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Yue Li Jian He

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预制模块化数据中心的分类之功能模块

日期:2022-08-31

 

出厂前完成预组装的数据中心系统或子系统通常会被描述成预制化、集装箱式、模块化、滑动底座式、IT模块化、移动式、便携式、独立式、一体型等等。然而,市面上各种类型的预组装模块之间有着重大的区别。本系列文章将提出各种类型预制模块化数据中心的标准术语,同时定义并比较其关键属性,以及给出基于客户业务需求选择最佳方案的框架。本期我们来看数据中心功能模块属性的详细定义与阐述。

 

简介

 

目前有许多术语用来描述出厂前完成预组装的数据中心系统或子系统,这些术语具有不同的定义和适用范围,譬如说:集装箱式、独立式、模块化、预制化、便携式、移动式、IT模块化、滑动底座式

 

这些术语的定义并不清晰且语义重复,容易造成混淆,导致讨论无法正常进行。

 

本系列文章对预制模块化数据中心的定义是:

 

1.至少由一组预先设计的、在工厂完成组装和测试的子系统,而该系统按照传统惯例通常是在施工现场完成安装的

 

2.安装在滑动底座上或者封闭空间内

 

尽管这些类型的数据中心解决方案优势明显,但由于缺少共识和通用的分类准则,导致人们容易混淆这些方案之间的属性和应用差异。

 

本系列文章将从三个属性方面,给出不同类型的预制模块化数据中心分类框架,消除概念混淆。本文提出的定义和分类准则,有助于给出根据不同的业务需求选择合适方案的指导建议。图1列举了定义大多数预制模块化数据中心的三个属性。

 

图1 不同类型的预制模块化数据中心框架

 

将模块化数据中心按功能模块区分的一个重要原因在于,考虑现有设施的搁浅容量,数据中心可能只需要某个特定的资源(如仅需电源模块或制冷模块)。另一个原因是每个功能模块要求掌握相应技能的人员进行操作和维护(例如基础设施工作人员与IT工作人员的不同,机械操作人员与电气操作人员的不同)。另外的制约条件是各个模块的占地空间。

 

区分预制化解决方案的第二个关键属性就是外观特征。外观特征可能需要根据不同应用做出不同的选择(例如,某个数据中心为了满足业务需求可能要求始终能在滑轮上移动),也可能因为数据中心容量而受到限制(例如,ISO标准集装箱中的电源系统容量通常限制在500kW左右,但是滑动底座安装式设计能支持更大的电源容量)。

 

预制化功能模块以不同的配置方式部署。有些预制化数据中心由预制化模块与传统的“现场施工”组成(比如说模块化供配电系统、模块化制冷系统与传统的IT设施组合)。另外一些数据中心则是全预制化,即所有3个功能模块—电源、制冷以及IT均预制化。全预制化数据中心还有一种特殊的配置方式就是所谓的“微型数据中心”,即在该架构中,电源系统、制冷系统以及IT部署在同一个封闭空间内。

 

接下来的几期内容,我们将对能模块、外观特征以及配置方式这三个属性进行详细定义和阐述。本期我们先了解功能模块。

 

功能模块

 

数据中心的功能可细分为以下三大部分:设施电力、设施制冷以及IT机房。预制化数据中心模块有时可提供多个功能(即微型数据中心),但通常情况下它们各自仅提供其中一项功能,原因如下:

 

1

考虑现有设施的搁浅容量,可能数据中心只需要某个特定的资源(如仅需要电源模块、制冷模块或IT模块)

2

相对于微型数据中心模块来说,需要提供更大的IT容量,同时需要独立的IT机房(物理空间约束了模块化方案的应用)

3

要求运行和维护人员分离(包括IT人员、机械操作人员、电气操作人员),来降低人为失误风险

4

需要优化空间利用率,特定功能模块能利用更大容量的组件,共享间隔空间,从而提供更大的单位面积功率容量(kW/平方英尺或kW/平方米)

 

电源模块

预制化电源模块(如图2)旨在为数据中心提供大容量电力。它可以给同栋楼内的模块化IT设施或者传统IT设施供电。电源设施模块下的标准子系统通常包括开关柜/配电盘、ATS(自动转换开关)、带备用电池的UPS(不间断电源系统)、变压器以及配电盘柜。此外,对于封闭空间而言,应具备照明、安全和制冷等配套系统。通常情况下,备用发电机作为一个单独的模块,可以与电源模块整合到一起。

 

图2 “电源”功能模块示例

 

制冷模块

如今的数据中心会考量成本、效率和可靠性等因素,因此,出现了一系列制冷架构用于支持IT设施的正常运行。数据中心的地理位置(气候条件)也是选择最优制冷方案的一个重要驱动因素。施耐德电气的TradeOff权衡工具,自然冷却节能模式PUE计算器(可点击体验),可帮助权衡各种制冷架构的能效和能耗。表1简要例举了预制化制冷模块中的典型子系统。

