微模块数据中心优势分析.docx

1、微模块数据中心优势分析微模块数据中心优势分析随着“互联网 +”“中国制造 2025”等国家战略的全面深化，云计算、大数据、物联网、移动互联网等新兴产业迅猛发展。在此推动下，国内云计算数据中心的数量与建设规模日益增长，建设等级和单机柜功率密度也逐渐趋高。全面规划、分期建设、快速部署、灵活扩展、高可用性、低PUE值和最优TCO，一直是各行业用户的核心需求。微模块数据中心具备集约、绿色、安全、高效的优势，能有效满足超大型、大型、小型数据中心快速部署和分期建设的需求。1. 微模块方案概述每一套微模块就是一个标准的数据中心，包含IDC数据中心应具备的供配电系统、制冷系统、综合运维管理系统、消防系统，各微

2、模块之间相互独立性，运行时互不干扰，IT设备稳定性和可靠性得以提高。微模块基础设施如基础底座、框架、电池柜、电池组、IT机柜、顶部封闭反板、通道门、闭门器等能在工厂按统一标准配备和预制。设计者根据用户IT机柜负荷要求，通过ICEPAK、6SigmaET、Flotherm软件建模，按照IT负荷散热和进排风需求，优化设计有组织散热和进排风模型，为用户快速定制最优方案。最优方案结合工厂预制的优势，缩短方案设计和现场组装时间，最大化的提高交付速度。1.1 模块化设计理念模块化设计理念贯彻园区、楼层及机房三个层面，各层面相辅相成，匹配得当，让数据机房达到合理规划、节约投资、施工便捷、智能运维的效果。层级

3、三位一体模块化设计具体含义最大优点第一级园区模块化设计提供最优化园区容积率设计，充分满足园区整体规划、分期建设的需求一次规划、按需建设，节约投资第二级楼层模块化设计提供多种楼层平面模型，实现各功能分区配比最佳化，机房平面布局最优化空间利用率最高，布局简单合理第三级机房微模块设计机房内部采用集成框架式微模块布局，满足各类功率密度机房使用需求施工便捷、智能运维、高端实用表1 机房微模块设计理念1.2 传统建设模型国内数据中心机房大部分仍采用传统的地板下送风+冷热通道隔离+冷通道封闭的非框架式模块化设计，根据电源及空调设备摆放位置的不同，大致可以划分为电源及空调均内置、电源及空调均外置、电源外置空调

4、内置三种模型。这三种模型均采用了冷通道封闭，制冷方式可采用地板下送风或者行间空调就近送风两种模式，在单列机柜数量不多或单机架功耗不高的情况下，可以将UPS及蓄电池内置在模块内部。在施工安装时，这三种模式通常都要求做600mm高架空地板，且所有设备的机墩需要焊接固定，整体建设周期长，不易拓展。1.3 微模块应用方案及典型配置相对传统建设模型，微模块数据中心能改善施工繁琐周期长，统一质量标准，解决机房末端智能运维的问题。框架式微模块相对非框架微模块，能更好的实现集成化、定制化和工厂预制，以适应中高功率密度及未来整机柜（云柜）的应用需求，本文以框架式微模块数据中心的优势展开讨论。根据单机柜功率密度不

5、同，框架式微模块也可以分为高、中、低三类方案，以高功率密度框架式微模块应用方案为例阐述三种模式。图1 高功率密度框架式微模块应用方案高功率密度应用方案如图1所示，其中冷冻水分配柜可以分别设置在两列最右侧的机柜位置。中等功率密度应用方案通常将电源及蓄电池外置，模块内只设置列头柜，制冷系统通常选择风冷列间空调，部分选择水冷列间空调。低功率密度应用方案通常选择将选电源及蓄电池内置，模块内设置一体化UPS电源柜和电池柜，制冷系统选择风冷列间空调，无冷冻水分配柜。根据高、中、低功率密度推出K12、K18、K22、B18的KeCloud系列微模块数据中心配置方案详见科华KeCloud系列微模块数据中心解决

