近几年随着数字经济的火热，作为大数据系统大脑的数据中心越来越多，为了满足愈发紧迫的建设需要，数据中心建设中越来越多地采用模块化和预制化技术，微模块机房作为此技术典型的产品化体现，在各种类型的数据中心中应用越来越普遍。
　　
　　模块机房有多种形式,目前市场上最多的是以机柜、冷通道封闭、行间空调为核心的IT型模块机房,也有仓储式、集装箱型模块机房、电力模块、水力模块、制冷模块等其它形式的模块机房方案。但最常见的还是IT型模块机房,本文也主要以此为研究对象。
　　
　　此种类型模块机房是2009年从欧美引入中国，之后仅有少量应用，几年内没有大规模推广。但从2016年以后，模块机房开始在国内如火如荼的推广起来，各个厂商纷纷争做模块机房。到2019年以后模块机房概念在全国范围已经广为接受。但在作为发源地的欧美地区，模块机房依然不温不火。
　　
　　以机柜、冷通道、行间空调、一体化UPS为核心的通用性IT型模块机房最初是针对高密机房制冷而设计的产品方案,主要适合于高密度(5-20kW/柜)的IDC机房,部分军工科研类机房也适用。普通数据中心项目因为普遍功率密度较低,只有高密区才有使用的必要性。对于普通中等密度(3-5kW/柜)机房,如果运用得当可以起到一定的节能效果。

　　
　　1.微模块机房适合高密度机房,节能优势明显
　　
　　传统机房采用房间级精密空调下送风无通道封闭的方案,主要适合单机柜功率3-5kW的中等密度机房,单柜发热量大于4kW的机房就宜采取冷热通道封闭,对于单机柜功率达到5kW以上的中高密度机房就适合采用行间空调或其它制冷方式。采用冷热通道封闭是适合于大多数机房的节能措施。采用行间空调加冷通道封闭的方案比传统空调地板下送风无通道封闭要节能20%～30%。
　　
　　根据工信部联节[2019]24号《关于加强绿色数据中心建设的指导意见》的要求到2022年新建大型超大型数据中心PUE达到1.4以下。两年后又迎来了更严格的政策,发改产业[2021]1464号《国家发展改革委等部门关于严格能效约束推动重点领域节能降碳的若干意见》(七)加强数据中心绿色高质量发展中要求:新建大型、超大型数据中心电能利用效率不超过1.3。到2025年,数据中心电能利用效率普遍不超过1.5。2022年2月17日“东数西算”工程启动,规划了10个国家数据中心集群,8个算力枢纽节点,其中6个集群要求PUE小于1.25,4个集群要求PUE小于1.2。这些都给机房节能提出了更严苛的要求,也给微模块机房的推广带来了更大的市场机会。
　　
　　2.微模块机房有助于节省机房空间
　　
　　如前文所述,微模块机房适合于机房高密度设计,这样在容纳同等IT设备的情况下所需要的机柜数量会比传统机房更少,机房占地面积相应减少。目前一流的微模块机房厂商还都可以配套提供智能小母线产品和一体化UPS产品,进一步节约机房空间。智能小母线产品则可以替代精密配电列头柜,在同等机房面积下增加机柜出柜率,适合租赁机房或本身空间不足的机房使用,如图1所示。一体化UPS将机房市电配电柜、UPS主机、UPS输出柜、精密配电列头柜合为一个柜体,如图2所示,在小型机房中可减少配电柜数量,有效节省配电室空间,还能减少损耗提高配电系统效率并节省空调容量。

　　3.微模块机房便于采购和售后服务
　　
　　机房工程的典型特征之一是麻雀虽小五脏俱全,20m2的机房和2000m2的机房所需的设备种类相差不多,都需要几十上百种设备和材料,这就造成工程采购和售后服务相当麻烦。而微模块机房的机柜、PDU、通道封闭组件、精密空调、UPS、电池、配电柜、动环和安防监控全部可由同一厂家提供,个别厂家还可提供综合布线和KVM。加上装修、消防、数通设备、软件,已经可以满足小型机房的搭建,对于一般低端机房用户来说确实可以大大简化采购和售后服务。但对于高端大型机房这种方式就不够。
　　
　　4.数据中心中采用标准模块复制简化设计施工
　　
　　数据中心中采用多个标准化模块复制的方式可以简化设计施工,做好单个的标准模块后用模块对整体机房进行分解即可,单个模块可以让设备厂家预制,由于模块标准接口统一现场施工更容易保证工艺质量。
　　
　　模块复制与机房扩容是两个不同的概念,机房扩容受制于整体建筑空间、前端电源容量和配电接口、冷源及管路接口等因素,必须前期有规划预留后期才能扩容,否则无从谈起。而同样的预留方式,采用传统上送风或下送风机房的方案照样可以实现,而且各有优劣,传统机房预留的设备颗粒度需要更大,但微模块方案需要的工程的颗粒度更大,如需要预留复杂的空调水管及冷媒管路等,有时还需要预留电池电缆管路等。
　　
　　目前市场上扩容性较好的某互联网微模块,将高压直流电源、蓄电池、CDU和行间空调全部放在模块内部,增加模块数量对数据中心空间布局没有影响,只要变压器和配电柜有足够剩余容量和开关,就可以不断复制模块来扩容。但这种将电池置于模块内的方案消防风险较大,很多有经验的用户和工程总包都不接受。如果将交/直流不间断电源和电池挪到微模块外,就会跟传统机房一样出现机柜数量容量与UPS电源电池的占地空间相耦合的情况,扩容自由度大大折扣。而且此种方式做出的微模块成本也偏高,造成数据中心整体成本上升,即使是行业巨头也要通过简化机房装修来抵消部分微模块成本。所以说大型数据中心中的微模块定制和复制其实有很高的技术门槛和很高的成本投入,不是轻而易举能够实现的。
　　
　　5.微模块机房美观度更高
　　
　　微模块机房将机柜按照冷/热通道进行封闭,与传统机房内机柜仅按通道散装相比,整体外观更为简洁整齐,加上机柜和通道封闭由同一厂家提供,外观更加一致,而且各主流厂家都有在冷/热通道外部造型、门楣装饰、灯火效果等方面做刻意美化,使得模块机房的美观度明显更高。这对有参观要求的客户而言很有价值。
　　
　

