模块化数据中心在智慧高速中的应用研究

杜博文

（河南省交通规划设计研究院股份有限公司，河南郑州 450000）

1 模块化数据中心系统构成

1.1 柜机冷通道系统

模块化数据中心机柜根据锁开门的不同可以分为多个种类，如无门、玻璃门、双开网孔门等，一般情况下标准化的模块化数据中心机柜主要采用前单开后双开网孔门，且能够有效满足19英寸标准设备的安装需求。在开展安装作业的过程中，模块化数据中心机柜的侧门与前后门都可以拆卸，因此安装位置的可选择性更大，具有一定的灵活性。对于相邻两个柜机的并柜操作，可以利用冰柜孔与并柜压铆螺母予以实现。

1.2 制冷系统

在制冷系统的选择上，模块化数据中心选用了氟泵自然冷节能空调，具有高效与节能的特点。在机组内，分别设置了独立的压缩机制冷系统以及氟泵制冷系统。如果室外温度相对较低，可以运行氟泵，降低机组的能源消耗。将风冷直接蒸发式机组与氟泵循环系统进行有机结合，一方面能够确保在夏天压缩机能够持续制冷，另一方面也可以促使冬季氟泵节能运行。氟泵自然冷节能空调具有三种工作模式，分别为压缩机模式、氟泵自然冷模式以及压缩机模式，借助这三种模式，可以实现室外气候条件与室内符合需求的切换，具有智能化与动态化的特点，能够对能效比进行有效提升。

1.3 配电系统

在模块化数据中心中，配电系统的主要作用有两点，一方面为通信设备进行交流电源分配，另一方面可以对相应的电量参数进行有效监测。

配电柜由多个模块或单元共同组成，主要包含柜体、总开关模块、支路开关模块、总断路器、支路断路器、零线模块、智能监控单元等。模块化设计的方式在安装的便捷性与配置的灵活性方面发挥了较大优势。每一台柜机上都配置了两条配电单元，且可以进行拆卸与更换处理。除此之外，配电系统中还可以根据实际情况配置电池在线监测系统，实现对于电池单节的自动监测，并提前预警。

1.4 不间断电源系统

不间断电源系统的模块组成主要包含功率模块、旁路模块以及控制模块等，模块均支持热插拔，维护较为方便，能够对系统可用性进行一定改善。受到冗余配置与过度配置等因素的影响，传统的高速公路机房UPS长期在10%～40%的低负载率的状态下运行，导致机房的电力损耗幅度增加。

不同于传统高速公路机房配置，模块化设计数据中心的UPS即使是在低负载下也可以保持高效率运行，如果负载率处于15%以下则为极低负载率，在这种情况下可以启动智能休眠功能，使部分模块进入待机状态，实现对运行效率的合理改善。系统休眠后仍然会保持至少一个模块的冗余，系统负载增加时会立即对休眠的模块进行唤醒操作，以此对系统运行的安全性与可靠性进行有效保证。

1.5 封闭冷通道组件

封闭冷通道组件的构成具有一定的复杂性，其构成组件主要包含玻璃天窗组件、玻璃隔离门组件、钢制假墙组件、消防联动系统组件、环境监控单元组件等。

密封冷通道的天窗主要以平顶结构为主，天窗由两部分共同组成，分别为功能天窗与消防翻转天窗，通过设置于微模块顶部的天窗，可以对冷通道顶部的密封功能予以有效实现。端门主要设置于模块的两端，可以防止冷气泄漏，同时实现人员进出的门禁功能。

数据化模块中心的封闭冷通道组件改善了传统机房的冷却解决方案，实现了机房局部热点的难题，且冷通道内的与模块外的温度较为均匀，空调运行效率得到了大幅度提升。

1.6 安全管理系统

系统的活动天窗配置了电磁锁，并借助主用与备用两路输入保证电磁锁的供电的稳定性。在系统运行的过程中，如果消防系统或监控系统发出异常信息，驱动单元会对这些异常信息进行接收，便可以通过继电器对天窗进行控制。例如出现温度过高或者烟火的情况时，安全管理系统会促使天窗自动打开，消防系统喷洒消防气体，避免发生火灾。

2 模块化数据中心在智慧高速中的具体应用

2.1 在智慧高速收费站点中的应用

对于高速收费站点而言，机房空间较小，且建筑承重十分有限，基于这两个原因使得收费站点的施工工期较长，且施工质量上也难以得到有效保障。除此之外，在收费站点机房中，地面属于防静电地板，其架空高度约为250 mm，且需要对地面的平均承载力进行保证，一般控制在450 kg/m2以上。针对此情况，在充分结合智慧高速收费点基本特点的基础上，可在收费站点机房内部对起单列式模块化数据中心进行设置，主要配置包括2个IT机柜、2个通信柜、1个电池柜、2套机架式UPS、1台配电插框、1台列间精密空调、1套冷通道组件。配置时可以按照一排进行排列，每排的柜位设置为6个较为适宜。