 

表1 预制化制冷模块中的典型子系统

 

图3所示为由泵、变频器、控制单元和管路组成的水力模块,用于风冷式冷水机模块化设计方案。

图3 “制冷”功能模块举例

 

IT机房

预制化IT机房是安放IT设备的地方,它包含为这些系统供电与送冷风的配套基础设施,并且还为必须对该IT设施进行操作的IT人员提供合适的作业环境。通常这样一个模块包含以下子系统:

 

1

用于支撑IT设备的IT机架

2

配电单元(PDU)

3

机架式PDU

4

空气分配系统[取决于不同系统架构可能采用的诸如IT机房空气处理装置(CRAH)、IT机房空调器(CRAC)、风管等]

5

加湿/除湿系统

6

布线/线缆管理

7

消防(检测/防护)

8

照明

9

安全系统

 

除系统采用预先集成设计外,将IT设备置于模块内还有一个额外优势就是形成了一种气流遏制系统,将冷热气流分开,这对于实现有效且高效的气流分配至关重要。图4所示为一个由10个IT机架及其配套系统组成的IT设施模块,但还有其它可提供更高机架容量的具有不同外观特征的解决方案。

 

图4 “IT 机房”功能模块示例

 

下面介绍一个关于IT设施模块成本效率问题的经验法则:

 

单个机柜IT功率密度越大,随着每个模块容量的增加,IT设施模块的设计就越合理。

 

TIPS

 

>预先设计的数据中心和预制化数据中心区别

 

预先设计和预制化这两个概念有时候会交替互用,但其实这二者有着重要的区别。
 

预先设计的数据中心是为满足某些预先确定的性能规格而设计的,至少应包含一份材料清单文件、系统层次规格文件以及系统集成图纸。

 

预制化数据中心前提是数据中心要预先设计,同时系统(包含硬件和软件在内)在出厂前预先完成组装、集成和测试,从而缩短施工现场部署时间,提高性能的可预见性。

 

数据中心参考设计就是预先设计的数据中心案例,但并非是预制化数据中心。电源或制冷设施模块则是预制化数据中心的案例。

 

 

下期不二师兄将为邦友们介绍数据中心外观特征属性的详细定义和阐述。下期见啦~

 

 

出厂前完成预组装的数据中心系统或子系统通常会被描述成预制化、集装箱式、模块化、滑动底座式、IT模块化、移动式、便携式、独立式、一体型等等。然而,市面上各种类型的预组装模块之间有着重大的区别。本系列文章将提出各种类型预制模块化数据中心的标准术语,同时定义并比较其关键属性,以及给出基于客户业务需求选择最佳方案的框架。本期我们来看数据中心功能模块属性的详细定义与阐述。

 

简介

 

目前有许多术语用来描述出厂前完成预组装的数据中心系统或子系统,这些术语具有不同的定义和适用范围,譬如说:集装箱式、独立式、模块化、预制化、便携式、移动式、IT模块化、滑动底座式

 

这些术语的定义并不清晰且语义重复,容易造成混淆,导致讨论无法正常进行。

 

本系列文章对预制模块化数据中心的定义是:

 

1.至少由一组预先设计的、在工厂完成组装和测试的子系统,而该系统按照传统惯例通常是在施工现场完成安装的

 

2.安装在滑动底座上或者封闭空间内

 

尽管这些类型的数据中心解决方案优势明显,但由于缺少共识和通用的分类准则,导致人们容易混淆这些方案之间的属性和应用差异。

 

本系列文章将从三个属性方面,给出不同类型的预制模块化数据中心分类框架,消除概念混淆。本文提出的定义和分类准则,有助于给出根据不同的业务需求选择合适方案的指导建议。图1列举了定义大多数预制模块化数据中心的三个属性。

 

图1 不同类型的预制模块化数据中心框架

 

将模块化数据中心按功能模块区分的一个重要原因在于,考虑现有设施的搁浅容量,数据中心可能只需要某个特定的资源(如仅需电源模块或制冷模块)。另一个原因是每个功能模块要求掌握相应技能的人员进行操作和维护(例如基础设施工作人员与IT工作人员的不同,机械操作人员与电气操作人员的不同)。另外的制约条件是各个模块的占地空间。

 

区分预制化解决方案的第二个关键属性就是外观特征。外观特征可能需要根据不同应用做出不同的选择(例如,某个数据中心为了满足业务需求可能要求始终能在滑轮上移动),也可能因为数据中心容量而受到限制(例如,ISO标准集装箱中的电源系统容量通常限制在500kW左右,但是滑动底座安装式设计能支持更大的电源容量)。