　6.微模块机房便于分区管理
　　
　　对于有多个用户在同一机房中部署设备的场景,就会相应产生机房分区管理的需求。这主要在机房租赁和一些大型单位的多个部门共用机房的时候会出现。微模块机房因为自带通道封闭可以很好的匹配这类需求,可以给不同用户分配不同模块的方法进行分区管理。当然这种方法也有局限性,在一些小机房中只有一两个微模块,却有四五个用户,运维方还要求监控到每个机柜被人操作的情况,这就有一定难度,需要非标定制才能解决,成本也较高。

　　
　　1.消防风险增大
　　
　　微模块机房为了解决高密度制冷采用封闭冷/热通道设计,消防时必须先打开翻转天窗和冷通道门才能让灭火气体进入冷/热通道,如果天窗偶然打开失败则无法及时灭火;即使顺利打开,灭火气体的进入速度也不如无通道封闭的传统机房,火灾容易在同一冷通道内蔓延,消防巡检也不如传统机房方便,有个别IDC机房甚至将铅酸蓄电池也安装在冷通道机柜中,这样做火灾风险更大,电池本身老化就有一定漏液短路故障的风险,全国每年都要爆出几例因电池起火烧毁机房的事故,所以微模块内置蓄电池必须配置蓄电池单体监控系统,而且电池临近设计寿命就及时更换。电池本身还会放出少量氢气和硫化氢气体,虽然受行间空调送风作用可以自然排到机柜冷通道外部,风险不大,但对IT和电气设备总是有害无利。近一两年来锂电池开始普及,又开始出现少量将锂电池入微模块冷通道的方案,锂电的火灾风险比铅酸电池更高,灭火更加困难,使用经验更不成熟。所以笔者的建议是对大规模、长寿命的数据中心不建议将电池放入冷通道中,特别是锂电池。在大中型机房中采用分布式的UPS和电池还会增加施工及运维的成本和难度,所以大型数据中心采用集中式UPS与电池一同外置在配电室电池间中才是最安全可靠、最经济的选择,也便于日后的运维管理,这也是目前普遍的共识与做法;对于中小型数据中心,可以将UPS放入微模块内,但是电池外置于通道外;对于建筑空间受限的微型双排或单排微模块机房,可以考虑将UPS和电池放入冷通道,但这要建立在机房运维人员专业性和责任心都够强的基础上,如果机房人员素质达不到还是不要冒险。
　　
　　所以综合来讲,采用微模块机房增大了消防风险,尤其是对大型数据中心机房。为此也有设计院将气体灭火的喷头设计到微模块天窗上接入冷通道的,但目前大多数微模块厂家缺少可将气灭喷头接入的天窗部件,实际采购施工很困难。另外也有仓储式微模块机房把消防气瓶置于冷通道内,但消防气瓶属于高压压力容器,气瓶老化后同样存在风险,检修更换也有不便。
　　
　　2.机房设备成本升高,设备质量参差不齐
　　
　　同等品牌和功能配置下,采用微模块机房使得机房设备成本明显上升。根据笔者数年来实际项目经验,在小型机房项目中,采用微模块机房比传统机房整体成本要增加20-50%,当然近年来成本有明显下降。但讽刺的是:高涨的价格换来的微模块机房却是质量参差不齐、设备一致性差、售后服务困难。这一方面是因为微模块机房门槛不高,行业鱼龙混杂;另一方面是微模块机房的内部设备品类繁多,即使顶级厂商也需要外购贴牌部分产品。笔者观点是:为了保证机房的安全可靠,质量优良,微模块机房内的配电、UPS、空调等核心产品应该选用行业一流产品。
　　
　　3.非IDC项目可能会使工程复杂化,灵活性变差,工期延长
　　
　　在大多数非IDC类的机房项目中,客户对IT设备配置的掌控力都比较差,机房建筑大多也并非专门建设,建设需求无法做到标准化,另外大多数业主方为了美观也不愿意简化装修。如果是大机房项目,虽然容易实现多模块复制,批量定制和工程安装也相对容易,但因为设备成本相对较高,所以如果不是高密度机房的话,采用微模块方案会比较鸡肋。如果是中小机房项目,微模块数量少,微模块标准复制的优势不明显,工程总包的专业性也比较低,绝大多数小工程总包都不会安装微模块机房,各家微模块机房产品的安装调试也有一定的差异,而现有的模块机房厂家中也没有几家提供标准的全套安装服务,加上微模块机房都要非标定制并二次采购组装,微模块与外部系统、装修工程的接口和安装尺寸配合也相当复杂,这样反倒可能使工程更加复杂,工期延长。
