ups維修|基于MDC+構建綠色節能的全模塊化數據中心

隨著大數據應用、云計算、物聯網等新興產業的快速崛起,促使中國數據中心產業規模不斷擴大。近五年中國數據中心市場以平均每年30%的增長率成為IT行業最熱門的投資途徑。我國數據中心經歷了從樓宇式、倉儲式到模塊化的發展階段,產業快速發展過程中同時面臨著建設周期長、能耗高、運維困難等瓶頸問題,其最核心的訴求是綠色節能。本文旨在探討基于現有的微模塊產品,通過多模自然冷卻、光伏發電、智能化、大數據等手段,構建新一代的全模塊化數據中心。

1 基礎設施與工程配套模塊化

目前業界常用的微模塊數據中心主要應用于室內場景,主要是由末端的IT設備、列間空調、高壓直流、模塊化UPS、冷通道等構成微模塊產品;集裝箱型數據中心主要應用于室外場景,主要有IT箱、配電箱、冷機箱、柴發箱、辦公箱等。前者實現了大規模部署,但只用于IDC的末端設備,且缺乏移動性。后者移動方便、搭建靈活,但規模有限,將這兩者結合起來可以實現更快速靈活的方式構建大型數據中心。數據中心的主要模塊如IT、基礎設施配套(電力、空調、弱電等)、工程配套(建筑、辦公室等)按照最佳模型及建設方法論制定標準接口進行產品化,以集裝箱產品形式為載體在工廠內提前預制,通過公路貨運可以快速移動到項目現場,并且可靈活拆卸、搭建、移動到其他場地重復利用。在項目現場,基礎設施和工程配套如堆積木一樣的靈活建設和部署模式,大幅度降低現場施工周期和工程建設成本,實現數據中心工程建設綠色化。

另外,建筑建構非常簡單,因此機樓主體建筑的建設時間也可以大大縮短,特別是采用了架式大開間結構,以及整體墻板拼接模式,機房框架的建設時間非常短,大開間結構和墻板拼接模式不但建設進度快,而且建筑材料可回收利用更為綠色環保,此外也便于大型設備搬遷進出機房區域等,更為適合大型數據中心建設模式。由于機房建筑結構非常簡單,且大型機電設備大多外置,因此數據中心內的空間利用率很高,可以把很大部分的地板空間用于擺放IT機柜,因此每機柜容積比很低,大大提升了機房內的空間利用率。表1是國內外部分數據中心的機房空間利用率對比數據。

2 直接/間接多模式自然制冷

在氣候條件允許的地區,當室外溫度低于室內時,常用的推薦方式為采用直接新風自然冷卻,該方案初期投資低、系統簡單,對自然條件好的地區節能效果明顯。但新風直接進入機房,溫度和濕度都難以控制,導致大量的冷凝水和加濕能耗過大、除塵效果差、無法除硫化物和磷化物等化學污染物等問題。

為解決上述問題,可引入間接風風換熱自然冷卻方案,間接自然冷卻是采用一個空氣-空氣換熱器,使室外低溫空氣通過換熱器傳遞給室內高溫空氣,避免外部新風直接進入機房造成污染。與此同時,空氣-空氣換熱效率減低,換熱設備尺寸較大節能受到影響。為了進一步提高節能性,可采用間接蒸發和自然蒸發結合直接新風自然冷卻、風風換熱自然冷卻、機械制冷多種功能,在不同場景靈活選擇工作模式。

