CN113573546A - 一种集装箱式数据中心 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种集装箱式数据中心，属于数据中心技术领域，包括集装箱箱体、多个机柜模块、多个列间空调模块，所述集装箱箱体包括设备舱、空调外机舱，所述空调外机舱设置在所述设备舱的端部。本发明采用模块化设计，将数据中心主要设备集成在模块单元中，提高数据中心的可靠性和可维护性；以机柜模块、列间空调模块和箱体内壁紧密排列的方式将箱体分隔成三段，中间段作为冷风道(主通道)，两边作为热风道(维修通道)，能够有效提升箱体内部空间利用率，增大了箱体内冷热交换效率，避免了形成局部热岛效应；正常运行和维护所需的所有操作都只需在冷风道(主通道)内完成，并且可以同时在维修通道内完成其他维护工作，提高数据中心的使用效率。

Description

一种集装箱式数据中心

技术领域

本发明涉及数据中心技术领域，具体涉及一种集装箱式数据中心。

背景技术

随着物联网和人工智能技术的快速发展，数字化与智能化已经成为了现代社会的重要标签，在生产生活中，可记录并存储的数据呈指数级别增长。数据中心依托其对计算、存储资源的高效整合，能够处理海量数据，为数据应用平台提供全方位的支撑，在现代社会数字化和智能化的进程中起到了至关重要的作用。另一方面，在现代社会巨大的竞争压力下，数据应用平台为了保持自身的竞争力，必须不断提高数据应用能力、改善用户体验，进而对数据处理的时效性、准确性、稳定性和经济性都提出了更高的要求。

为了满足上述要求，越来越多的数据应用平台采用集装箱式数据中心进行业务数据处理。相比于传统固定机房式数据中心，集装箱式数据中心具有低成本、低功耗、短周期、快速部署等优势。集装箱式数据中心包括箱体、供配电分系统、消防分系统、空调分系统、IT分系统和管控分系统。整个集装箱内设备数量众多且设备情况复杂，但同时由于集装箱内空间有限，如何将各分系统在集装箱内合理布局，最大程度保障数据中心的数据处理能力和运维管理能力，成为当前集装箱式数据中心领域最大的挑战。

现阶段集装箱式数据中心多采用“一字型”排列方法，即IT机柜沿集装箱长度方向一字排开，在机柜前侧形成冷风道，供配电分系统、空调分系统与IT机柜排列在一起，其他分系统多集成在冷风道或是箱体内壁，机柜后部形成热风道，也是数据中心的维修通道。此类集装箱式数据中心在箱体长度方向形成两个狭长的风道，换热效率较低，距离空调较远处容易形成热岛效应，严重影响散热效果，进而导致远离空调的设备损坏率显著提升。而且此类集装箱式数据中心前后通道都很狭窄，限制了其他分系统在箱内的安装位置，同时不利于运维人员操作设备，也很难对设备进行维修等操作。

公开号为CN104684339A的中国发明专利申请公开了一种集装箱式数据中心，该集装箱式数据中心将IT机柜分为两排垂直与箱体长度方向，空调设备置于集装箱顶部，两排IT机柜共用一个冷风道，IT机柜后各有一个热风道，用于提高散热效率。但是该集装箱式数据中心空调分系统置于顶部，导致整个箱体内部可用高度大幅减少，空间利用率低；而且配电柜、IT机柜、空调控制柜不在一个通道内，需要在箱体开启至少两个门才能正常运行设备，易产生误操作，进而可能对操作人员和设备造成损坏或伤害；此外，该集装箱式数据中心没有采用模块化设计，仅仅是将各分系统简单集成在一个箱体内，正常使用时操作较为繁琐，后期运维效率低下，在现阶段应用背景下，难以满足各数据应用平台对数据中心提出的智能运维和无人值守的要求。为此，提出一种集装箱式数据中心。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于：如何解决现有集装箱式数据中心存在的空间利用率低、维护不便、运维能力欠缺、易形成热岛效应导致散热效率的问题，提供了一种集装箱式数据中心，该集装箱式数据中心将主要设备集成在各个模块单元中，各模块单元外观和尺寸具有一致性，便于安装和维护；合理利用箱体内空间，增加箱体内冷热交换效率，消除箱体内热岛；对箱体环境和每台设备运行情况进行实时监控，远程控制中心能够实时掌握数据中心当前运行情况，并且能够在异常出现瞬间进行告警并做出保护，无需运维人员长期在现场保障。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的，本发明包括集装箱箱体、多个机柜模块、多个列间空调模块，所述集装箱箱体包括设备舱、空调外机舱，所述空调外机舱设置在所述设备舱的端部，多个所述机柜模块、多个所述列间空调模块分成两排设置在所述设备舱的内部，所述列间空调模块设置在所述机柜模块之间，两排所述机柜模块的后部均与所述设备舱的箱壁之间各自形成一个热风道，两排所述机柜模块的前部之间共用一个主风道。

