ups維修|基于MDC+構(gòu)建綠色節(jié)能的全模塊化數(shù)據(jù)中心

隨著大數(shù)據(jù)應(yīng)用、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等新興產(chǎn)業(yè)的快速崛起,促使中國(guó)數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大。近五年中國(guó)數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)以平均每年30%的增長(zhǎng)率成為IT行業(yè)最熱門(mén)的投資途徑。我國(guó)數(shù)據(jù)中心經(jīng)歷了從樓宇式、倉(cāng)儲(chǔ)式到模塊化的發(fā)展階段,產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展過(guò)程中同時(shí)面臨著建設(shè)周期長(zhǎng)、能耗高、運(yùn)維困難等瓶頸問(wèn)題,其最核心的訴求是綠色節(jié)能。本文旨在探討基于現(xiàn)有的微模塊產(chǎn)品,通過(guò)多模自然冷卻、光伏發(fā)電、智能化、大數(shù)據(jù)等手段,構(gòu)建新一代的全模塊化數(shù)據(jù)中心。

1 基礎(chǔ)設(shè)施與工程配套模塊化

目前業(yè)界常用的微模塊數(shù)據(jù)中心主要應(yīng)用于室內(nèi)場(chǎng)景,主要是由末端的IT設(shè)備、列間空調(diào)、高壓直流、模塊化UPS、冷通道等構(gòu)成微模塊產(chǎn)品;集裝箱型數(shù)據(jù)中心主要應(yīng)用于室外場(chǎng)景,主要有IT箱、配電箱、冷機(jī)箱、柴發(fā)箱、辦公箱等。前者實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模部署,但只用于IDC的末端設(shè)備,且缺乏移動(dòng)性。后者移動(dòng)方便、搭建靈活,但規(guī)模有限,將這兩者結(jié)合起來(lái)可以實(shí)現(xiàn)更快速靈活的方式構(gòu)建大型數(shù)據(jù)中心。數(shù)據(jù)中心的主要模塊如IT、基礎(chǔ)設(shè)施配套(電力、空調(diào)、弱電等)、工程配套(建筑、辦公室等)按照最佳模型及建設(shè)方法論制定標(biāo)準(zhǔn)接口進(jìn)行產(chǎn)品化,以集裝箱產(chǎn)品形式為載體在工廠(chǎng)內(nèi)提前預(yù)制,通過(guò)公路貨運(yùn)可以快速移動(dòng)到項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng),并且可靈活拆卸、搭建、移動(dòng)到其他場(chǎng)地重復(fù)利用。在項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng),基礎(chǔ)設(shè)施和工程配套如堆積木一樣的靈活建設(shè)和部署模式,大幅度降低現(xiàn)場(chǎng)施工周期和工程建設(shè)成本,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心工程建設(shè)綠色化。

另外,建筑建構(gòu)非常簡(jiǎn)單,因此機(jī)樓主體建筑的建設(shè)時(shí)間也可以大大縮短,特別是采用了架式大開(kāi)間結(jié)構(gòu),以及整體墻板拼接模式,機(jī)房框架的建設(shè)時(shí)間非常短,大開(kāi)間結(jié)構(gòu)和墻板拼接模式不但建設(shè)進(jìn)度快,而且建筑材料可回收利用更為綠色環(huán)保,此外也便于大型設(shè)備搬遷進(jìn)出機(jī)房區(qū)域等,更為適合大型數(shù)據(jù)中心建設(shè)模式。由于機(jī)房建筑結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單,且大型機(jī)電設(shè)備大多外置,因此數(shù)據(jù)中心內(nèi)的空間利用率很高,可以把很大部分的地板空間用于擺放IT機(jī)柜,因此每機(jī)柜容積比很低,大大提升了機(jī)房?jī)?nèi)的空間利用率。表1是國(guó)內(nèi)外部分?jǐn)?shù)據(jù)中心的機(jī)房空間利用率對(duì)比數(shù)據(jù)。

2 直接/間接多模式自然制冷

在氣候條件允許的地區(qū),當(dāng)室外溫度低于室內(nèi)時(shí),常用的推薦方式為采用直接新風(fēng)自然冷卻,該方案初期投資低、系統(tǒng)簡(jiǎn)單,對(duì)自然條件好的地區(qū)節(jié)能效果明顯。但新風(fēng)直接進(jìn)入機(jī)房,溫度和濕度都難以控制,導(dǎo)致大量的冷凝水和加濕能耗過(guò)大、除塵效果差、無(wú)法除硫化物和磷化物等化學(xué)污染物等問(wèn)題。