　　
　　4.对低端低密度或者IT设备上架不均匀、超高功率密度的项目适用性较差
　　
　　微模块机房本身适合高密度机房,如果反过来遇到低密度机房时很容易出现基础设施配置过度,特别是空调过度制冷出现凝露,同时建设成本过高,低端客户难以接受。笔者曾经遇到过一个高校机房项目,总共17个柜,实测单机柜功率密度不到1kW,功能要求非常简单,各种技术要求都不高,机房整体(不止设备,而是含全部工程)总预算仅85万元,此时强推微模块机房就行不通。还有一些机房项目在同一微模块内各机柜IT设备上架不均匀,出现同一条冷通道内一头温度偏高另一头过度制冷的情况,虽然一般不会带来致命影响,但经常触发微模块温湿度报警,给运维人员带来困扰。但微模块内行间空调的位置和数量是一次性固定,制冷无法跟随IT设备上架情况灵活调整,最多只能使用空调群控补偿,效果有限。如果用工程改造解决又太过麻烦,成本偏高。另外对于单柜高达20-80kW的超高功率密度应用场景(通常是超算类数据中心),采用行间空调的普通微模块机房也不适用。
　　
　　5.对改造、利旧项目适用性较差
　　
　　有很多老旧机房早年建设时建筑条件不佳,建筑承重和层高都不高。而且采购了很多老式非标机柜,大小高矮不一,甚至还有很多尺寸不规则的小型机、存储机。在多年后的机房更新改造时,客户要想使用模块机房就会遭遇种种困难。
　　
　　比如双排机柜的模块机房因为带翻转天窗都对房间高度有一定要求,很多老式办公楼净空层高只有2.4m～2.6m,而一般模块机房建议的净空层高为3m(GB50174-2017设计规范也要求机房净高不宜小于3m),至少也要2.8m,否则无法满足天窗的翻转高度和房顶照明灯具安装。模块机房的宽度一般为3.4或3.6m,加上两侧通道,对房间宽度要求至少是5.4m,很多老办公楼也达不到。此时可能需要非标定制单排机柜+加冷通道封闭的模块机房来适应窄而长的机房空间。如图4所示:
　　

　　又比如模块机房一般采用600mm或800mm宽度,1100mm或1200mm深度,2000mm或2200mm高度的标准机柜,但很多老机房中购置了宽600*深800,宽600*深1000,高度1400/1600mm的非标机柜,无法直接纳入冷通道内并柜。尺寸不规则的小型机、存储机就更加尴尬,往往承担了重要的业务和存储内容,不能轻易更换,但其宽度深度经常不是整数(比如608mm、710mm),跟普通机柜并排放置都无法对齐,并柜更是不可能了。所以说对改造和设备利旧型的机房项目,大多数厂商的标准型模块机房经常会不适用。
　　
　　我们的解决之道在于非标定制可以与机柜相分离的冷通道封闭组件,并定制配合非标尺寸机柜的结构补齐件。比如在成都一微模块机房项目中正是采用此种方案将宽608/710×深1000×高2150(mm)的甲供非标机柜和宽600×深1200×高2000(mm)标准机柜和行间空调共三种不同尺寸的设备集成到同一通道封闭中。并且配合冷热通道全封闭+空调智能控制技术成功解决了单机柜30kW的超高功率密度制冷难题。如图5所示。
　　

　　6.沟通学习成本高
　　
　　微模块机房本身是多种产品集成的结果,麻雀虽小五脏俱全,市场上没有哪个厂家能做到自产全部子系统产品,大量的代工集成导致各子系统产品技术规格繁杂,即使是微模块厂家的技术人员也需要花费大量时间经验才能熟悉各子系统产品的规格及使用,特别是对非自产设备的细节信息沟通会比较费劲。对机房用户和施工总包来讲,原先做传统机房直接对接各子系统设备厂家即可,沟通比较分散头绪很多但比较直接见底,采用微模块机房后虽然对接的厂家大大减少,但微模块机房更像一个“黑箱”,内部包含的种种细节要学习掌握起来会更漫长。