(1)直接新風自然冷卻模式

在冬季室外溫度低且空氣質量好的情況下,可將室外新風與室內熱空氣進行混合過濾后送入機房,可最大程度地降低空調能耗。

(2)間接風風換熱自然冷卻模式

在冬季室外溫度低的情況下,為避免直接新風造成的空氣質量問題,在熱交換器中機房回風熱空氣和室外冷空氣進行熱交換。

(3)間接蒸發自然冷卻模式

在春秋季室外溫度較低的情況下,因室外空氣溫度不夠低,需要通過高壓微霧噴淋進行絕熱蒸發制冷的方式來補充制冷量。

(4)間接蒸發自然冷卻+機械冷卻模式

在夏季室外溫度高的情況下,通過高壓微霧噴淋進行絕熱蒸發制冷來補充制冷,如經過換熱器冷卻后的室內空氣溫度仍然未到達送風溫度要求,還需要補充機械制冷。

引入間接蒸發制冷方案無壓縮機運行模式,利用水分蒸發吸熱原理,進行空氣與空氣的熱量交換,帶走機房熱量,能效比EER最高可達16.0,是機械壓縮制冷空調的5倍,相比于常規冷水機組制冷的節能率,全年節能率>50%。采用間接蒸發制冷方案結合直接新風、風風換熱、機械制冷功能,在不同場景靈活選擇工作模式,提升整體機房能源使用效率。

3 ups維修|新能源與不間斷電源并網結合市電直供配電

數據中心一直是耗能大戶,因此眾多科技巨頭都在新能源引入與應用技術上嘗試創新。在光照充足的城市,太陽能是最可廣泛采用的綠色新能源。太陽能光伏發電系統由多晶硅組件組成,為了節省安裝場地,可以安裝在模塊化數據中心頂部,組件全部橫向布置,另外支架具有角度可調和間距可調的功能,整體支架簡便,安裝快速。效果展示如圖1所示。

光伏發電受日照影響存在供電不穩定性,數據中心配電可以同時結合不間斷電源、市電并網方式采用多路冗余方案實現晝夜間靈活切換持續保障。根據不同應用場景可靈活選擇多種工作模式:

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

②模式二:服務器電源不分主備,光伏與UPS并網與市電直供兩路各承擔一半負載;

③模式三:服務器電源按主備定制,光伏與市電并網后與UPS兩路電源一主一備;

④模式四:服務器電源不分主備,光伏與市電并網后與UPS兩路各承擔一半負載。

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

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

輸出給機柜供電。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為機柜提供100%供電,并為電池充電,交流PDU作0%后備;當光伏板和HVDC同時故障或檢修時,交流PDU作100%供電。為充分利用光伏電能,光伏系統峰瓦值要求與負載峰值一致。

引入綠色能源光伏發電,采用光伏新能源與高壓直流的直流并網結合市電直供主備供電的創新方案,可以在確保系統可靠性基礎上大幅度降低配電能耗。

4 遠程可視化智能監控

數據中心重建設輕運維是大部分項目的弊病。運維在數據中心長時間運行生命周期對系統節能、可靠性都起著至關重要的作用。為了減少人為操作誤差,去手工化和去紙張化,可采用遠程智能化監控方案,實現如下功能:

①全方位管理:采用開放式集成架構,提供北向接口與業務對接,實現全方位環境、動力、安防

監控。同時具備資產U位監控功能,在設備完成搬遷、移動、裁撤操作后,能將機位信息及時自動將信息同步至后臺數據庫。

②3D可視化監控:引入3D引擎技術,通過3D視圖動態展示環境、動力、溫濕度動態流場、安防信息,實時展示各個設備狀態。

③PUE監測與優化:根據采集數據進行能效分析和優化,提高運維效率,降低Opex。

④全自動遠程管理:對于機房告警和故障能通過自動化流程進行及時處理,可實現遠程監控,減少現場運維人員。

5 結束語

綠色節能始終是引領IDC變革的主旋律和靈魂。在現有的微模塊化數據中心基礎上，本文提出了基于MDC+構建綠色節能的新一代模塊化數據中心的解決方案，提出多項提高能效的創新技術。通過IT與配套(基礎設施、工程)模塊化產品設計、直接/間接多模式自然冷卻制冷技術、能源與不間斷電源并網結合市電直供配電技術以及遠程可視化智能機房監控技術可望實現全局PUE在1.1以下，相比當前數據中心節能30%以上，為新一代模塊化數據中心建設提供良好的參考借鑒作用。

文章來源：ups維修http://www.whjdnk.com/solve_ups.asp