6、方案产品手册P10。高、中、低三类应用方案典型配置选型表如表2所示，基本可以覆盖当前绝大多数数据中心机房建设需求。 型号主要参数高功率密度机房中等功率密度机房低功率密度机房长宽高（mm）648036003150854036003150844036002650/28501000036002650/2850IT 机柜数12182218模块最大功率（kW）8012010040单柜平均功率(kW/R)6.56.54.52配电系统2N电源配置1路市电+1路高压直流2路UPS机柜尺寸60012002500（52U）60012002000/2200(42U/47U)制冷类型冷冻水列间空调风冷列间空调制冷量（

7、kW）25（3+1）25（5+1）35（3+1）25（3+1）后备时间（min）30可选30-120电池监控内阻、电压、温度可选内阻、电压、温度系统检测双路市电，ATS状态，电压电流，空开状态，视在功率，有功功率，电能，母排温度，高压直流模块工作状态、功率、电流，逆变器状态监测，蓄电池内阻、温度、电压监测，空调工作状态，机柜温湿度监测，漏水检测，极早期烟雾探测，视频监控，开关门状态监测等双路市电，ATS状态，电压电流，空开状态，视在功率，有功功率，电能，母排温度，UPS工作状态、功率、电流，蓄电池内阻、温度、电压监测，空调工作状态，温湿度监测，消防烟感和温感探测，漏水检测，视频监控，开关门状态

8、监测等系统告警支持主回路过压欠压告警，过流告警，频率异常告警，单路掉电告警，三相不平衡告警，ATS故障告警，高压直流模块异常告警，空调异常告警，温湿度异常告警，漏水告警，极早期探测告警，非法开门告警等支持主回路过压欠压告警，过流告警，频率异常告警，单路掉电告警，三相不平衡告警，ATS故障告警，UPS异常告警，空调异常告警，温湿度异常告警，漏水告警，消防烟感温感告警，非法开门告警，短信告警通知等门禁推拉门、密码、IC卡自动平移门、指纹机、密码、IC卡天窗翻转玻璃天窗、消防联动控制安装方式框架式、支持地流平或静电地板安装地脚架250mm-600mm，双重调平IP等级IP20表2 框架式微模块典型配

9、置选型表2. 框架式微模块方案优势2.1 安全高可靠严格执行国内外主流数据中心建设标准和工艺规范，最大限度保障IT设备稳定运行；电源采用2N冗余设计，空调采用N+1冗余设计，采用高倍率蓄电池，保证系统运行的安全性与可用性；具备完整的安全策略和可靠安全手段，做到了器件级、设备级、系统级三重防护可靠设计；数字化、智能化、网络化运维管理系统，确保数据中心的高效安全运营；采用环保材料制作设备，保证人员工作安全和环境舒适性；微模块平时运行时，反板处于密封闭合的状态，当发生火灾时反板在消防体系的控制逻辑的驱动下全部打开。更佳有效的提高FM200、IG541、高压细水雾的灭火性能，提高数据中心运行的安全效率

10、，降低运行安全风险。2.2 绿色高能效高效节能的行间制冷系统，靠近IT设备热源配置就近制冷，缩短送风及回风距离，通过封闭冷通道和高气密性设计实现气流组织最优化，提升制冷效率；采用高效率列间空调和EC 变频风机，实现精准制冷和变频节能；采用高效率模块化UPS或高压直流（具备ECO 经济运行模式、模块休眠功能），电源系统效率高达96%；根据案例实测数据，框架式微模块可实现PUE1.45。PUE节能效果测算表项目指标微模块解决方案传统解决方案PUE1.31.52.02.2IT设备负载20000kW20000kW平均PUE值1.42.1每小时耗电（kWh)20000*1.4=2800020000*2.

