徐 欽，耿 昊

（中通服咨詢設(shè)計研究院有限公司，江蘇 南京 210019）

0 引 言

國內(nèi)IDC市場隨著互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的發(fā)展而迅速發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)客戶由于自身的業(yè)務(wù)發(fā)展需要，對數(shù)據(jù)中心資源需求旺盛，同時云計算、物聯(lián)網(wǎng)以及大數(shù)據(jù)等網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的迅速演進和互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用內(nèi)容不斷豐富也產(chǎn)生了大量的IDC機房與帶寬需求。2020年，中國整體IDC業(yè)務(wù)市場規(guī)模達到2.238 7×1011元，同比增長43.3%，預(yù)計2021年，我國IDC市場規(guī)模將繼續(xù)保持高速增長[1]。

隨著5G時代的來臨，傳統(tǒng)業(yè)務(wù)應(yīng)用也迅速多樣化，既有話音、上網(wǎng)、專線等5G基礎(chǔ)業(yè)務(wù)，也有視頻、游戲、無人機、車聯(lián)網(wǎng)等5G通用業(yè)務(wù)，此外還有包括面向電力、交通、醫(yī)療以及工業(yè)制造等場景的5G垂直行業(yè)應(yīng)用。對于DC選址來說，邊緣DC越下沉，離用戶側(cè)越近，網(wǎng)絡(luò)時延越低，可支撐的5G業(yè)務(wù)類型越多，需要的邊緣DC節(jié)點數(shù)也必然更多。5G通用業(yè)務(wù)、5G垂直行業(yè)應(yīng)用的開展路徑和規(guī)模驅(qū)動是影響邊緣數(shù)據(jù)中心建設(shè)進度與規(guī)模的主要原因。因此，如何敏捷、靈活且經(jīng)濟地匹配業(yè)務(wù)的需求顯得越來越關(guān)鍵。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心建設(shè)模式是工程化建設(shè)模式，需要多方參與。數(shù)據(jù)中心建設(shè)各參與方如圖1所示，這種多方參與的建設(shè)模式弊端包括投資超前且巨大、建設(shè)周期長、參與方多、維護麻煩、個性化突出、與需求脫節(jié)以及總擁有成本（Total Cost of Ownership，TCO）高等。

圖1 數(shù)據(jù)中心建設(shè)參與方

因此采用工程化方式建設(shè)數(shù)據(jù)中心越來越難滿足目前快速部署、建設(shè)靈活、運營便利的需求了。

1 預(yù)制化組合式數(shù)據(jù)中心的組成

預(yù)制化組合式數(shù)據(jù)中心一般有IT組件、供電組件以及制冷組件3大組件。各個組件完成所標(biāo)明的完整功能，并與其他組件以端口相連，實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心整體功能[2]。所遵循的理念為標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計、工廠化加工、裝配式建設(shè)，最大程度將組件內(nèi)的設(shè)備、各類線纜與管道在工廠完成加工和安裝，減少在項目所在地的施工環(huán)節(jié)，提高集成性。充分提升對于各功能模塊的空間利用能力，縮短在現(xiàn)場施工的時長和工藝要求，保證質(zhì)量與進度[3]。

為了便于運輸，各個組件通常集成安裝于集裝箱或封閉框架結(jié)構(gòu)內(nèi)，將功能模塊集成于一個整體底座上。每個組件對其他組件僅存在輸入和輸出接口，內(nèi)部功能封閉且獨立。如供電組件以輸出單路1.2～1.6 MW不間斷電源功能為目標(biāo)，內(nèi)部可根據(jù)IT組件要求采用UPS或高壓直流供電方式。如需2N配置，可像搭積木一樣選擇兩塊供電組件。而組件內(nèi)部還可以細(xì)分二級組件，如供電組件可分為中低壓組件、不間斷電源組件以及蓄電池組件等[4]。

2 預(yù)制化數(shù)據(jù)中心實例

以下以長三角地區(qū)某預(yù)制化組合式數(shù)據(jù)中心為例進行介紹。

2.1 數(shù)據(jù)中心組成

該數(shù)據(jù)中心為四層鋼結(jié)構(gòu)主體，各層根據(jù)需求和功能定位布置供電組件、制冷組件以及IT組件。

2.1.1 一層的設(shè)備構(gòu)成

一層的平面如圖2所示，包括如下部分。IT組件中包含12個機柜子組件，共336個機柜，單機柜功耗為7 kW，兩個接入間子組件，1個監(jiān)控子組件。制冷組件包含12臺間接蒸發(fā)冷卻機組AHU，制冷功率為260 kW/臺，組成兩套5+1系統(tǒng)。供電組件可分為3個子組件，分別實現(xiàn)10 kV配電、后備電源供電、變配電及不間斷電源供電。10 kV配電子組件包含10 kV配電柜、進線計量柜、PT柜、WMTS、出線柜、分段斷路器柜、分段隔離柜、直流操作電源以及電力監(jiān)控設(shè)備等，共兩套，分別安裝于兩個10 kV配電子組件。后備電源供電子組件包含4臺2 500 kVA集裝箱柴油發(fā)電機機組，集裝箱內(nèi)包含柴油發(fā)電機、控制屏、接地電阻柜、日用油箱、進風(fēng)消音箱、排風(fēng)消音箱、排煙消音器（一級、二級）等。變配電及不間斷電源供電子組件包含環(huán)網(wǎng)柜、變壓器、無功補償柜、低壓饋電柜、UPS主機、UPS輸出配電柜、UPS電池開關(guān)柜以及UPS蓄電池組。

