数据中心的微模块应用

张 祥， 唐士洲

（无锡金石聚力机房技术有限公司，江苏无锡 214000）

数据中心的微模块应用

张 祥， 唐士洲

（无锡金石聚力机房技术有限公司，江苏无锡 214000）

介绍了数据中心微模块的建设优点和作用，阐述了微模块的智能化和消防。指出数据中心微模块可优化数据中心的气流组织和运行工况，延长自然冷却的运行时间。节能、可靠、智能化、可视化管理是数据中心的发展方向，微模块将发挥更好的作用。

数据中心；微模块；消防；智能化

张 祥（1981-），男，工程师，从事数据中心微模块、机房空调方面的工作。

0 引 言

2006年，SUN公司推出了集装箱数据中心，将服务器、存储、网络设备、空调和配电柜等放入集装箱中，构建一个高度集成、快速部署、灵活扩建、高效节能的数据中心。随后，IBM、HP、微软、谷歌等巨头纷纷采用集装箱数据中心。

与此同时，雅虎、谷歌、微软等巨头尝试并实践机房内部的气流遏制方案：①封闭热通道（雅虎）；②使用适当的导管和附属设备，防止机架后端排到热管的热空气与机架前端环境的冷空气混合，悬挂塑料窗帘防止冷空气逃逸（谷歌）；③热通道控制，以控制服务器空间内的工作温度（微软）。这些实施方案结合自然冷却等技术的应用，都得到了很好的节能效果，这些方案可看做是早期的微模块。

然而，集装箱数据中心在国内并没有直接被广泛认可。随着国内互联网巨头的主导应用，将集装箱与气流遏制方案相结合，产生了具有特色的微模块（模块化数据中心）。

微模块没有一个严格的定义，可以是一个模块中含有行间空调、配电、电源、电池、机架、布线和通道密闭等，也可以是一个模块中含列头柜、机架、通道密闭等。目前，国内做部件级的公司（如空调、电源、机架、监控等）或集成商都开始研发、生产微模块。

1 微模块的建设优点

微模块的建设优点有以下两方面：

（1）工厂预制。减少建设成本，节省项目建设时间和实施难度，减少设备维护工作量；可采用钢筋结构建筑，减少建设传统机房土建周期，部署方便、快捷；可快速响应动态业务的需求，由工程建设变成工厂制造，大大提高了数据中心建设的效率。

（2）快捷扩展。采用模块化设计理念，使其能够迅速、便捷地实现升级扩展，这样客户就可以按照近期需求投资建设机房，未来可随需求增长快速扩容，实现分阶段的机房建设，降低企业的资金压力。

然而，并不是所有的数据中心都是新建建筑，实践中利用已有建筑改造成数据中心的案例也比较多。如果没有预留的运输通道，则工厂预装的微模块到达安装现场后需要打散搬运。

另外，微模块也可以现场组装，除了要装原来的机柜、列头柜、电源分配单元（Power Distribution Unit，PDU）等设备，还要组织微模块的门、天窗等组件，更加麻烦。

2 微模块的应用

2.1 改善数据中心的气流组织

不管微模块的形式有多少种，但有一点是相同的，即通道封闭。下面分析通道封闭对气流组织带来的影响。

例如传统机房地板下送风，气流不足时冷空气无法送到机柜上部的设备，造成机柜上部分气流短路，即服务器等设备排出的热空气被机柜顶部设备吸回，形成热点。为避免这种情形，通常做法为：①不在机柜上部放置服务器等设备，但机柜空间利用率低，机柜密度不高；②配置更多空调，但导致电源使用效率值较高，浪费空调冷量，导致空调效率低下。

微模块采用封闭通道的做法遏制气流，避免风量过大或不足导致的冷量浪费或局部热点问题，可以优化设计方案，而不必配置过量的空调，以提高单机柜容量和空调效率。

2.2 改善运行工况

正常运行条件下，机房的冷量需求为显热制冷量，但空调的一部分冷量（潜热制冷量）用在不必要的除湿上，且除湿后再进行加湿，大大增加空调系统能耗。

在相同含湿量的情况下，提高空调的回风温度，可以提高显热比和制冷效率。通常机房空调的运行工况每提高1℃，制冷系统的运行费用每年可降低约4%，但机房温度升高，会对机房设备造成不良影响，则需将机房温度控制在合适的范围内。

谷歌的服务器在温度18～27℃、相对湿度在25%～65%时能正常工作；戴尔曾验证了其服务器能够工作在最高46℃的环境中。英特尔也曾发布了一项研究，在新墨西哥州的数据中心采用自然风制冷，温度保持在33℃左右，但并没有增加服务器失效几率。

根据国际上ASHREA及ANSITIA等标准建议，IT设备的送风温度低于27℃即可保证IT设备安全、可靠的运行。

机房空调运行工况如表1所示。

表1 机房空调运行工况

如果在传统机房上仅进行封闭通道的改造，空调的费用每年可降低20%以上；而采用行间空调或以其他形式置于微模块内部的空调，节能效果更加明显。

2.3 延长自然冷却的运行时间

并不是所有的区域都适合自然冷却的制冷方案。得益于微模块的应用，数据中心的送风温度可以提高至24℃，甚至27℃。微模块的应用可以扩大到使用自然冷却的区域范围，延长自然冷却的时间。