2.2 在智慧高速管理中心机房的应用

对于智慧高速管理中心机房而言，净空一般设置为4 m以上，机房内部主要设置通信系统与监控系统。在监控区域内部，设置大屏幕显示器、监控设备网管终端、维护终端、控制工作站等。为了对高速管理系统运行的流畅性进行有效保证，在机房的主设备中需要设置专线，保证稳定的电力供应，不可与生活用电混合。

为了能够对智慧高速管理中心机房的各项需求进行有效满足，需要在机房设置双列式模块化数据中心，具体结构与配置包括5个IT机柜、3个通信柜、1个通信电源柜、3个电池柜、1套模块化UPS、1台精密列头配电柜、1台列间精密空调、1套管理系统、1套冷通道组件。

设置时，可以将上述的配置以两排予以排列，每一列设置8个柜位，为了备用需求，额外配置数据中心的UPS电池，根据需求配置64只12 V/100 Ah电池较为适宜。

3 模块化数据中心应用于智慧高速的优势

相较于传统高速公路系统机房，模块化机房具有多方面的优势，其总体的安全性能、维护性以及节能性都得到了很提升，借助模块化数据中心，机房的维护与管理将变得更便捷、科学。

（1）冷通道封闭。

模块化机房采用冷通道封闭，将空调送冷风封闭起来，应用于机架设备，冷量利用率得到了有效提高。使用冷通道封闭可以将模块的外部环境与内部环境进行隔离，模块内的空调无须再考虑到房间的制冷问题，有效节省了环境热负荷与温湿度的能耗。

（2）柔性扩容。

将模块化数据中心应用于智慧高速中，所有的部件都采用了模块化设计，并配置了标准的接口，项目后期可以根据实际需求进行扩容，并结合实际情况进行配置设计。

（3）部署效率。

采用标准化的模块进行配置，部署的周期约为6～12 d，减少了现场安装与调试的时间。模块化数据中心对于场地的限制相对较小，可以有效实现水泥地面与架高地板的地面安装，对于机房的最低净高要求仅为28 m，根据相关实践统计数据显示，相较于传统机房的配置，运用模块化数据中心的智慧机房的占地面积可以节省40%左右。

（4）智能化管理。

在模块化数据中心机房中，配置了3D可视化智能管理平台，并将多元异构技术、AI技术、VR技术有效融入其中，在此基础上采用了开放式的系统接口。将众多传统机房的运维系统纳入统一的运维大数据平台，在运维与管理方便发挥了巨大的优势，且功能十分丰富，主要包含3D网管管理、智能巡检、特色大屏展示、容量管理、DCIM资产管理、告警管理、用户管理等。借助3D可视化智能管理平台，大幅度提高了运维可视化、诊断智能化以及移动终端化，智能性与高效性得到了充分展现。

（5）节能环保。

模块化数据中心机房的节能性与环保性体现在多个方面，例如封闭冷通道技术可以对能耗进行降低，可以提升机房空调的回风温度，空调能效比得到了有效提升。对于高热密度的场景，模块化数据中心中采用了列间空调予以制冷，制冷效率得到了显著提升；对于负载发热量波动的场景，借助变容量机房空调产品，能够有效实现实时冷凉跟随，具有较好的高效性与节能性。

4 结语

本文针对模块化数据中心在智慧高速中的技术应用进行研究。首先对模块化数据中心系统构成进行了详细介绍，主要包含柜机冷通道系统、制冷系统、配电系统、不间断电源系统、封闭冷通道组件以及安全管理系统等，在此基础上阐述了模块化数据中心在智慧高速中收费站点与中心机房的具体应用，并从冷通道封闭、柔性扩容、部署效率、智能化管理与节能环保分析了模块化数据中心在智慧高速中应用的优势。综上所述，高速公路传统机房在设计合理性、建设空间、经济性、可操作性、平台兼容性以及智能化等方便的弊端日益凸显，已经难以适应现代化智慧高速的建设需求。将模块化数据中心应用于高速机房建设，发挥了巨大优势，有效提升了运维与管理效率，且更便捷智能。随着技术的进一步发展，模块化数据中心与智慧高速的结合将逐渐深入，发挥出越来越重要的作用与优势。