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通信机房建设标准化方案探讨

信息来源:UPS应用杂志 | 点击数:502 | 发布时间:2017-03-16

1 我国数据中心建设发展趋势

随着信息技术特别是云计算、虚拟化技术的不断发展,互联网、移动互联网、物联网也得到了快速发展,数据信息呈爆发性增长,进入了一个云计算大数据时代。随着各个行业对互联网、移动互联网和云计算的依赖程度日益加深,数据中心作为信息化产业最重要的IT基础设施,在进入高速发展期的同时,也经历着新的巨变。

传统的数据中心基础设施存在着建设周期长、高能耗、高运营成本、效率低下等问题,已不能满足企业业务快速增长、按需供应、快速扩容、节能降耗、有效控制成本等需求,诸多问题亟待解决。

一种新兴的数据中心建设模式—“模块化数据中心”以其快速部署、绿色节能、智能化、标准化、系列化等诸多特点逐步成为数据中心建设的主流趋势。

模块化数据中心集成了机柜、供配电、机房专用空调、综合布线、智能管理等子系统于一体,可有效降低数据中心的建设周期及运营成本,可使机房占地面积减少30%以上,在相同面积获得更大IT容量。

相对于传统数据中心,模块化数据中心具有如下技术优势:

①快速部署

模块化数据中心各子系统可实现工厂预制,现场组装,系统由集成的标准化组件构成,可显著缩短部署周期,将数据中心建设周期缩短50%以上。

模块化数据中心将工程产品化,极大地简化了机房前期规划设计,对数据中心场地要求降至最低,无需架高地板,甚至无需机房装修,现场仅需接线和连管即可开机运行。

②柔性扩容

采用模块化的部件和统一的接口标准,可实现以机架或模块为单位按需扩容,节省投资。

按需设计,通过定制方案,支持单机柜额定功率密度平滑升级。

③智能管理

模块化数据中心内具备智能化的监控和管理系统,可实现对数据中心基础设施的动力、环境、视频、设备、门禁的全领域统一监控。集成告警管理、报表管理、工单管理、能效管理等功能,实现全面智能管理。

④绿色节能

模块化数据中心采用封闭冷/热通道技术,可有效优化管理气流组织,减少对整个机房的无谓制冷,同时又可避免冷热风交****混合,提高制冷设备回风温度,从而提高制冷能效。配置有变容量制冷设备的模块化数据中心,还可根据负载发热量的变化进行实时跟踪,动态调节制冷量以实现精确匹配。与传统数据中心相比,可节约30%~50%的能耗。

针对不同的客户需求和应用场景,模块化数据中心产品不断发展演变,逐渐形成产品的系列化,目前业内主流厂商的模块化数据中心解决方案有以下三种:

①机柜式模块化数据中心

机柜式模块化数据中心将配电、UPS、电池、机架式机房精密空调、应急通风系统、机柜及气流管理系统、布线系统、智能监控管理系统等数据中心关键基础设备集中在一个或两个封闭式的机柜内,从而实现“机柜即数据中心”的创新性解决方案。适用于小微型数据中心、各类分布式营业网点、大型公司的分支机构等应用场景,真正达到即插即用,极大地加快了微型数据中心的建设速度,其产品形式如图1所示。

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②单排式模块化数据中心

单排式模块化数据中心将一排机柜式的数据中心分为配电、制冷、UPS、电池、机柜及气流管理、智能监控及管理等子模块,各子模块在工厂预制,现场将子模块进行简单拼装即可组成一列机柜式的模块化数据中心。适用于中小型数据中心、业务量较大的分布式营业网点机房、大型企事业单位的分支机构机房。

单排式模块化数据中心气流管理方式灵活多变,具备封闭冷通道、封闭热通道和冷/热通道均封闭等多种形式,可根据现场实际应用需求进行配置。制冷系统多采用近热源的行级高效精密空调,采用开放式的系统机构,可实现1拖3(一台行级精密空调带4个机柜),1拖4、2拖6或2拖8等多种方式。

单排式模块化数据中心简化了小型数据中心的建设复杂程度,降低了和土建等部门耦合关系,大幅节省工程费用,具有建设速度快、高能效、配置丰富、维护简单的优点。其产品形式如图2所示。

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③双排模块化数据中心

双排模块化数据中心是由两排机柜设备配合封闭冷通道作为结构件,内含配电系统、UPS系统、机柜及气流管理系统、智能监控和管理系统、布线和管理系统等模块化子系统。各子系统的标准化程度高,可根据需求灵活配置。适用于中大型数据中心、国家机关和企事业单位信息中心、电信数据中心、信息机房等,其产品形式如图3所示。

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2 推进我国通信机房标准化进程的举措和建议

(1)数据机房模块化、标准化

在现代信息社会,无论是信息化还是智能化,都离不开信息技术对传统的通信管理方式的改造,通过这些改造来提升通信业务的运行效率、服务水平和安全系数。通信机房作为承载信息化系统的关键基础设施,伴随着新业务的发展、新需求的出现和新技术的应用,迫切需要对其建设规格和标准提出新的标准和要求。

