn)出配件統(tǒng)一化、產(chǎn)品模塊化、生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化的顯著特點。對于所用到的組件，都是由工廠提前預(yù)制，并進(jìn)行統(tǒng)一的編碼，能夠靈活的對組件進(jìn)行搬運，在空調(diào)、機(jī)柜、電源、電池等設(shè)備進(jìn)入現(xiàn)場之前，就要開始組裝，因此能夠讓現(xiàn)場的管理工作更加便捷。另外，在微模塊的底座中，也具有一個能夠自由調(diào)節(jié)高度的地腳螺絲，可以在一定范圍內(nèi)，進(jìn)行高度的調(diào)整，因此如果所面對的廠房的地面平整度不佳，也無需額外花費成本，進(jìn)行地面水平的修葺。所以，不管是在舊廠房的改造還是新廠房建設(shè)中，這種可調(diào)節(jié)的底座都具有較大的優(yōu)勢。在完成組裝以后，就能夠立即的投入使用，這樣就能夠大大提升工程的交付速度。

2.4 智能管理

在模塊化的數(shù)據(jù)中心中，設(shè)置了集中監(jiān)控運維系統(tǒng)，具有較高的智能性，而且能夠?qū)崿F(xiàn)對于各個部位的集中監(jiān)控，針對數(shù)據(jù)中心中的子系統(tǒng)，展開集中管理，掌握不同模塊的實時運行狀態(tài)，這樣就能夠做到24小時無人值守的工作方式。在每一個模塊中，都進(jìn)行了平板電腦的配置，能夠與智能管理系統(tǒng)相連，利用平板電腦，就能夠?qū)崟r的進(jìn)行運行數(shù)據(jù)和信息的獲取，并開展平日的檢修和故障處理工作，這樣就能夠降低人為操作的失誤率，讓設(shè)備能夠更加安全的運行。而且在該系統(tǒng)中，還能夠?qū)崿F(xiàn)多種數(shù)據(jù)管理方式，具有超強(qiáng)的報表功能，通過各項功能的實現(xiàn)，能夠提高機(jī)房管理的精細(xì)化程度，有效降低運營的成本。

三、結(jié)束語

綜上所述，對于模塊化的數(shù)據(jù)中心的建立，具有綠色、節(jié)能的特點，而且自身具有較高的靈活性，適用于多種規(guī)模的數(shù)據(jù)中心，而且優(yōu)勢明顯，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能高效的目標(biāo)，同時建設(shè)周期較短，能夠有效地減少運營成本，因此是當(dāng)前數(shù)據(jù)中心在發(fā)展過程中，一個主要的發(fā)展方向。

參? 考? 文? 獻(xiàn)

[1]高書辰，萬凱.關(guān)于綠色節(jié)能模塊化數(shù)據(jù)中心建立的探討[J].中國能源，2020，42（11）：44-47.

[2]王超.數(shù)據(jù)中心機(jī)房基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)新技術(shù)研究[J].中國金融電腦， 2020（08）：60-64.

[3]郭豐.模塊化數(shù)據(jù)中心的設(shè)計理念、發(fā)展與實踐[J].智能建筑， 2020（08）：65-68.