地理模块化施工的优点_浅谈模块化数据中心的分类(上)

出厂前预先组装好的数据中心系统或子系统通常会被称为预制化、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、一体式等等。然而&＃xff0c;市面上各种类型的预组装模块之间有着重大的区别。我们将努力解释各种类型预制模块化数据中心的标准术语&＃xff0c;同时比较其关键属性&＃xff0c;并给出基于客户业务需求选择最佳方案的框架。  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&＃xff0c;这些术语具有不同的定义和适用范围&＃xff0c;譬如说&＃xff1a;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&＃xff0c;容易造成混淆&＃xff0c;导致讨论无法正常进行。

其中&＃xff0c;预先设计和预制化这两个概念有时候会交替互用&＃xff0c;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&＃xff0c;至少应有材料清单、系统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&＃xff0c;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&＃xff0c;从而缩短施工现场部署时间&＃xff0c;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&＃xff0c;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范畴。预制模块化数据中心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&＃xff0c;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优势明显&＃xff0c;但由于缺少行业内共识和通用的分类准则&＃xff0c;导致人们容易混淆这些方案之间的属性和应用差异。我们将从三个属性方面&＃xff0c;给出不同类型的预制模块化数据中心分类框架&＃xff0c;消除概念混淆。我们提出的定义和分类准则&＃xff0c;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。以下列举了定义大多数预制模块化数据中心的三个属性&＃xff1a;

• 功能模块&＃xff1a;供配电模块、制冷模块、IT模块
• 外观特征&＃xff1a;标准化集装箱式、封闭外观式(非标准化)、滑动底座安装式
• 配置方式&＃xff1a;全预制化数据中心、部分预制化数据中心、一体型数据中心

将模块化数据中心按功能模块区分的一个重要原因在于&＃xff0c;考虑现有设施存在搁浅容量(低于此容量各子系统无法正常运行)&＃xff0c;在接近搁浅容量时&＃xff0c;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&＃xff0c;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&＃xff0c;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)&＃xff0c;也可能因为数据中心容量而受到限制(例如&＃xff0c;ISO 标准集装箱中的电源系统容量通常限制在 500kW 左右&＃xff0c;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&＃xff0c;即所有三个功能模块—电源、制冷以及 IT 设施均预制化。全预制化数据中心还有一种特殊的配置方式就是所谓的“一体型”&＃xff0c;即在该架构中&＃xff0c;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&＃xff0c;我们将对功能模块、外观特征以及配置方式这三个属性进行详细解释。数据中心的功能可细分为以下三大部分&＃xff1a;设施电力、制冷设施以及 IT 机房。预制化数据中心模块有时可提供多个功能(即一体型配置)&＃xff0c;但通常情况下它们各自仅提供其中一项功能&＃xff0c;原因如下&＃xff1a;• 考虑现有设施的搁浅容量时&＃xff0c;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)&＃xff0c;无须其他模块• 相对于一体型模块来说&＃xff0c;需要提供更大的 IT 容量&＃xff0c;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)• 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)&＃xff0c;来降低人为失误风险• 需要优化空间利用率&＃xff0c;特定功能模块能利用更大容量的组件&＃xff0c;共享间隔空间&＃xff0c;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

预制化电源模块意义在于可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/配电柜、ATS(自动转换开关)、 UPS(不间断电源系统)、变压器。此外&＃xff0c;对于封闭空间而言&＃xff0c;还要加配照明、安全和制冷等配套系统。通常情况下&＃xff0c;备用发电机作为一个单独的模块&＃xff0c;可以与电源模块整合到一起。

制冷模块

数据中心会同时考量成本、效率和可靠性等因素&＃xff0c;因此&＃xff0c;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因素。我们可以利用一些PUE的计算工具或一些文档进一步清晰具体的制冷最优方案。

以下简要例举了预制化制冷模块中的典型子系统。

• 冷水机组模块&＃xff1a;风冷式冷水机、泵/驱动器、蓄冷罐、干冷器/带蒸发辅助功能的冷却器

• 直膨机组模块&＃xff1a;风冷式冷凝器或干冷器、水泵组件

• 间接新风模块&＃xff1a;空-空热交换器、蒸发式冷却器、直膨式后备装置、风机、风管

• 直接新风模块&＃xff1a;空气过滤网、蒸发式冷却器、直膨式后备装置、风机、风管

IT机房

预制化 IT 机房是安放 IT 设备的地方&＃xff0c;它包含为这些系统供电与制冷的配套基础设施&＃xff0c;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&＃xff1a;机架、配电单元(PDU)、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)、加湿/除湿系统 、布线/线缆管理、消防(检测/防护)、照明、安全/监控系统。除系统采用预先集成设计外&＃xff0c; 将 IT 设备置于模块内还有一个额外优势就是形成了冷热通道的分离&＃xff0c;将冷热气流分开&＃xff0c;这对于实现高效的气流分配至关重要。

