预制化组合式数据中心实例研究

徐 钦，耿 昊

（中通服咨询设计研究院有限公司，江苏 南京 210019）

0 引 言

国内IDC市场随着互联网行业的发展而迅速发展，互联网行业客户由于自身的业务发展需要，对数据中心资源需求旺盛，同时云计算、物联网以及大数据等网络架构的迅速演进和互联网应用内容不断丰富也产生了大量的IDC机房与带宽需求。2020年，中国整体IDC业务市场规模达到2.238 7×1011元，同比增长43.3%，预计2021年，我国IDC市场规模将继续保持高速增长[1]。

随着5G时代的来临，传统业务应用也迅速多样化，既有话音、上网、专线等5G基础业务，也有视频、游戏、无人机、车联网等5G通用业务，此外还有包括面向电力、交通、医疗以及工业制造等场景的5G垂直行业应用。对于DC选址来说，边缘DC越下沉，离用户侧越近，网络时延越低，可支撑的5G业务类型越多，需要的边缘DC节点数也必然更多。5G通用业务、5G垂直行业应用的开展路径和规模驱动是影响边缘数据中心建设进度与规模的主要原因。因此，如何敏捷、灵活且经济地匹配业务的需求显得越来越关键。传统的数据中心建设模式是工程化建设模式，需要多方参与。数据中心建设各参与方如图1所示，这种多方参与的建设模式弊端包括投资超前且巨大、建设周期长、参与方多、维护麻烦、个性化突出、与需求脱节以及总拥有成本（Total Cost of Ownership，TCO）高等。

图1 数据中心建设参与方

因此采用工程化方式建设数据中心越来越难满足目前快速部署、建设灵活、运营便利的需求了。

1 预制化组合式数据中心的组成

预制化组合式数据中心一般有IT组件、供电组件以及制冷组件3大组件。各个组件完成所标明的完整功能，并与其他组件以端口相连，实现数据中心整体功能[2]。所遵循的理念为标准化设计、工厂化加工、装配式建设，最大程度将组件内的设备、各类线缆与管道在工厂完成加工和安装，减少在项目所在地的施工环节，提高集成性。充分提升对于各功能模块的空间利用能力，缩短在现场施工的时长和工艺要求，保证质量与进度[3]。

为了便于运输，各个组件通常集成安装于集装箱或封闭框架结构内，将功能模块集成于一个整体底座上。每个组件对其他组件仅存在输入和输出接口，内部功能封闭且独立。如供电组件以输出单路1.2～1.6 MW不间断电源功能为目标，内部可根据IT组件要求采用UPS或高压直流供电方式。如需2N配置，可像搭积木一样选择两块供电组件。而组件内部还可以细分二级组件，如供电组件可分为中低压组件、不间断电源组件以及蓄电池组件等[4]。

2 预制化数据中心实例

以下以长三角地区某预制化组合式数据中心为例进行介绍。

2.1 数据中心组成

该数据中心为四层钢结构主体，各层根据需求和功能定位布置供电组件、制冷组件以及IT组件。

2.1.1 一层的设备构成

一层的平面如图2所示，包括如下部分。IT组件中包含12个机柜子组件，共336个机柜，单机柜功耗为7 kW，两个接入间子组件，1个监控子组件。制冷组件包含12台间接蒸发冷却机组AHU，制冷功率为260 kW/台，组成两套5+1系统。供电组件可分为3个子组件，分别实现10 kV配电、后备电源供电、变配电及不间断电源供电。10 kV配电子组件包含10 kV配电柜、进线计量柜、PT柜、WMTS、出线柜、分段断路器柜、分段隔离柜、直流操作电源以及电力监控设备等，共两套，分别安装于两个10 kV配电子组件。后备电源供电子组件包含4台2 500 kVA集装箱柴油发电机机组，集装箱内包含柴油发电机、控制屏、接地电阻柜、日用油箱、进风消音箱、排风消音箱、排烟消音器（一级、二级）等。变配电及不间断电源供电子组件包含环网柜、变压器、无功补偿柜、低压馈电柜、UPS主机、UPS输出配电柜、UPS电池开关柜以及UPS蓄电池组。

图2 一层平面图

2.1.2 二层的设备构成

二层平面如图3所示，包括如下部分。IT组件包含12个机柜子组件，共336个机柜，单机柜功耗为7 kW。制冷组件包含间接蒸发冷却机组AHU，制冷功率为260 kW/台，组成两套5+1系统。供电组件仅包含变配电及不间断电源供电子组件。

图3 二层平面图

2.1.3 三层和四层的布局

三层和四层的平面如图4所示。IT组件每层各12个机柜子组件，共480个机柜，单机柜功耗为4.4 kW。制冷组件每层包含间接蒸发冷却机组AHU，其制冷功率为260 kW/台，组成两套5+1系统。供电组件仅包含变配电及不间断电源供电子组件。

图4 三层和四层平面图

2.2 数据中心组件接口

各个组件和子组件直接的接口内容如下。一层各组件接口如表1所示。二层至四层各组件接口如表2所示。

表1 一层组件接口

表2 二层至四层组件接口表

供电组件通常采用常规技术形式，而变压器和不间断电源的容量可以互相匹配，并能和IT组件需求一致。也就是说供电组件在传统的工程化数据中心也基本按照模块式的原则进行配置，因此在预制化组合式数据中心可以独立作为组件使用，在技术上没有大的变化。而制冷组件的技术选择与传统的工程化数据中心有较多的不同。

本项目采用间接蒸发冷却技术，间接蒸发冷却指的是通过在室外空气侧喷水，水在室外空气侧的换热板片上蒸发冷却，从而冷却循环风侧的温度。在整个冷却过程中，室外风侧与循风侧均不产生直接接触。它的优势主要为设备运行简单、维护方便、耗电量低、节能效果显著且耗水量低，冬季运行干工况，无结冰隐患。干工况的开启条件是室外温度≤16 ℃，湿工况的开启条件为16 ℃＜室外温度≤21 ℃，机械补冷工况的开启条件为21 ℃≤室外温度。采用间接蒸发冷却复合直接蒸发冷却技术，在间接蒸发冷却器中，空气可以实现等湿冷却，在间接蒸发冷却器中，对空气实现等焓加湿降温过程，复合处理后机组的送风的极限温度为进风空气的露点温度。与传统工程化数据中心所采用的冷冻水制冷技术相比，具有模块小和接口少等优势，十分适合在组合式的数据中心使用[5]。

3 结 论

基于以上分析，预制化组合式数据中心由于所有组件的组装均在工厂完成，各子系统的调试也在工厂内完成，组件间、组件对外的管路以及线缆接口统一化、标准化。因此预制化组合式数据中心相比传统的工程化数据中心，具备建设周期短、工艺标准统一、改扩建灵活、场地要求低等优势。计算从入场到投产业界平均建设时间，预制化组合式数据中心最快可控制在两个月内，而工程化数据中心一般需要至少一年的时间（含土建时间）。而由于高度集成和预制等特点，整套数据中心各设备的运行状态等情况在建设时已可预知，减少了运营期间的不确定性，有助于在投资建设前期对资金、技术的选择和优化进行评估。