建设通信数据机房是一个复杂的系统工程,涉及建筑、制冷、供电等多个专业及不同的施工单位,建设周期长,投资巨大,但其作用和意义非常重要,直接关系着通信管理业务的高效、稳定和可靠运行。

传统数据中心因为架构问题难以实现按需扩容,而一次性建设一个严重超出初期需求的数据中心,将导致投资激增,各系统运行在低负载低效率状态,造成资源浪费与高运营成本。这种困境对数据中心系统实现在全层面、全颗粒度地根据业务需求弹性扩展提出了必然要求。

模块化数据中心作为未来数据中心建设的主流趋势,以其“按需配置、柔性扩容”、节能高效、标准化、易复制、建设周期短等得天独厚的优势,更加贴近我国通信行业发展的业务需求特点,且根据通信数据机房的不同IT需求和建筑空间,容易针对性地制定并提供标准化、系列化、易复制的模块化数据中心解决方案。

(2) 因地制宜,工程产品化

模块化数据中心遵循“工程产品化”的设计理念,集机柜系统、供配电系统、热管理系统、综合布线系统、智能管理等子系统于一体,提供整体设计的统一基础架构。针对各专业机房业务需求特点,可因地制宜,统筹规划,定制化的选择最佳解决方案。

以一个典型的小型通信机房为例,其面积多在20~30平方米左右,内部主要安装专用服务器设备、通信系统交换机、网络终端、UPS电源和电池设备等,一般部署3~4个19″标准机柜,一个独立配电箱。针对该应用场景,可采用定制化的单排式模块化数据中心作为完整的一体化解决方案。

①机房工艺布置

结合机房空间布局,在机房内配置一款带有封闭冷通道的单排式模块化数据中心,包括封闭冷通道、服务器机柜、网络布线柜,一台变容量机房精密空调,一套机架式配电单元和UPS供电设备,每个机柜配置1条PDU.单排式模块化数据中心布局示意图如图4所示。

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该方案的封闭通道组件采用模块化设计,方便现场安装,并支持快速并柜部署。封闭冷通道的制冷方案能有效地隔离冷热气流,防止气流短路和循环,提高精密空调制冷量利用率,从而提高系统能效。同时,该方案采用的是行级制冷架构,相对传统的房间级制冷架构具有两大显著优势:一是就近送回风,减小风机功率,降低风机能耗;二是能够提高空调送/回风温度,从而提升空调压缩机运行能效。这两个优势最终都能够提高空调的运行效率,从而降低机房PUE值。

借助先进的CFD模拟仿真技术,给出图5所示的气流组织图、温度场图和风速分布图。从图5(a)中可以看出,由于采取了冷通道封闭的方案,精密空调设备送出的冷风被约束在封闭的通道中,冷热风得到有效的隔离,避免了冷风短路和热风的循环。

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②机柜系统

机柜按照功能可分为IT设备柜、电气设备柜、综合布线柜等三类。三类机柜均为19″标准机柜,采用相同的结构设计,机柜架构、外观造型以及尺寸统一,满足IEC60297-1标准,采用前进风后出风气流组织设计,采用1400mm深封闭冷通道机柜设计方案,设备安装空间和封闭通道一体化,其中封闭冷通道机柜配置前钢化玻璃门和后双开网孔门,网孔门开孔率≥70%.

③供配电系统

供配电系统主要由配电单元(PDB)、不间断电源(UPS)、电源分配单元(PDU)、后备电池等四部分组成。

机架式配电单元(PDB)提供UPS输入输出配电,空调配电以及照明、智能监控管理系统配电,满足C级防雷要求。

不间断电源(UPS)采用机架式,兼容单进单出、三进单出和三进三出多种进出线方式,支持并机,方便扩容。

电源分配单元(PDU)采用模块组合一体化设计,将配电、保护、接插(插座或端子)等集成在一起,整套可拆卸,便于安装、更换配件。

后备电池具有机架式和外置式两种可选方案,可灵活配置。

④热管理系统

采用前出风、背回风形式的空调,与空调封闭框配合可形成封闭冷通道的气流组织形式。每个机柜配置应急风扇单元,能够缓解空调制冷中断以后机柜内的温度上升问题。

⑤智能监控管理系统

智能监控管理系统可实现对配电、设备(UPS、空调等)、机房环境、机房安全、门禁系统的集中监控。以模块为单位独立运转监控管理系统,具有适应模块化数据中心快速建设、快速复制的特点。

结束语

模块化数据中心方案,是当今行业中主流及领先的应用方案,在政府、金融、医疗、国防、教育等各行业的大中小型机房中广泛应用,并受到行业专家及用户高度认可。

面对通信机房转型升级的形势和任务,当前通信机房标准化工作还存在不适应和跟不上的问题。今后还需不断整合优质资源,支持和鼓励企业参与信息化关键技术研究和标准制订,通过统一标准、规模应用等措施探寻通信机房建设最佳实践方案。