更进一步地，所述机柜模块、所述列间空调模块的侧壁均平行于所述集装箱箱体长边设置，沿所述集装箱箱体短边设置成两排，每排中最两端的机柜模块紧贴集装箱箱体长边侧壁，机柜模块与相邻的机柜模块或列间空调模块之间无间隙。

更进一步地，所述机柜模块包括第一机柜模块、第二机柜模块、四个第三机柜模块，第一机柜模块与两个第三机柜模块设置在其中一排，第二机柜模块与两个第三机柜模块设置在另一排，所述列间空调模块设置在每排中两个第三机柜模块之间，所述第一机柜模块、所述第二机柜模块均设置在每排中的外侧。

更进一步地，所述第一机柜模块中设置有UPS电池包、两个UPS功率模块、UPS逆变设备，所述UPS电池包分别通过两个UPS功率模块与所述UPS逆变设备连接，其中一个所述UPS功率模块为备用功率模块。

更进一步地，所述第二机柜模块中设置有供配电模块、综合管控系统服务器、数据采集设备、综合管控系统KVM，所述UPS逆变设备与供配电模块电性连接，所述数据采集设备、综合管控系统KVM均与所述综合管控系统服务器通信连接，通过所述数据采集设备采集集装箱箱体中各设备及传感器的数据并进行统一格式转换。

更进一步地，所述第三机柜模块为业务机柜，用于进行集装箱式数据中心主要的数据处理和存储工作，所述第三机柜模块中设置有业务系统KVM、交换机设备、信息安全设备、多个计算及存储服务器，所述计算及存储服务器、信息安全设备、业务系统KVM通过交换机设备进行网络连接，形成集装箱式数据中心主业务系统。

更进一步地，所述集装箱式数据中心还包括辅助设备，所述辅助设备包括门禁系统、消防控制柜、消防灭火器具、监控摄像头、监控屏幕、温湿度传感器、漏水传感器，所述门禁系统、消防控制柜、消防灭火器具、监控摄像头、监控屏幕、温湿度传感器、漏水传感器均设置在所述设备舱上。

更进一步地，所述主风道为主通道，两个所述热风道分别为第一维修通道、第二维修通道，所述主通道、所述第一维修通道、所述第二维修通道均设置有独立门锁系统，所述门禁系统与主通道的独立门锁系统通信连接。

更进一步地，所述消防灭火器具集成在所述第二机柜模块中。

更进一步地，所述集装箱式数据中心还包括多个空调模块室外机，所述空调模块室外机设置在所述空调外机舱内，每个所述空调模块室外机对应与各所述列间空调模块连接。

本发明相比现有技术具有以下优点：

1)、采用模块化设计，将数据中心主要设备集成在模块单元中，提高数据中心的可靠性和可维护性；

2)、以机柜模块、列间空调模块和箱体内壁紧密排列的方式将箱体分隔成三段，中间段作为冷风道(主通道)，两边作为热风道(维修通道)，能够有效提升箱体内部空间利用率，增大了箱体内冷热交换效率，避免了形成局部热岛效应；正常运行和维护所需的所有操作都只需在冷风道(主通道)内完成，并且可以同时在维修通道内完成其他维护工作，提高数据中心的使用效率。

3)、综合管控系统能够采集舱内设备(包括服务器)的运行数据，并且能够与消防系统进行联动，实现对数据中心的远程监控和无人值守。

附图说明

图1是本发明实施例二中的平面布局示意图；

图2是本发明实施例二中第一机柜模块的内部示意图；

图3是本发明实施例二中第二机柜模块的内部示意图；

图4是本发明实施例二中第三机柜模块的内部示意图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例一

本实施例提供一种技术方案：一种集装箱式数据中心，将箱体内设备分为机柜模块、列间空调模块和辅助设备。为了提高冷热交换效率，将机柜模块和列间空调模块分为两排，共用一个冷风道，列间空调模块置于机柜模块之间，有效避免了箱体内部分区域形成热岛；两排机柜模块的后部与箱壁各自形成一个热风道，且每个热风道单独开门，便于运维人员进行维护。并以B/S架构开发综合管控系统，对数据中心的各分系统进行实时监控，运维人员通过浏览器登录综合管控系统，能够实现远程监控和无人值守。