11、1=42000电费标准0.9元/kWh0.9元/kWh月电费（万元）1814.42721.6年电费（万元）21772.832659.2电费节省（万元）10886.4/节 能33.33%/因此，20000kW的数据中心采用微模块设计方案，相对传统方案每年可节省电费1.08亿元，节能33.33%。2.3 快速部署产品模块化、配件统一化、生产标准化；所有组件工厂预制，统一编码，拆卸搬运灵活，在机柜、空调、电源、电池、配电等设备陆续到场前进行框架组装，施工现场管理便捷；微模块底座自带高度可调节地脚螺丝（20mm范围内可调），针对厂房地面不完全平整的问题，可以节省客户对地面水平修葺成本。因此，无论对于新

12、建厂房，还是旧厂房改造，底座的可调性具有很大的意义；将机柜拖至机柜空位，单人或两人将机柜推入微模块即可，方便快捷；为保障机柜在数据中心的安全运行，需要将机柜进行并柜，目的是当发生地震时，降低机柜的静态加速，提升抗倾斜度和稳定性；根据项目现场实测数据，单个微模块安装加调测的进度可达6人5天/套；建设周期由传统的2-3月缩短至1-1.5个月，快速组装后即可投入使用，最大化的提高交付速度。2.4 智能云管理配置智能友好的集中监控运维管理系统，覆盖综合布线、动力监控、视频安防监控、出入口控制、环境设备集中监控、火灾自动报警及消防联动控制等子系统的管理，实时监控各模块运行状态，实现7*24小时无人值守；

13、每个微模块均配置一台平板电脑（或触摸屏），连接综合运维管理系统，通过平板电脑实时查看微模块内设备运行数据与告警信息，进行日常巡检与故障处理，降低运维人员直接操作设备导致误操作的概率，提升设备运行安全性；具备多种数据管理方式和强大的报表功能，通过能效管理、3D虚拟展示等功能，实现对机房的精细化管理，提高运维管理效率和降低运营成本。2.5 成效分析根据实际案例测算，同等功率情况下采用框架式微模块设计方案相比传统模块化数据中心方案，可以降低客户运营成本约30%，扩容能力增强约30%，节省能耗达2030%，建设交付周期提前50%；在不知未来机柜需求数量的情况下，采用微模块布局是最佳选择。按需实施分期部

14、署，减少前期一次性投资金额，缩短了资金占用周期，进一步提高投资回报率。后期扩容通过工厂预制，批量复制，快速组装即可投入使用。3. 微模块各系统分析3.1 供配电系统微模块内部的供配电系统主要包括UPS系统或高压直流系统、可集成ATS的精密配电柜系统、PDU以及配电附件，进行不断电的热插拔扩展、智能数据采集、全面电力监测、防雷、电网隔离等操作，为IT设备提供冗余的智能化配电，全面提升配电管理水平。3.1.1 UPS传统的数据中心UPS系统设计容易出现配置过大或过小的情况，过大则带载率低，导致UPS效率下降，过小则后期扩容困难，无法满足业务发展需求。微模块数据中心解决方案的UPS主要采用模块化MR

15、系列UPS或高压直流，能有效避免扩容问题。模块化UPS带载能力强输出PF=1，输出端可带更多负载；高度可靠模块化UPS采用集中旁路，避免分散旁路出现电流不均衡、不可控引起故障；且要求旁路具有独立接线和开关控制，提高供电可靠性；模块化UPS要求功率模块、系统控制、旁路控制及电源均为冗余设计，系统高度可靠；具有智能录波功能，当UPS设备故障时，完整记录故障发生瞬间，有助于故障诊断和快速故障定位，方便现场分析，提高维护工作效率；具备风机故障告警、电容预警，机内温度，智能化管理易损部件，将故障排除在萌芽阶段。用户享受智能化设备的轻松管理，减少运维工作；电池电压可调范围大电池1520节可调，直流电压18