以北京地区使用新风自然冷却为例，如果采用传统的数据中心制冷方式，空调的送风温度一般在13℃，即当室外温度低于13℃时，可实现数据中心的完全自然冷却；而采用微模块方案，则当室外温度低于24℃时，可实现数据中心的完全自然冷却。每年延长使用自然冷却的时间可达2 686 h，约112 d，如图1所示。

同样，以北京地区间接自然冷却为例，假设传统机房供回水温度为7℃/12℃，微模块供回水温度为12℃/17℃，通常室外温差与回水温差为12℃时即可实现完全的自然冷却，则每年延长使用完全自然冷却的时间可达1 019 h，约42 d（见图1）。

图1 北京全年各级干球温度频数

当然，新风自然冷却运行时间不仅仅取决于室外温度，需要考虑的因素较多。我国部分城市温度分布如表2所示。

表2 我国部分城市温度分布h

可见，微模块的应用，可以使我国大部分地区使用自然冷却，实现节能的目的。

3 微模块的智能化

微模块通常配置有动环监控系统，可以实现对门禁、视频、温/湿度、烟感、水浸和能耗等的实时监测，更加便于管理与控制。数据中心或微模块智能化的发展趋势，可实现三维可视化管理。

（1）微模块（数据中心）环境可视化：①地理园区的虚拟仿真；②建筑外观的虚拟仿真；③根据楼宇实际建筑结构三维建模；④可横向/纵向拆分展示每一个微模块的结构情况。

（2）容量管理可视化：容量统计，实时统计机房和机柜的空间、承重、电力利用率情况，更合理地使用机房资源；动态空间多条件查询U高、承重、电力。

（3）资产管理可视化：可视化搜索定位，支持多条件高级搜索和快速定位设备位置；可视化信息查询，集成分散的管理信息和自动统计及设备列表。

（4）监控信息可视化：状态可视化，直观显示设备告警信息和可用性状态，快速定位故障设备，缩短排障时间；性能可视化，从监控子系统提取设备的性能数据集成展现，采用可视化手段优化提升信息交互效率。

（5）配线管理可视化：①端口管理，以三维可视环境中查询和展现实现配线架和设备前后面板和端口占用信息；②链路管理，以三维可视环境中查询和展现被管理设备之间的物理连接关系；③支持配线表导入导出；④支持可视化管理环境中直接操作链路配置。

4 微模块的消防

4.1 天窗的消防联动

微模块通常配置天窗，并进行电动控制。当发生消防告警时，天窗自动打开，以便于机房内的消防气体进入到微模块内部，达到灭火的目的。

如火情来自微模块外部，打开天窗意义不是很大，因为该方式并不是针对微模块有效的消防方式。如火情来自微模块内部，当火情从内到外传导到机房消防，然后再反过来针对微模块灭火时，灾情可能已经变得很严重。

针对微模块这种特殊的方式，探火管消防方案可能会更有针对性。

4.2 探火管消防

机房内为相对独立的微模块，具备独立相对封闭的空间。根据GB 50370-2005《气体灭火系统设计规范》第3.2.3条规定，各机房保护区均不符合面积不宜大于800 m2、体积不宜大于3 600 m3的规范要求。为了满足机房的消防安全需求，并结合探火管灭火系统的优点，微模块内配置探火管灭火系统是比较优化的配置方案。

根据GB 50174-2008《电子信息系统机房设计规范》第13.1.2条规定，特殊重要设备室应设置自动灭火系统，且宜采用气体灭火系统，且条文说明中指出：对于空间较大且只有部分设备需要重点保护的房间（如变配电室），为了进一步降低工程造价，可仅对设备（如配电柜）采取局部保护措施，如火探自动灭火装置。CECS 345：2013《探火管灭火装置技术规程》第3.1.4条规定：探火管灭火装置特别适用于带有外壳的小型设备，如高低压配电柜、大型计算机主机、大型电子显示屏、通信设备、ATM机、大型空调主机、档案柜等。探火管灭火系统为局部全淹没式气体灭火系统，灭火剂为七氟丙烷，对人员无伤害，且扑灭电气火灾无安全隐患。

5 结 语

微模块是从传统机房演变过来的，应用的技术与传统机房一脉相承，并不矛盾：

（1）可以使用相同的配电架构。

（2）可以使用相同的制冷系统架构。

（3）微模块可以优化数据中心的气流组织和运行工况，使制冷系统更高效。

（4）微模块可以优化自然冷却的应用，延长自然冷却的运行时间，扩大可适用自然冷却的区域范围。

（5）节能、可靠、智能化与三维可视化管理是数据中心的发展方向，微模块将发挥更好的作用。

（6）微模块消防应有新思路，探火管消防是值得尝试的方案。

数据中心的方案应根据机房所处地理、当地气候、环境、预算、工期等因素确定。

［1］ GB 50370-2005 气体灭火系统设计规范［S］.

［2］ GB 50174-2008 电子信息系统机房设计规范［S］.

［3］ CECS 345：2013 探火管灭火装置技术规程［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，工程师，从事数据中心微模块、供配电方面的工作。