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，促使中國數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大。近五年中國數(shù)據(jù)中心市場以平均每年30%的增長率成為IT行業(yè)最熱門的投資途徑。我國數(shù)據(jù)中心經(jīng)歷了從樓宇式、倉儲(chǔ)式到模塊化的發(fā)展階段，產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展過程中同時(shí)面臨著建設(shè)周期長、能耗高、運(yùn)維困難等瓶頸問題，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內(nèi)提前預(yù)制，通過公路貨運(yùn)可以快速移動(dòng)到項(xiàng)目現(xiàn)場，并且可靈活拆卸、搭建、移動(dòng)到其他場地重復(fù)利用。在項(xiàng)目現(xiàn)場，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)房內(nèi)的空間利用率。表1是國內(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大、除塵效果差、無法除硫化物和磷化物等化學(xué)污染物等問題。

為解決上述問題，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)行混合過濾后送入機(jī)房，可大程度地降低空調(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，需要通過高壓微霧噴淋進(jìn)行絕熱蒸發(fā)制冷的方式來補(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，通過高壓微霧噴淋進(jìn)行絕熱蒸發(fā)制冷來補(bǔ)充制冷，如經(jīng)過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，在不同場景靈活選擇工作模式，提升整體機(jī)房能源使用效率。

3 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，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，太陽能是最可廣泛采用的綠色新能源。太陽能光伏發(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：市電輸入通過整流器，HVDC輸出270Vdc，光伏板輸入通過DC/DC輸出270Vdc，2個(gè)直流輸出合路為1路，通過監(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。

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

③PUE監(jiān)測與優(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)場運(yùn)維人員。