16、0240V、电池可调范围大，现场配置灵活；输入电压范围广单相输入电压80V280V，输入电压宽，适应恶劣的电网环境；易操作性中文7英寸触摸大液晶屏，具有LCD+LED指示的操作界面，实时记录工作状态和运行信息，管理更加直观；操作界面要求配备手动开关机按钮，确保在触摸屏失效时依然可以开关机操作；主机近端标配EPO按钮，同时具备远程干接点接口，灵活使用，确保现场紧急状况下能够快速断电，保护设备安全；自老化功能具备自老化功能，有效解决现场调试及老化的负载问题，减少投资；模块化UPS对比模块化UPS对比科华华为科士达艾默生智能友好7寸触摸屏+双组合键开关机按钮，人机界面好7寸触摸屏，人机界面好5寸触摸

17、屏，体验性差7寸LCD屏，人机界面差旁路模式集中旁路集中旁路分散旁路集中旁路技术功能1、智能录波：完整记录故障发生瞬间有助于故障诊断和快速故障定位；2、自老化：通过内部自循环测试，无风险，大幅降低电能损耗无需大量假负载，节能又节省运维成本；自老化：通过内部自循环测试，无风险，大幅降低电能损耗无需大量假负载，节能又节省运维成本无1、智能录波：完整记录故障发生瞬间有助于故障诊断和快速故障定位；2、自老化：通过内部自循环测试，无风险，大幅降低电能损耗无需大量假负载，节能又节省运维成本；高压直流UPS高压直流由于内部少了一次直交流转换的过程，在服务器端又可节省一次交直流转换过程，提高系统效率。一个微模

18、块电源由多个高压直流模块组成，每个高压直流模块都是单独运行的，当一个高压直流模块出现问题，不会影响整个微模块的正常运行。高压直流模块都是标准产品，将有问题的高压直流模块抽出，更换一个新的高压直流模块即可。整个更换环节都是在线式完成，对IT设备的运行无任何影响。3.1.2 配电柜结合微模块独特的节能供电模式，实现市电直供、模块化UPS或高压直流供电的模式，实现2N系统保障方案的可靠性；配置以大容量触摸液晶屏为人机界面的高档分体式监控系统，支持本地配置、查看报警与历史数据及报警限值，支路断路器设置阈值报警功能，当负载电流超过阈值时，配电柜LCD及后台提供超限报警功能，有效规避风险；配电柜监测功能和

19、主路电参数：各相线电压、各相相电压、各相电流、额定电流、电流百分比、频率、电能、电压谐百分比、电流谐波百分比、有功功率、视在功率、功率因数支路电气参数：电流、电压、负载百分比、电能、谐波电流、开关状态、有功功率、有功电度、功率因数；预留RS232/485标准接口，可接入动力及环境监测系统，对微模块系统进行统一的管理；配电柜可选配B级防雷保护或C级防雷保护，有效地保护微模块系统的安全;配电柜布局考虑维护与系统接线结合，维护方便，走线美观；配电柜两侧客户接线，维护安全便捷；以结构方式进行物理隔离设计兼顾运维和现场施工易操作，易维护；隔离高压直流柜进线接线在列头柜右侧，列头柜与高压直流柜的配合更加紧

20、密；接线方便采用铜排连接，铜排的固有硬连接接线不易出错，采用电缆连接有错误机会，需要多花费时间来检验接线是否正确。设计提升现场实施效率，规避实施错误风险；输出采用接线端子输出端子与柜内开关器件隔离，接线不干扰内部器件；输出到端子接线方式不用打开配电柜内门板，且布线走线不影响到柜内二次接线；输出端子采用线槽走线，布线走线美观、快速；采用输出端子，端子与端子之间采用连接片短接，后续运维维护更换器件可不断电。特点科华华为中兴交直流器件隔离隔离，左直流右边交流，输入开关置于右上角隔离，右直流左边交流，输入开关置于右上角接线方便采用铜排连接，两路进线不会交叉接线，无需排查是否接线有误，减少现场调试检验时