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•  ISO 标准化集装箱式
• 封闭外观式
• 滑动底座式

对于一个数据中心项目&＃xff0c;选择合适的外观特征或者外观特征组合&＃xff0c;需要满足其可运输性、容量及可扩展性等方面的要求。以下总结了 3 种外观特征在安放位置、安放方式及可运输性三个方面的比较。此外&＃xff0c;模块的外观特征还会影响其容量&＃xff0c;因为特定尺寸的模块会局限其内的设备类型。

ISO 标准化集装箱式

ISO集装箱是标准化的可回收再利用的钢化船运箱体&＃xff0c;设计初衷是为了保证产品的安全高效运输以及储存安全&＃xff0c;同时还方便货物从一种运输方式到另一种运输方式的转移(例如从船运转到铁路 再转到公路运输)。多项ISO标准从分类、外形尺寸到配件的技术规范、吊装集装箱的挂钩以及集装箱上的标识等多个角度来规范货物集装箱。这些标准使得货运过程和操作过程更简便更标准化。用于数据中心模块的集装箱标准尺寸如下&＃xff1a;20 英尺 x 8 英尺(6.10 米 x 2.44 米和 40 英尺 x 8 英尺(12.2 米 x 2.44 米)。20 英尺(6.10 米)的集装箱标准高度为 8 英尺 6 英寸(2.591 米)&＃xff0c;40 英尺的集装箱标准高度为 8 英尺 6 英寸(2.591 米)&＃xff0c;其高度还可以是所谓 9 英尺 6 英寸(2.896 米)的“高柜”高度。通常使用较多的是高柜高度的集装箱&＃xff0c;因为它们对于运输置于其内的设备而言&＃xff0c;具有更好的灵活性。如果集装箱用作数据中心模块的直接外壳&＃xff0c;那么就要为门和其它安装好的设备进行喷漆处理并将设备与集装箱顶部或两侧固定。但是对集装箱进行上述改进后&＃xff0c;可能就不满足 ISO 标准认证&＃xff0c;比如说会限制与其它集装箱堆放在一起的能力。然而&＃xff0c;相比于非标尺寸集装箱&＃xff0c;具有标准外形尺寸的 ISO 标准化集装箱在运输、吊装以及安放方面都具有更多操作简便性&＃xff0c;可降低安装成本。同时&＃xff0c;改造一个标准集装箱比建造一个全新集装箱&＃xff0c;成本也会降低很多。ISO 标准化集装箱式模块通常对容量也有限制&＃xff0c;电源和制冷系统容量限制在 500kW 左右&＃xff0c;IT 机房容量限制在 200-250kW 左右。IT 模块的容量取决于占地面积上可安放 IT 机架的数量&＃xff0c;并且对于不同的机架排列方式&＃xff0c;有不同的空间权衡方法。比如说&＃xff0c;如果机架背对面墙壁安放&＃xff0c;将形成一条很宽的冷通道&＃xff0c;则热通道只能从外部通过面板或者门进行访问。如果机架在机房中间排成一行长列&＃xff0c;冷热通道就必须设计的更窄。最后&＃xff0c;如果采用垂直于集装箱长度方向的多条短通道设计方案&＃xff0c;则行与行之间将形成窄通道。总而言之&＃xff0c;由于 IT 模块对容量的限制&＃xff0c;使得这种方案更适用于一些小型的数据中心。大容量需求的数据中心通常趋向于采用更传统的 IT 机房。由于操作和维护人员需要进入其中&＃xff0c;通常这种外观特征还需要照明和安防系统。ISO 标准化集装箱的安装经常涉及到混凝土基座的安放。还需要用到起重机将集装箱从卡车吊装到基座上。当集装箱作为补充容量用于一个已有容量搁浅的实体设施场合时&＃xff0c;通常会将集装箱安放在靠近楼宇边界的地方&＃xff0c;紧挨着它所支持的数据中心。有些时候&＃xff0c;电源模块或者IT 集装箱被安放在仓库内&＃xff0c;意义在于保护相关人员在恶劣天气条件下操作和维护作业的安全性&＃xff0c;同时还能使关键系统具有更高的安全保证。还有一类特殊应用的“移动式”集装箱模块&＃xff0c;出众的移动性能是所有具有不同外观特性的预制化模块都具备的一大优点&＃xff0c;ISO 标准化集装箱具有最佳的可运输性能&＃xff0c;不过有时候需要将模块设计成永久可移动 &＃xff0c;也就意味着它要配轮子。这些长期可移动模块通常是一体化构造&＃xff0c;应用于需要临时数据中心的场合&＃xff0c;例如军用场合、医用场合和体育赛事报道等。

