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IDC云计算数据机房演进和发展方向{02}
发布时间:2014-12-30
高效低碳数据中心机房解决方案
——售前技术支持部
    摘要:数据中心在经历大型机、客户机服务器及互联网三个技术时代,据分析报告称自2005年以来,传统的数据中心正在逐步迈向“第四代云计算数据中心”。本文旨在阐述“智慧城市产业发展”其引领的“云技术时代”推动数据中心机房的建设;在面临海量数据处理难、能耗增长等问题,浅谈怎样设计打造低碳、清洁、高效、智能运维监控所构成的一站式、内冷池、外冷池、模块化冷池、集装箱数据中心;结合实际应用案例,如何将电能利用率PUE指标减低,成为行业内电源结构调整共同面临的技术挑战。
关键词:数据中心、模块化冷池、PUE、空调、集中监控

引   言
    国务院办公厅日前印发《关于2014-2015年节能减排低碳发展行动方案的通知》。方案要求,大力推进产业结构调整:加快建设节能减排降碳工程;狠抓重点领域节能降碳;强化技术支撑;进一步加强政策扶持;加强监测预警和监督检查;落实目标责任等。一系列政策促使企业融入国家号召—节能低耗。
    淘宝、微商等大型电子商务购物模式的脱颖而出,使得传统的商务模式向电子商务加速转型,在以云计算为代表数据中心IDC创新的衬托下,IT设备供电可靠性、机房散热、温湿度、电磁场强度、噪音干扰、防雷、等电位接地、全面监控等,为数据机房构建者提出新的要求。
    其中能耗是数据中心最大的成本,因此数据中心的节能降耗是企业节能减排、降低运营成本的关键所在。为满足这一需要,易事特数据中心科研团队根据多年的实践经验为客户量身订做了一套高效、安全、稳定、绿色的模块化数据中心,其采用的精确气流遏制与管理(冷池)系统。

1、数据中心建设主要内容及分类

    机房的建设是一个系统工程,机房的基础设施必须具备可靠的容错、多种备份路径,其中一个典型的数据中心至少由20个主要的子系统构成的总体。这些子系统按工程承包商分类为:电气工程、消防工程、土建工程、弱电工程、空调工程等多个专业于一体。见(图一)机房建设中不可或缺的还有丰富的工程施工和管理经验。

  其中将各子系统再细化分类,由单独可用的子系统与其他系统之间无缝对接,构成数据机房基础设施建设。见(图二)其中供电系统成是基础设施最重要的子系统之一,结合数据机房设计规范,与电信、移动等行业巨头系统集采标准,数据机房对温度、湿度、洁净度、电磁场强度、噪音干扰、安全保安、防漏、电源质量、振动、防雷和接地等。机房建设者需要转变传统IT机房架构,找到一种适合云计算、大数据时代全新的设计理念、高效低碳的构思、与全方位的交付模式。

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Visio 绘制(图一)按承包商分类
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Visio 绘制(图二)按各子系统分类
2、易事特数据中心解决方案
    易事特“外(内)冷池结构”的数据中心机房解决方案,是数据机房科研成果最好的见证,为满足不同高端数据中心各种气流组织而设计,针对现代数据中心局部负载过热问题,保证设备中心的可靠运行,实现端到端气流组织设计,以满足IT设备散热对冷空气风量的最大需求。具体做法是将服务器机柜面对面进行排列以形成通道,并在通道两端及顶部进行封闭设计,构成一个冷空气室,使IT设备散热所需的冷空气和排放的热空气完全隔离,阻止数据中心冷、热气流混合,以此提高制冷设备工作效率,解决了数据中心高密度IT设备局部过热问题,降低了PUE值,使数据中心达到绿色和节能的目的。
易事特数据中心解决方案,由一站式绿色节能解决方案、气流遏制外(内)冷池系统、一体化E智解决方案。
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3、易事特新型模块化冷池数据中心结构概述
    数据中心制冷中采用冷池技术称为数据中心冷池方案。为降低数据中心造价,提供单机柜设备,考虑机房整机建设,凸显其机房建设原则。
新一代数据机房对空间利用率会更高,逐步向仓储式发展,易事特数据中心预测5-10年之后机房扩展与冷却空间,最大限度考虑建设初期投资与规划,满足后续配套设施同步增长与各子系统:高频模块化UPS、行级列间空调,智能型精密配电等,均安全冗余设计。
易事特模块化数据中心机房是新一代数据中心解决方案,集成了机柜、气流密闭、供配电、UPS、精密空调、动环监控、布线管理等所有子系统,支持单排或双排,单机柜IT功率由2KW~10KW/柜的上机率。主要应用于大中小型的网络机房。
常见的冷池方案根据冷通道位置差异分为外冷池和内冷池两种类型,如下图所示:
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    而易事特新型模块化冷池数据中心解决方案运行原理:是将两排面对面排列的机柜中间的冷通道安装活动墙隔板使其完全封闭,构成一个冷空气室,使95%左右的冷风可以直接送到冷空气室内而进入服务器设备,经过冷热交换后的热风排到机房,再回到空调机组。
    这种热风与冷风路径分别,不仅能有效防止了冷、热气流短路、混合,提高空调系统的风量利用率和冷风利用率,还能更好地集中冷量对数据中心的设备功率进行针对性供冷调节,解决数据中心设备局部过热,过冷的问题。有效降低机房能源消耗率PUE数值,提高数据中心的IT设备的容积率,满足IT设备散热对冷空气风量的最大需求,使数据中心达到绿色和节能的目的。(见下图)新型模块化冷池数据中心。
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4、传统机房冷池与采用气流遏制系统的冷池