為解決上述問(wèn)題,可引入間接風(fēng)風(fēng)換熱自然冷卻方案,間接自然冷卻是采用一個(gè)空氣-空氣換熱器,使室外低溫空氣通過(guò)換熱器傳遞給室內(nèi)高溫空氣,避免外部新風(fēng)直接進(jìn)入機(jī)房造成污染。與此同時(shí),空氣-空氣換熱效率減低,換熱設(shè)備尺寸較大節(jié)能受到影響。為了進(jìn)一步提高節(jié)能性,可采用間接蒸發(fā)和自然蒸發(fā)結(jié)合直接新風(fēng)自然冷卻、風(fēng)風(fēng)換熱自然冷卻、機(jī)械制冷多種功能,在不同場(chǎng)景靈活選擇工作模式。

(1)直接新風(fēng)自然冷卻模式

在冬季室外溫度低且空氣質(zhì)量好的情況下,可將室外新風(fēng)與室內(nèi)熱空氣進(jìn)行混合過(guò)濾后送入機(jī)房,可最大程度地降低空調(diào)能耗。

(2)間接風(fēng)風(fēng)換熱自然冷卻模式

在冬季室外溫度低的情況下,為避免直接新風(fēng)造成的空氣質(zhì)量問(wèn)題,在熱交換器中機(jī)房回風(fēng)熱空氣和室外冷空氣進(jìn)行熱交換。

(3)間接蒸發(fā)自然冷卻模式

在春秋季室外溫度較低的情況下,因室外空氣溫度不夠低,需要通過(guò)高壓微霧噴淋進(jìn)行絕熱蒸發(fā)制冷的方式來(lái)補(bǔ)充制冷量。

(4)間接蒸發(fā)自然冷卻+機(jī)械冷卻模式

在夏季室外溫度高的情況下,通過(guò)高壓微霧噴淋進(jìn)行絕熱蒸發(fā)制冷來(lái)補(bǔ)充制冷,如經(jīng)過(guò)換熱器冷卻后的室內(nèi)空氣溫度仍然未到達(dá)送風(fēng)溫度要求,還需要補(bǔ)充機(jī)械制冷。

引入間接蒸發(fā)制冷方案無(wú)壓縮機(jī)運(yùn)行模式,利用水分蒸發(fā)吸熱原理,進(jìn)行空氣與空氣的熱量交換,帶走機(jī)房熱量,能效比EER最高可達(dá)16.0,是機(jī)械壓縮制冷空調(diào)的5倍,相比于常規(guī)冷水機(jī)組制冷的節(jié)能率,全年節(jié)能率>50%。采用間接蒸發(fā)制冷方案結(jié)合直接新風(fēng)、風(fēng)風(fēng)換熱、機(jī)械制冷功能,在不同場(chǎng)景靈活選擇工作模式,提升整體機(jī)房能源使用效率。

3 ups維修|新能源與不間斷電源并網(wǎng)結(jié)合市電直供配電

數(shù)據(jù)中心一直是耗能大戶(hù),因此眾多科技巨頭都在新能源引入與應(yīng)用技術(shù)上嘗試創(chuàng)新。在光照充足的城市,太陽(yáng)能是最可廣泛采用的綠色新能源。太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)由多晶硅組件組成,為了節(jié)省安裝場(chǎng)地,可以安裝在模塊化數(shù)據(jù)中心頂部,組件全部橫向布置,另外支架具有角度可調(diào)和間距可調(diào)的功能,整體支架簡(jiǎn)便,安裝快速。效果展示如圖1所示。

光伏發(fā)電受日照影響存在供電不穩(wěn)定性,數(shù)據(jù)中心配電可以同時(shí)結(jié)合不間斷電源、市電并網(wǎng)方式采用多路冗余方案實(shí)現(xiàn)晝夜間靈活切換持續(xù)保障。根據(jù)不同應(yīng)用場(chǎng)景可靈活選擇多種工作模式:

①模式一:服務(wù)器電源按主備定制,市電直供、光伏與不間斷電源(UPS)并網(wǎng)后兩路電源一主一備;