 

预制化功能模块以不同的配置方式部署。有些预制化数据中心由预制化模块与传统的“现场施工”组成(比如说模块化供配电系统、模块化制冷系统与传统的IT设施组合)。另外一些数据中心则是全预制化,即所有3个功能模块—电源、制冷以及IT均预制化。全预制化数据中心还有一种特殊的配置方式就是所谓的“微型数据中心”,即在该架构中,电源系统、制冷系统以及IT部署在同一个封闭空间内。

 

接下来的几期内容,我们将对能模块、外观特征以及配置方式这三个属性进行详细定义和阐述。本期我们先了解功能模块。

 

功能模块

 

数据中心的功能可细分为以下三大部分:设施电力、设施制冷以及IT机房。预制化数据中心模块有时可提供多个功能(即微型数据中心),但通常情况下它们各自仅提供其中一项功能,原因如下:

 

1

考虑现有设施的搁浅容量,可能数据中心只需要某个特定的资源(如仅需要电源模块、制冷模块或IT模块)

2

相对于微型数据中心模块来说,需要提供更大的IT容量,同时需要独立的IT机房(物理空间约束了模块化方案的应用)

3

要求运行和维护人员分离(包括IT人员、机械操作人员、电气操作人员),来降低人为失误风险

4

需要优化空间利用率,特定功能模块能利用更大容量的组件,共享间隔空间,从而提供更大的单位面积功率容量(kW/平方英尺或kW/平方米)

 

电源模块

预制化电源模块(如图2)旨在为数据中心提供大容量电力。它可以给同栋楼内的模块化IT设施或者传统IT设施供电。电源设施模块下的标准子系统通常包括开关柜/配电盘、ATS(自动转换开关)、带备用电池的UPS(不间断电源系统)、变压器以及配电盘柜。此外,对于封闭空间而言,应具备照明、安全和制冷等配套系统。通常情况下,备用发电机作为一个单独的模块,可以与电源模块整合到一起。

 

图2 “电源”功能模块示例

 

制冷模块

如今的数据中心会考量成本、效率和可靠性等因素,因此,出现了一系列制冷架构用于支持IT设施的正常运行。数据中心的地理位置(气候条件)也是选择最优制冷方案的一个重要驱动因素。施耐德电气的TradeOff权衡工具,自然冷却节能模式PUE计算器(可点击体验),可帮助权衡各种制冷架构的能效和能耗。表1简要例举了预制化制冷模块中的典型子系统。

 

表1 预制化制冷模块中的典型子系统

 

图3所示为由泵、变频器、控制单元和管路组成的水力模块,用于风冷式冷水机模块化设计方案。

图3 “制冷”功能模块举例

 

IT机房

预制化IT机房是安放IT设备的地方,它包含为这些系统供电与送冷风的配套基础设施,并且还为必须对该IT设施进行操作的IT人员提供合适的作业环境。通常这样一个模块包含以下子系统:

 

1

用于支撑IT设备的IT机架

2

配电单元(PDU)

3

机架式PDU

4

空气分配系统[取决于不同系统架构可能采用的诸如IT机房空气处理装置(CRAH)、IT机房空调器(CRAC)、风管等]

5

加湿/除湿系统

6

布线/线缆管理

7

消防(检测/防护)

8

照明

9

安全系统

 

除系统采用预先集成设计外,将IT设备置于模块内还有一个额外优势就是形成了一种气流遏制系统,将冷热气流分开,这对于实现有效且高效的气流分配至关重要。图4所示为一个由10个IT机架及其配套系统组成的IT设施模块,但还有其它可提供更高机架容量的具有不同外观特征的解决方案。

 

图4 “IT 机房”功能模块示例

 

下面介绍一个关于IT设施模块成本效率问题的经验法则:

 

单个机柜IT功率密度越大,随着每个模块容量的增加,IT设施模块的设计就越合理。

 

TIPS

 

>预先设计的数据中心和预制化数据中心区别

 

预先设计和预制化这两个概念有时候会交替互用,但其实这二者有着重要的区别。
 

预先设计的数据中心是为满足某些预先确定的性能规格而设计的,至少应包含一份材料清单文件、系统层次规格文件以及系统集成图纸。

 

预制化数据中心前提是数据中心要预先设计,同时系统(包含硬件和软件在内)在出厂前预先完成组装、集成和测试,从而缩短施工现场部署时间,提高性能的可预见性。

 

数据中心参考设计就是预先设计的数据中心案例,但并非是预制化数据中心。电源或制冷设施模块则是预制化数据中心的案例。

 

 

下期不二师兄将为邦友们介绍数据中心外观特征属性的详细定义和阐述。下期见啦~

 

 

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