火力发电厂智能化数据中心建设的思考

左华京，陈思全，陈 明

（中国电力工程顾问集团华北电力设计院有限公司工程技术中心，北京 100120）

模块化既是智能化数据中心发展过程中的一个产物，也是其闭环体系的重要组成部分。数据中心机房的基础设施主要包含供配电系统、空调制冷系统、智能化系统及网络布线系统等。数据中心的“智能”体现在机房整个运行的自动化、人性化和科学化上［1］。模块部署是数据中心基于云计算技术的全新一代部署方式。数据中心机房微模块采用模块化设计理念，不仅可以应对服务器不断更新发展的变化，也可以最大程度地降低基础设施对电厂数据化中心机房环境耦合的目的。微模块作为数据中心机房的基本单位进行布置，即每个数据机房微模块作为一个单独封闭的空间，其内部包含IT机柜、供配电、空调制冷、智能安防及监控、综合布线等系统，实现了集供配电、空调制冷及智能化管理组件于一体。一体化的模式使微模块式的数据中心实现了智能、稳定、高效的运行目的，以最少的投资，获得更多的收益回报，从而降低运营成本等费用，并增强数据中心部署的机动性和灵活性［2］。

1 模块式智能化数据中心的优势

1.1 整体快速部署

传统的数据中心机房需要很长的建设时间。与之相比较，微模块式数据中心机房可根据实际的建设目标，以高效精确的设计搭建系统架构，迅速完成建设目标。微模块批量成套组装的生产模式可以达到现货不间断供应的目的，标准规程化的接连方式可大幅度减少微模块现场配置与连接的安装量。

1.2 方便扩容延伸、分期建设

传统数据中心机房的扩容性较差，微模块式的数据中心机房具有方便扩容并且可以分期、分批建设的优点。数据中心机房采用微模块的系统架构，建设过程中可以分批逐步增加微模块的数量，实现模块快速扩容并且分期建设的需求。微模块式数据中心机房的应用可以明显减少数据中心在使用期间的实际成本。

1.3 提高数据中心机房的稳定性

采用标准化的微模块可使数据中心机房高度稳定并且可靠，这样做将会使整个机房系统提升稳定性。与此同时，微模块数据中心可按照业主方的实际需要，依照数据中心设计等级，在供配电设计上采用多种方案进行配置，并满足相关设计标准。

1.4 绿色环保、资源整合、节能降耗为一体的有机整体

数据中心机房所耗用的电力资源成本占据了其运营期间整体成本中很大的一部分。据相关数据统计，微模块式数据中心机房的制冷效率至少高于传统数据机房制冷效率的10%。微模块数据中心机房若结合自然冷却风空调系统，PUE值可降至1.25以下。

1.5 一体化分布式部署

批量复制、按需扩展以及三房合一，即IT 机房、UPS 电源室和空调机房统一合并成IT 机房，并要求数据中心提供明确统一的接口。模块化机房按需要逐步建设，即从统一部署建设一个机房改为按一个个微模块分期进行建设，快速的机房部署能力可提升其对快速发展需求能力的自适应性。

1.6 解除模块与基础建设的相关联系性

在传统机房“一步到位”的建设模式下，供配电设备和空调制冷设备均一次性投入，建造成本所耗资金占用量大，资源闲置率颇高［3］。而智能化数据中心一次性规划，分期进行投资，快速部署各部件，解除了IT 建设与基础建设的联系性，即数据中心土建主体结构及基础水电一次性完成建设。数据中心模块可按实际需求进行灵活部署。微模块数据中心的各个组件均为标准化产品并预留标准接口，可达到模块化产品快速生产发货、现场快速组装的目的，从而有效提高ROI（投资回报率），同时使CAPEX（基建成本）下降约10%。

1.7 解除模块内部部件与通道结构的关联性

通常情况下，服务器的正常生命周期为3～5年，数据中心的正常生命周期为10～15 年。倘若服务器随着时代发展更新换代，微模块便可通过调整内部供配电和空调制冷因数，轻松适应外部硬件所产生的变化，以达到提升微模块数据中心机房自适应性的目的。