21、间电缆接线，现场会产生交叉接线，需详细排查两路进线是否有误，现场需要排查是否接线有误输出采用接线端子有无3.2 制冷系统制冷系统是为了保障设备在良好的温湿度环境中长期可靠运行。传统的精密空调送风系统系统设计，采用地板下送风，优点在于可保证出风均匀，兼顾较远的区域，并可通过消声箱有效降低风噪，缺点是初始投资较大，静压箱不能随意更改，只根据现有风量设计，否则可能引起送风不均等问题，末端负荷不能增加，机柜位置无法调整，后期可扩容性较差。微模块方案采用冷通道内行间制冷，将每个行间空调及其附近的几个机柜作为一个制冷单元来考虑，送风和回风都处于小范围内，气流组织互不干扰，提高制冷效率。对地板高度没有要求，

22、可实现快速扩容。3.2.1 风冷列间空调采用真彩色触控屏，温湿度曲线化显示，人机界面简洁美观；靠近热源的列间式摆放、标准机架外观，美观，扩容方便；高回风温度设计，100%的高显热比，降低加湿与除湿能耗；高回风温度设计，可提高制冷量输出，也提高空调系统的能效比；采用直流变频压缩机及电子膨胀阀，制冷量可在20%100%之间调节；内风机采用EC变频，功耗低，调节范围宽（30%100%）；外风机采用EC变频，能实时、快速稳定冷凝压力，并且实现节能、降噪；内风机N+1冗余配置，任意风机故障，仍可确保全风量运行；内风机支持在线热插拔，维护方便；机组水平配管长度可达120m，高差可达-10m50m，现场应用

23、更灵活；具备制冷、加热、加湿、除湿、空气过滤、温/湿度控制、告警功能及数据通讯等多种功能；可实现32台机组群控，实现自动投运备份机组、需求能效管理、趋势能效管理等；风冷列间空调对比风冷列间空调对比科华华为艾默生控制器真彩色触摸，人机界面好真彩色触摸，人机界面好单色按键式屏幕，人机界面差蒸发器设计大面积斜型，换热气流好，空间大，易维护V型设计，空间紧凑，换热气流较差，维护空间不足V型设计，空间紧凑，换热气流较差，维护空间不足压缩机设计压缩机外置：1、风阻小，换热效率更高；2、压缩机发热不会带入微模块内，能效高；3、维护空间大；4、振动小，噪声小；5、配管长度120米，高差-10+50米，适应性好

24、；压缩机内置：1、增大风阻，换热效率较差；2、压缩机发热带入微模块内，能效较低；3、维护空间小；4、振动、噪声较大；5、配管长度60米，高差-5+20米，适应性差；压缩机内置：1、增大风阻，换热效率较差；2、压缩机发热带入微模块内，能效较低；3、维护空间小；4、振动、噪声较大；5、配管长度60米，高差-5+20米，适应性差；3.2.2 冷冻水列间空调采用真彩色触控屏，温湿度曲线化显示，人机界面简洁美观；靠近热源的列间式摆放、标准机架外观，美观，扩容方便；高回风温度设计，100%的高显热比，降低加湿与除湿能耗；高回风温度设计，提高冷水主机的供回水温度，提高整体暖通空调系统能效比；采用精准的二通水

25、阀及EC变频风机调节，制冷量可在0%100%之间调节；内风机N+1冗余配置，任意风机故障，仍可确保全风量运行；内风机支持在线热插拔，维护方便；可选送风/回风温度、送风温差、冷热通道压差等多种控制方式，可根据现场灵活调整；具备制冷、加热、加湿、除湿、空气过滤、温/湿度控制、告警功能及数据通讯等多种功能；可实现32台机组群控，实现自动投运备份机组、需求能效管理、趋势能效管理等；冷量分配单元（CDU）与空调末端采用铝塑管连接，施工便捷、漏点少、水阻小；冷冻水列间空调冷冻水列间空调科华华为艾默生控制器真彩色触摸，人机界面好真彩色触摸，人机界面好单色按键式屏幕，人机界面差控制方式具备出风/回风平均温度、