圖2 一層平面圖

2.1.2 二層的設(shè)備構(gòu)成

二層平面如圖3所示，包括如下部分。IT組件包含12個機柜子組件，共336個機柜，單機柜功耗為7 kW。制冷組件包含間接蒸發(fā)冷卻機組AHU，制冷功率為260 kW/臺，組成兩套5+1系統(tǒng)。供電組件僅包含變配電及不間斷電源供電子組件。

圖3 二層平面圖

2.1.3 三層和四層的布局

三層和四層的平面如圖4所示。IT組件每層各12個機柜子組件，共480個機柜，單機柜功耗為4.4 kW。制冷組件每層包含間接蒸發(fā)冷卻機組AHU，其制冷功率為260 kW/臺，組成兩套5+1系統(tǒng)。供電組件僅包含變配電及不間斷電源供電子組件。

圖4 三層和四層平面圖

2.2 數(shù)據(jù)中心組件接口

各個組件和子組件直接的接口內(nèi)容如下。一層各組件接口如表1所示。二層至四層各組件接口如表2所示。

表1 一層組件接口

表2 二層至四層組件接口表

供電組件通常采用常規(guī)技術(shù)形式，而變壓器和不間斷電源的容量可以互相匹配，并能和IT組件需求一致。也就是說供電組件在傳統(tǒng)的工程化數(shù)據(jù)中心也基本按照模塊式的原則進行配置，因此在預(yù)制化組合式數(shù)據(jù)中心可以獨立作為組件使用，在技術(shù)上沒有大的變化。而制冷組件的技術(shù)選擇與傳統(tǒng)的工程化數(shù)據(jù)中心有較多的不同。

本項目采用間接蒸發(fā)冷卻技術(shù)，間接蒸發(fā)冷卻指的是通過在室外空氣側(cè)噴水，水在室外空氣側(cè)的換熱板片上蒸發(fā)冷卻，從而冷卻循環(huán)風(fēng)側(cè)的溫度。在整個冷卻過程中，室外風(fēng)側(cè)與循風(fēng)側(cè)均不產(chǎn)生直接接觸。它的優(yōu)勢主要為設(shè)備運行簡單、維護方便、耗電量低、節(jié)能效果顯著且耗水量低，冬季運行干工況，無結(jié)冰隱患。干工況的開啟條件是室外溫度≤16 ℃，濕工況的開啟條件為16 ℃＜室外溫度≤21 ℃，機械補冷工況的開啟條件為21 ℃≤室外溫度。采用間接蒸發(fā)冷卻復(fù)合直接蒸發(fā)冷卻技術(shù)，在間接蒸發(fā)冷卻器中，空氣可以實現(xiàn)等濕冷卻，在間接蒸發(fā)冷卻器中，對空氣實現(xiàn)等焓加濕降溫過程，復(fù)合處理后機組的送風(fēng)的極限溫度為進風(fēng)空氣的露點溫度。與傳統(tǒng)工程化數(shù)據(jù)中心所采用的冷凍水制冷技術(shù)相比，具有模塊小和接口少等優(yōu)勢，十分適合在組合式的數(shù)據(jù)中心使用[5]。

3 結(jié) 論

基于以上分析，預(yù)制化組合式數(shù)據(jù)中心由于所有組件的組裝均在工廠完成，各子系統(tǒng)的調(diào)試也在工廠內(nèi)完成，組件間、組件對外的管路以及線纜接口統(tǒng)一化、標(biāo)準(zhǔn)化。因此預(yù)制化組合式數(shù)據(jù)中心相比傳統(tǒng)的工程化數(shù)據(jù)中心，具備建設(shè)周期短、工藝標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、改擴建靈活、場地要求低等優(yōu)勢。計算從入場到投產(chǎn)業(yè)界平均建設(shè)時間，預(yù)制化組合式數(shù)據(jù)中心最快可控制在兩個月內(nèi)，而工程化數(shù)據(jù)中心一般需要至少一年的時間（含土建時間）。而由于高度集成和預(yù)制等特點，整套數(shù)據(jù)中心各設(shè)備的運行狀態(tài)等情況在建設(shè)時已可預(yù)知，減少了運營期間的不確定性，有助于在投資建設(shè)前期對資金、技術(shù)的選擇和優(yōu)化進行評估。