双层双联微模块设计方案

1 微模块概况微模块对于数据中心是一个崭新的概念。

微模块是为IT机柜和应用服务，并能实现一定独立运营功能的标准化功能单元，可拼装组合，可更换。

微模块由机柜系统、电源系统、配电系统、空调末端、综合布线系统、消防系统和监控管理系统等组成，如图1所示，可实现工厂生产、现场组装和模块化部署。

采用模块化的部件和统一的接口标准实现数据中心的快速、灵活部署以及后期的扩建，这不仅可以大幅降低建设成本，而且能够缩短数据中心的建设和部署周期， 增强数据中心部署的机动性和灵活性。

微模块对建筑的要求不是很高，通常情况下在确认物理建筑后，可以把配电系统、柴发系统、制冷系统和冷却塔等辅助设施全部建设好，仅需要预留出水、电、网络等标准接口，之后具体的IT部署就可以按需进行了。

在这种建设模式下，整个基建过程跟IT部署分步实施，真正实现按需部署和扩展。

据施耐德电气公司的研究显示，模块化的建设时间要比传统方式缩短一半以上的时间。

微模块数据中心利用先进的制冷技术、供电技术以及其它相关先进技术，既提高数据中心内部的IT 设备效率，也提高了能源的使用效率，减少能源的浪费，极大地推动了数据中心的绿色化。

以某省部署微模块数据中心为例，因为能效利用提高，每年较传统数据中心节省电费1 710万元，节能7.86%，如表1所示。

2 双层双联微模块设计思路国内、外微模块建设模式方面均采用单层微模块产品的方案。

Google公司以连体三联柜为最小颗粒度建设，机房建设时，每个微模块单元就会不断延展成一整排微模块阵列，配合柴发模块、供电模块、制冷模块以及其双层双联微模块设计方案赵昱，朱丽，陈旭，张彦遒（中国移动通信集团设计院有限公司，北京 100080）摘　要　随着5G时代的到来及物联网、云计算、AI等新兴技术的迅速发展，数据业务形成了大容量、大带宽、大连接和低时延等新特征，这就要求数据中心能够实现大规模、快速灵活部署和弹性扩展。

传统数据中心建设模式面临的主要问题是建设周期长，土建建设与业务需求不匹配，业务部署灵活性和扩展性不佳。

基于上述矛盾，具备装配化和模块化特征的微型模块化数据中心解决方案应运而生。

本文以双层双联微模块方案研究为例，总结分享新技术研究历程，为后续产品化设计提供借鉴。

关键词　微模块；双层双联；数据中心中图分类号TU248.7 文献标识码 A 文章编号1008-5599（2019）10-0088-05收稿日期：2019-02-26它功能模块等形成完整的数据中心。

国内数据中心微模块产品主要由互联网公司协同三大运营商推动，其中腾讯公司采用包含12套或18套IT 机柜的微模块，阿里巴巴、百度采用包含16套IT 机柜的微模块。

单层微模块能有效解决多层建筑中建设数据中心的问题，但对于仓储类等层高较大建筑，有明显的缺陷。

在仓储中直接布置单层微模块，其装机效率较低，土地利用率低，平均单机架综合成本较高。

在仓储中搭建2层钢平台布置单层微模块，前期土建工程需一次部署完成，微模块安装不够灵活便捷，属于“房中房”的建设方案，平均单机架综合成本较高。

鉴于以上问题，我们创新提出了适用于仓储式数据中心的双层双联微模块解决方案，双层双联微模块产品如图2所示。

3 双层双联微模块设计方案双层双联微模块产品是对单层微模块产品深入研究的基础上，匹配单层仓储式机房的机电侧解决方案。

如图3所示，双层双联微模块产品由双层框架围护系统、ICT 机柜、空调系统、通风系表1 微模块与传统机柜效益比较参考项目指标微模块方案传统机柜方案PUE(某地区为例) 1.29 1.40IT 设备负载（kW）20 00020 000每小时耗电（kWh)20 000×1.29=25 80020 000×1.40=28 000电费标准（元/kWh）0.90.9月电费（万元） 1671.8 1814.4年电费（万元）20 062.121 772.8电费节省（万元） 1 710.7－节能7.86%－图1 微模块产品示意图2 双层双联微模块产品示意统、工艺系统、消防系统、电气系统、智能化系统、电源系统等9部分组成。