②模式二:服務(wù)器電源不分主備,光伏與UPS并網(wǎng)與市電直供兩路各承擔(dān)一半負(fù)載;

③模式三:服務(wù)器電源按主備定制,光伏與市電并網(wǎng)后與UPS兩路電源一主一備;

④模式四:服務(wù)器電源不分主備,光伏與市電并網(wǎng)后與UPS兩路各承擔(dān)一半負(fù)載。

因高壓直流電源(HVDC)相比交流UPS可靠性與效率更高,優(yōu)選不間斷電源采用HVDC方案。綜合考慮配電系統(tǒng)節(jié)能與可靠性,推薦模式一配電方案如圖2所示。

該方案配電邏輯為:市電輸入通過(guò)整流器,HVDC輸出270Vdc,光伏板輸入通過(guò)DC/DC輸出270Vdc,2個(gè)直流輸出合路為1路,通過(guò)監(jiān)控模塊控制,使交流PDU處于熱備份狀態(tài)。合路后的

輸出給機(jī)柜供電。白天,光伏板提供100%供電,并為電池充電,交流PDU作0%后備;夜間,HVDC為機(jī)柜提供100%供電,并為電池充電,交流PDU作0%后備;當(dāng)光伏板和HVDC同時(shí)故障或檢修時(shí),交流PDU作100%供電。為充分利用光伏電能,光伏系統(tǒng)峰瓦值要求與負(fù)載峰值一致。

引入綠色能源光伏發(fā)電,采用光伏新能源與高壓直流的直流并網(wǎng)結(jié)合市電直供主備供電的創(chuàng)新方案,可以在確保系統(tǒng)可靠性基礎(chǔ)上大幅度降低配電能耗。

4 遠(yuǎn)程可視化智能監(jiān)控

數(shù)據(jù)中心重建設(shè)輕運(yùn)維是大部分項(xiàng)目的弊病。運(yùn)維在數(shù)據(jù)中心長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行生命周期對(duì)系統(tǒng)節(jié)能、可靠性都起著至關(guān)重要的作用。為了減少人為操作誤差,去手工化和去紙張化,可采用遠(yuǎn)程智能化監(jiān)控方案,實(shí)現(xiàn)如下功能:

①全方位管理:采用開(kāi)放式集成架構(gòu),提供北向接口與業(yè)務(wù)對(duì)接,實(shí)現(xiàn)全方位環(huán)境、動(dòng)力、安防

監(jiān)控。同時(shí)具備資產(chǎn)U位監(jiān)控功能,在設(shè)備完成搬遷、移動(dòng)、裁撤操作后,能將機(jī)位信息及時(shí)自動(dòng)將信息同步至后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)。

②3D可視化監(jiān)控:引入3D引擎技術(shù),通過(guò)3D視圖動(dòng)態(tài)展示環(huán)境、動(dòng)力、溫濕度動(dòng)態(tài)流場(chǎng)、安防信息,實(shí)時(shí)展示各個(gè)設(shè)備狀態(tài)。

③PUE監(jiān)測(cè)與優(yōu)化:根據(jù)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行能效分析和優(yōu)化,提高運(yùn)維效率,降低Opex。

④全自動(dòng)遠(yuǎn)程管理:對(duì)于機(jī)房告警和故障能通過(guò)自動(dòng)化流程進(jìn)行及時(shí)處理,可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控,減少現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維人員。

5 結(jié)束語(yǔ)

綠色節(jié)能始終是引領(lǐng)IDC變革的主旋律和靈魂。在現(xiàn)有的微模塊化數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)上，本文提出了基于MDC+構(gòu)建綠色節(jié)能的新一代模塊化數(shù)據(jù)中心的解決方案，提出多項(xiàng)提高能效的創(chuàng)新技術(shù)。通過(guò)IT與配套(基礎(chǔ)設(shè)施、工程)模塊化產(chǎn)品設(shè)計(jì)、直接/間接多模式自然冷卻制冷技術(shù)、能源與不間斷電源并網(wǎng)結(jié)合市電直供配電技術(shù)以及遠(yuǎn)程可視化智能機(jī)房監(jiān)控技術(shù)可望實(shí)現(xiàn)全局PUE在1.1以下，相比當(dāng)前數(shù)據(jù)中心節(jié)能30%以上，為新一代模塊化數(shù)據(jù)中心建設(shè)提供良好的參考借鑒作用。

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