1.8 智能管理架构

单模块与整体数据中心机房进行统一监视控制，可提升数据中心机房运维效率，减少不必要的人力成本。数据中心机房的每个微模块设置一套就地显示触摸屏装置，通过国际通用的通信接口，将其连接到交换机上，以达到对数据中心机房模块整体监控管理的目标，从而缩减巡检次数，提升运维效率，可不设常规人员值班。

2 模块化数据中心整体架构

模块智能化数据中心机房采用all-in-room 建设模式。一体化的数据中心机房包含了机柜及通道系统、供配电系统、空调制冷系统、智能安防、周界防护以及综合布线系统等。其模块可直接安装在数据中心的水泥地面或防静电地板上。微模块智能化数据中心机房主要采用密封冷/热通道的部署方式。

2.1 机柜及通道系统

机柜系统须符合IEC 60297-1 中所制定的标准，统一机柜尺寸，并采用前后风道。机柜总承重应符合GB 50174-2017《数据中心设计规范》中所提的要求，倘若数据中心机房实际楼板的承重不满足要求，须对楼板进行结构加固。数据中心天窗主要用于模块通道的密封，若模块与整体数据中心机房共用一套消防系统，可采用全自动电动翻转天窗，通过电磁锁触发装置实现翻转天窗的功能。每个数据中心机房模块在密封通道的两端安装智能门禁系统，运维人员可以有针对性对设备进行维护与调试。模块可根据工程实际建筑尺寸，使用推拉门或者双开外开旋转门。机柜走线槽分为信号电缆线槽及电源电缆线槽，实现强弱电缆之间的隔离布置。

2.2 供配电系统

电气系统是整个智能化数据中心机房中十分重要的基础工程，因此数据中心对供配电系统的可靠及稳定性有着极高的要求。本工程的重点主要考虑供配电系统的可靠性、稳定性、安全性、可维护性及在线扩展性。IT 系统和通讯系统通过UPS 电源供配电，强弱电缆应分离走线。模块化机房内可采用一体化UPS配电，并且配有电流、电压、功耗和温度的检测功能。

2.3 空调制冷系统

数据中心空调制冷系统采用了行级精密空调和封闭通道相结合的高效制冷方式。行级精密空调、机柜以及通道系统共同组成了一个封闭空间。行级空调交叉分布在机柜之间以便缩短送风制冷距离，从而达到提高制冷效率的目的。

2.4 智慧监控管理系统

微模块式智能化数据中心机房的智慧监控管理系统主要由采集终端、信息传输设备、信息化软件及管控平台等组成。通过模块化的规划设计思路及柔性拓展的物理架构，管理系统不仅可以对单个数据中心的基础设施进行有效管理，也可对分散布置的基础设施进行集中监管。管理平台需要具备优良的可视化界面，也可以根据业主的实际需求设计定制化功能界面。

智慧监控管理系统主要管理如下设备：

1）国际通用的网络协议接口：数据中心机房管理系统可向第三方信息系统提供国际通用的协议形式和标准接口，满足与第三方系统进行实时信息的交换互通。为满足不同设备的接入要求，系统提供多种协议的扩展机制。

2）周边环境采集设备：包括红外传感器、温湿度仪、烟雾探测仪等，并将监测信号传送到集中监控室，以便运维人员对机房整体环境进行监视［4］。

3）视频设备：包括工业电视及网络硬盘录像机。

4）动力设备：包括精密空调、UPS 电源、配电柜及ATS等。

2.5 门禁系统

模块数据中心的密闭通道门由门禁执行器进行实时控制。门禁执行器通过检测识别读卡器刷卡状态、指纹信息、开门按钮信息以及消防联动信息，打开电子门锁。此外，还具备门禁权限管理、进出门记录、告警记录等功能。

3 结语

智能化数据中心被数据中心行业公认为未来的发展趋势,很多重量级厂家早已投入大量的科研力量对智能化中心开展研究工作，并迅速发布了基于智能化数据中心产品的综合解决方案以便率先抢占市场先机。将智能化技术融合在数据中心技术中，促使其向可靠、节能、绿色、高效的目标发展，不仅可以满足电厂信息化机房对基本业务的需求，也使其在未来的发展中创造出更多的价值。