采用All-In-Room一体化集成设计，在满足安全、高效的前提下，将各系统集合到一个长宽将近10 m×10 m，高7 m的盒子内。

该产品已达到IP44的防护等级，自成体系，预留水电、工艺插口，即插即用。

内部组成构件标准化、预制化、模块化，基本实现全装配安装，大大缩短了建设工期，提高了工程质量。

同时因其产品化、灵活性和智能管理等特点，可以满足5G网络快速、规模化部署的要求，预计在边缘节点中也将得到广泛应用。

3.1 双层框架围护系统微模块产品的框架结构一方面是为了满足设备安装组合要求，另一方面是需要满足设备抗震要求，保证微模块产品在设防烈度地震作用下不产生破坏。

拼装外壳方案，采用金属保温封板等构件，通过螺栓现场拼接，满足微模块抗震、防水和防尘等要求。

双层微模块框架结构体系由框架立柱、框架横梁、腹杆、横梁等主要构件组成，施工现场通过螺栓装配成整体承重结构体系。

双层微模块框架结构体系结构构件不使用型钢，采用钣金构件，各种构件用同一厚度的钢板折弯、切割、冲孔等工艺加工而成。

每层框架内设置两列机柜放置区，机柜放置区可以放置包括ICT主机柜在内的多种机柜。

每层框架在首列和尾列的机柜放置区的外侧形成热通道，在相邻列的机柜放置区之间间隔形成冷通道和热通道。

外壳由前、后、左、右、上、下6个面封闭，6面内侧均粘贴保温、隔热材料，所有框架部位均粘贴防火EVA密封条。

整个外壳设计方案满足防风、防水、防尘和防鼠虫的要求，整体拟达到IP44的防护标准。

整个外壳由底座区、底座前后端封板、底座外侧封板、通道门、侧面封板、台阶、端部封板、冷热通道门、逃生门和顶部覆盖件组成。

3.2 ICT机柜服务器机柜用来组合安装面板、插件、插箱、电子元件、器件和机械零件与部件，使其构成一个整体的安装箱。

服务器机柜由框架和盖板（门）组成，双层双联微模块产品采用标准47U服务器机柜，机柜尺寸：2 200 mm×1 200 mm×600 mm（高×深×宽）。

图3 双层双联微模块平面示意3.3 空调系统微模块采用冷冻水型列间空调，封闭冷、热通道措施，优化气流组织，减少混风损失，列间空调回风温度设为37℃。

选择5+1台的300 mm宽空调用于微模块，微模块内的空调冷冻水管在冷通道下部敷设，两供两回。

空调给水系统包含空调连接管路、主管路和公共管路。

每个空调末端至少与两个供水管及两个回水管连接。

当给水系统出现单点故障时，保障空调设备运行。

空调冷凝水由架空地板下集水槽及地漏排出。

空调系统还包括加湿系统，包含多个加湿器及加湿供水管路。

微模块内所有管路的下方均设置有导水槽，当水管出现漏水事故时，能够对水进行疏导排除，形成漏水保护，防止对微模块内部设备造成损坏，从而保证微模块设备的正常运行。

3.4 通风系统微模块的新风接口（维持正压）和排风接口（排气灭尾气）均在排风柜位置，分别在排风柜内设置管道给下方微模块送风和排尾气。

排风柜贯穿全部层的框架，便于通风管道的布置，方便适应多层框架的微模块整体通风，尤其是消防尾气的外排，并且，减少微模块外的管路布置，使整个数据中心管路更加简洁。

该通风柜和周围空间由隔板隔开，从而与微模块内其它空间隔离。

通风系统还包括送风系统，充分保证微模块内的正压，能够达到更高的通风需求。

此外通风柜每层设置检修门，方便对通风柜内管道的检修。

3.5 工艺系统其包括底层两个子模块和顶层两个子模块，底层每个子模块为“22-RACK”方式，即包括22个ICT主机柜，顶层每个子模块为“21-RACK”方式，即包括21个ICT设备柜，机柜尺寸采用2 200 mm×1 200 mm×600 mm（高×深×宽）标准尺寸。