26、出风/回风热点温度、温差平均、温差热点、冷热通道压差等多种控制方式，方便现场调节只有送风/回风、冷/热通道温度控制方式，控制方式选择少。只有送风/回风、冷/热通道温度控制方式，控制方式选择少。3.3 综合运维管理系统综合运维管理系统能对机房场地的动力环境实现集中监测，包括对机房环境系统（漏水检测、温湿度、烟感、摄像头等）、机房设备（配电系统、直流配电柜、空调、智能PDU等）、安全系统（门禁系统、视频监控等），具有完善的监测和控制功能，通过直观界面及时定位故障部位实现机房设备的集中监控，有效降低运维人员的工作压力。运维人员在监控大厅，鼠标操作几下，就能获取微模块内设备运行情况。微模块均配置有蓄电

27、池监控系统，对每节蓄电池进行（电压、电流、内阻、温度）实时检测，能蓄电池发生故障，能更快速进行故障定位。通过报表生成功能，能将蓄电池的运行数据生成月度维护报告，降低运维工作量。综合运维管理系统具有如下优势：功能强大具备强大的数据采集器的配置功能，对各类设备的数据进行采集，协议解析，数据存储、数据分析处理、报警进行管理；可复制强接口规范，安装操作简单，可以实现模块化数据中心的批量生产；配置简单采用动态协议机制，集成各类设备多种协议，灵活切换，参数配置简单，部署周期短，无需复杂调试，还有平板界面的展现功能；查看便捷采用B/S架构，每一台远程PC机无需安装任何插件，即可通过浏览器输入IP地址访问网页

28、，实时了解模块化数据中心内的各项运行参数；多种存储方式数据可存储于内部 Flash，SD卡，移动硬盘等多种媒介，满足模块化数据中心多种应用场合；安防管理全面可实时查看机房视频图像，门禁管理时段灵活配置；告警方式灵活多样可选择短信、邮件、声光、多媒体，TTS语音等多种告警方式，告警事件灵活配置；数据管理具备图表、列表展示方式，可以选择通过USB、桌面灵活导出报表；多平台多设备快速定位和问题处理，缩短响应时间；丰富的管理功能，提高数据中心可用性；综合运维管理系统友商对比特点科华共济华为界面效果UI效果好UI效果一般跟龙控合作的贴牌项目操作便利性操作便捷，更加直观操作较繁琐，不够直观操作一般实时数据

29、图表支持8小时实时数据图表展示不支持8小时实时数据图表展示不支持8小时实时数据图表展示首页3D效果支持多种角度切换查看只支持2种角度查看只支持2种角度查看首页3D模型支持正常模式和告警模式展示只支持告警模式展示外部合作首页单柜数据查看支持查看展示不支持不支持平板内存优化定时释放平板界面内存，避免卡顿，死机现象暂无提供有效解决方案华为均使用合作方的采集主机，比如共济、中联创新等3.4 微模块机柜、冷通道3.4.1 机柜前门单开，后门双开；蜂窝式透气孔，通透率达到70%以上，散热快；机柜外表面采用静电粉体烤漆，不脱漆、防氧化、耐酸碱增加机柜使用寿命；采用全焊接式结构，承重能力达1500Kg，密封性

30、好；通过国家震动检测认证及第三方承重检测检验，机柜具有高可靠、高可用性。3.4.2 冷通道系统框架式设计在机柜、空调等设备到位前即可快速预安装，搭建冷通道，提高冷通道严密性，缩短布署交付时间；天窗玻璃防爆设计冷通道天窗玻璃具有防爆功能，紧急情况下预防人身伤害；智能灯具设计冷通道内采用人体自动感应节能照明系统，智能灯具可实现人来灯亮、人走灯灭，低耗环保，节能经济。冷通道友商对比特点科华华为冷通道门采用旋转门形式，可兼容无框架版本采用平移门轨道直接固定在机柜顶部冷通道天窗天窗规格有宽度600mm，800mm。分为平顶、单翻天窗，两者兼容，翻转只需增加磁力锁，LED灯双联双控；天窗规格宽度600mm,双翻转天窗。具有人体感应灯，瞬动按钮，磁力锁功能；走