封闭外观式

本文提到的“封闭外观式”是另外一种外观特征&＃xff0c;就外形尺寸而言&＃xff0c;这种模式并不标准&＃xff0c;也不需要像 ISO 标准化集装箱那样去满足特定的运输标准。封闭外观式通常也被称为壳体式、金属屋或者区域模块式。相比 ISO 标准化集装箱而言&＃xff0c;这种方式的运输及装卸成本更高&＃xff0c;如果整个架构没有在工厂完成全部组装的话&＃xff0c;其现场组装的工作量将更大。例如&＃xff0c;一个宽的封闭外观式模块需要分成两个部分&＃xff0c;有些通常被称作模块化机房的封闭外观式事实上是在工厂建造&＃xff0c;并与数据中心设备集成好&＃xff0c;完成测试和调试&＃xff0c;然后拆分运输到客户现场再行组装&＃xff0c;很像是一个乐高积木模块。这种外观特征的优点在于&＃xff0c;对于其所能支持的 IT 容量具有更好的灵活性&＃xff0c;并且所有设备布局都在它的封闭空间内。大多数的封闭外观式数据中心适用于室外&＃xff0c;能经受各种气候条件&＃xff0c;但有些却只能安装在室内(比如仓库内)。出于安全人员进出限制等原因(封闭外观式数据中心如果要求需要人员能够进出&＃xff0c;必须安装照明系统、防火系统、安防系统和疏散设施)&＃xff0c;或者为了保护工作人员在搬运设备(如服务器)时免受恶劣天气的影响&＃xff0c;即使有些能经受室外条件&＃xff0c;有时也要安装在室内。有些封闭外观式就像房间一样&＃xff0c;工作人员可以进入进行操作和维护。有些则可以更贴切的描述为一个封闭的“系统”&＃xff0c;工作人员通过位于其外侧的检修门进行操作(不可进入类型)。

选择封闭外观式外观特征的一个关键驱动因素是数据中心子系统需要置于室外环境&＃xff0c;或者需保护不受外界其它因素干扰&＃xff0c;如处于一个有害的、恶劣的、不利的室内环境。置于室外的封闭外观式模块需要有相应等级的安保措施&＃xff0c;以防止不良人员进入(如人为肆意破坏行为)。

滑动底座安装式

滑动底座安装式是一种分配和储存机械设备的方法&＃xff0c;这些机械设备在制造阶段就被永久地安装在框架或者滑动底座或是金属托盘上。这样的话&＃xff0c;整套设备就可以安全便捷的作为一个整体单元运输和使用 。滑动底座安装式模块通常不用于室外&＃xff0c;因为其元件对室外环境因素无防护性能。这种外观特征通常包含电源模块&＃xff0c;与大部分制冷系统做法不一样&＃xff0c;该模块中诸如开关柜、UPS、变压器以及配电柜等组件不需要置于室外。因为空间限制的减少&＃xff0c;滑动底座安装式(相比封闭外观式和 ISO 标准化集装箱式)对容量限制要求更低&＃xff0c;能支持更大容量的数据中心。因此&＃xff0c;随着电源需求不断增加&＃xff0c;滑动底座安装式方案更显其合理性。一般而言&＃xff0c;预制化滑动底座安装式模块的成本比同级别的封闭外观式成本要低 40%左右。︿︿︿︿︿︿︿︿︿︿︿︿︿︿︿︿︿︿︿︿︿︿︿︿︿︿︿︿︿︿︿︿︿︿︿︿︿︿︿︿︿︿︿︿︿︿︿︿︿︿︿︿︿︿︿︿︿︿︿︿︿︿︿︿︿︿︿︿︿︿︿︿︿︿︿︿︿︿︿︿︿︿︿︿︿︿︿︿︿︿︿︿︿︿︿︿︿︿︿︿︿︿︿︿︿︿︿︿︿︿在本文中&＃xff0c;我们为模块化数据中心的分类进行了解释&＃xff0c;并努力对其功能、不同点、术语进行了描述分析&＃xff0c;在下一篇文章中&＃xff0c;我们将基于这些分类对模块化数据中心的配置进行讨论分析。