机柜上方200 mm处设置1 000 mm宽网格走线架，中间采用两块可移动隔板隔出3个槽道，从冷通道至热通道方向依次是电源槽道、弱电槽道和光纤槽道，后续可根据实际使用情况通过调整隔板位置灵活调整3类槽道的宽度占比。

微模块内可以设置跨冷通道和跨热通道走线架，用于跨接机柜上方走线架，位置在微模块两端。

3.6 消防系统微模块内消防系统采用气体灭火系统。

因七氟丙烷药剂具有良好的灭火效率，效果好、灭火速度快、灭火浓度低，所以本微模块内选用柜式预制七氟丙烷气体作为消防。

本例设置4组消防柜，上下两层分别作为两个防护区域，按全淹没灭火方式设计，每个消防柜分别布置在微模块中间位置处，根据防护区的体积和面积分散布置。

进行消防灭火时，消防柜分别向冷热通道同时喷放气体，同时进行消防联动，打开防护区内除泄压口以外的开口，同时打开天窗，以保证着火时能够在规定的喷放时间内使整个防护区能尽快达到灭火时的气灭浓度。

消防系统还包括电气消防系统，电气消防系统包括极早期报警系统设备、灭火控制设备和火灾自动报警联动设备等。

其中，极早期报警设备主要为微模块在火灾的极早期提供报警管理。

灭火控制设备为气体灭火控制设备，主要功能为在出现火灾的情况下，控制微模块内的无管网气体灭火系统消灭火灾。

火灾自动报警联动设备主要为微模块内提供消防联动及控制，最终实现微模块的消防安全。

3.7 电气系统本实施例的微模块中，每个子模块设有一个管控柜。

管控柜包括配电模块，配电模块包括相互电连接的不间断电源单元和电池组，不间断电源单元与管控柜外的空调柜电连接。

此外，还包括弱电设备，市电和不间断电源单元通过转换开关与弱电设备电连接。

本实施例中弱电设备包括交换机、门禁控制器、采集服务器、灭火控制器、消防报警主机和烟雾探测器主机。

管控柜内自带不间断电源单元和电池组，可以对空调及各弱电设备供电，而ICT主机柜、加湿柜和照明灯仍然通过管控柜外与市电连接的配电柜、不间断电源柜Research on design scheme of double-layer and double-connected micro-moduleZHAO Yu, ZHU Li, CHEN Xu, ZHANG Yan-qiu (China Mobile Group Design Institute Co., Ltd., Beijing 100080, China)Abstract With the advent of 5G era and the rapid development of Internet of things, cloud computing, AI an dother emerging technologies, data services have formed new features such as large capacity, large bandwidth, big connection and low latency. This requires data centers to achieve large-scale, rapid and fl exible deployment and fl exible expansion. The main problems faced by the traditional data center are as follows: construction cycle during a long; civil construction and business needs do not match; business deployment flexibility, scalability is not good. Based on the above contradictions, the application of micro-modular data center solutions with the characteristics of assembly and modularization came into being. This paper takes the research of double-layer and double-connected micro-module as an example, summarizes and shares the research process of new technology, and provides a reference for the follow-up product design.Keywords micro module; double-layer double-connected; data center参考文献[1] 郭亮. 浅析微模块数据中心的关键技术[J]. 信息通信技术,2013(01).以及电池柜供电，实现了空调供电与信息设备（ICT 主机柜）供电的物理隔离，降低了对信息设备的干扰。