    下图为传统机房与采用冷池系统的CFD热模型对比效果图,易事特冷池解决方案独有的“精确送风系统”把冷热区分开,普通冷池相较行间精确送风控制冷池还存在较多不足。

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         传统冷池CDF热模型              采用气流遏制系统的模块化冷池CDF热模型  
1、传统机房冷热通道混乱,制冷效果非常不理想,容易形成机房局部过热。
2、普通冷池系统机柜做不到全面监控,没有针对性控制,冷却效果参差,不够理想;
3、普通冷池系统节能效果还有较大提升余地;
4、即便设有监测控制装置冷池,多数还是以冷池内的温湿度为控制依据进行控制,不能如实的反映组成冷池的机柜实时工作状况。 
易事特冷池结构特点:
1、制冷单元安装于IT机柜行间 ,不需要架空地板配送气流,对于机房高度要求低;
2、制冷单元的出风被邻近的机柜迅速吸入,贴近热源,缩短气流行程;
3、根据机柜数量和功率部署制冷单元 ;
4、制冷单元和IT机柜标准化与模块化,模块化部署,可满足数据中心的升级扩容;
5、可预见性规划,快速安装,缩短安装时间;
6、冷热气流相互隔离,消除冷热混合;
7、 安装方便、节省空间、可自由组合;
8、所有标准化模块组件由工厂预装; 
9、出厂前预检,提高系统的可靠性;
10、减少方案设计及现场施工的时间;
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5、易事特数据机房动力环境集中监控系统
   机房监控系统是针对中小机房典型应用场景的新一代数据机房一体化集中监控系统。整个监控系统包括三大部分:软件应用、集中监控和传感器设备,它可以集中监控和管理机房的配电设备、UPS、空调、智能门禁、视频监控等智能设备的运行状态以及温度、湿度、烟雾、水浸、红外、门磁等环境量和开关量信号采集,同时也可以通过定制协议开发接入第三方智能设备。摘自《E机房事业部集中监控系统》
该系统可以满足网络接入间、中小型数据机房及分布式数据中心等多种客户应用场景的需求,为客户提供灵活多样的一体化机房监控解决方案,如下集中监控系统案例。
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总    结
    海量异构数据迸发处理难、能耗增长成本,设计构建“高效低碳绿色数据中心”实现“节能减排低碳目标”等一系列节能措施已纳入国家“十二五”规划,并且积极推进市场化节能减排机制:实施能效领跑者制度。定期公布能源利用效率最高的空调、冰箱等量大面广终端用能产品目录,单位产品能耗最低的乙烯、粗钢、电解铝、平板玻璃等高耗能产品生产企业名单,以及能源利用效率最高的机关、学校、医院等公共机构名单,对能效领跑者给予政策扶持,引导生产、购买、使用高效节能产品。适时将能效领跑者指标纳入强制性国家标准。
摘自(2014-2015年节能减排低碳发展行动方案)。
    2014年12月10日,绿色网格2014高峰论坛在北京国家会议中心隆重举行,本届论坛首次公布了TGG针对中国数据中心的多项研究成果:PUE/绿色认证、中国自然冷却地图、SpUE 空间使用效率等。并表示:2015年全球权威数据中心绿色PUE认证即将在华落地。摘自(中国IDC圈)




参考文献
{1}《2014-2015年节能减排低碳发展行动方案》中国节能减排网
{2}《电子信息系统机房设计规范》      GB50174 2008
{3}《中国电信数据中心机房电源、空调环境设计规范》
{4}《新一代信息化模式催生第四次信息中心变革》浪潮·王恩东