机柜模块使用通用机柜作为模块单元，将IT分系统、供配电分系统、消防分系统和管控分系统集成在机柜模块单元内。IT分系统包括服务器、存储设备、交换机、信息安全设备和KVM。供配电分系统包括主配电设备和UPS设备。消防分系统包括消防灭火气瓶和消防控制器。管控分系统(综合管控系统)包括管控服务器、数据采集设备。

空调模块选择通用的列间空调模块进行舱内环境控制，列间空调模块尺寸在高度和深度方向与通用机柜保持一致，宽度方向根据箱体内空间进行调整。(列间空调模块与机柜模块的顶部与箱体上壁之间、底部与箱体下壁之间均无间隙)

辅助设备包括温湿度传感器、漏水传感器、照明设备、监控屏幕、门禁设备和视频监控设备等。

将机柜模块和列间空调模块分为两排是指机柜(机柜模块、列间空调模块)侧壁平行于箱体长边，沿箱体短边整齐摆放成两排，最两端的机柜(机柜模块)紧贴箱体长边侧壁，相邻机柜(列间空调模块、机柜模块)间无间隙，两排中的机柜(机柜模块与列间空调模块)的正面相对，形成一个公共冷风道(主通道)；两排机柜(机柜模块与列间空调模块)的背面与两端的箱体短边侧壁形成两个热风道(维修通道)，箱体内冷热通道隔离，能够大幅提高冷热交换效率。列间空调模块置于机柜模块之间是指为了保证空调出风口到各个设备的距离接近，避免出现因远离空调出风口导致局部空间过热的情况。

每个热风道单独开门是指箱体正门对应冷风道(主通道)位置，在正门同一侧对应热风道(维修通道)位置各开一个维修门，正门与维修门的宽度对应各自风道的宽度。

综合管控系统(管控分系统)包括集成在机柜模块内的管控服务器和数据采集设备，还包括温湿度传感器、漏水传感器、监控屏幕、门禁设备和视频监控设备，此外还能够与消防分系统进行联动。所有分系统设备和传感器都将运行数据上传到数据采集设备，再由数据采集设备统一转换格式后推送给运行在管控服务器上的综合管控系统服务端，服务端对数据进行处理后再推送到监控屏幕或是远程登录的客户端。能够与消防分系统进行联动是指箱体内消防分系统任何告警信息均可在综合管控系统客户端以弹窗、声光等方式提醒用户。

以B/S架构开发是指综合管控系统分为服务端和客户端，服务端运行在管控服务器上，客户端通过浏览器可以运行在监控屏幕上，也可以通过网络连接，在浏览器远程登录进行访问，实现对数据中心的远程监控和无人值守。

实施例二

如图1所示，本实施例提供一种技术方案：一种集装箱式数据中心，集装箱式数据中心包括箱体10，机柜模块、列间空调模块和辅助设备。其中箱体10包括设备舱100，空调外机舱101，主通道102，第一维修通道103，第二维修通道104，主通道门105，维修通道门106；机柜模块包括第一机柜模块310，第二机柜模块320，第三机柜模块330；列间空调模块包括列间第一空调模块411，列间第二空调模块412，列间第一空调模块室外机421，列间第二空调模块室外机422；辅助设备包括门禁系统201，消防控制柜202，消防灭火气瓶203，监控摄像头204，监控屏幕205，温湿度传感器、漏水传感器206。

设备舱100在舱壁中添加岩棉等耐火材料，增加舱壁的耐火和保温能力。

在设备舱100中，两个第三机柜模块330、一个列间第一空调模块411和一个第一机柜模块310沿箱体短边放置，四个模块的后部与箱体一侧短边的箱体内壁形成第一维修通道103；两个第三机柜模块330、一个列间第二空调模块421和一个第二机柜模块320同样沿箱体短边放置，四个模块的后部与箱体另一侧短边的箱体内壁形成第二维修通道104；机柜模块与箱体、列间空调模块或其他机柜模块间不留缝隙，所有机柜模块和列间空调模块的前部形成主通道102。第一维修通道103和第二维修通道104也是该集装箱式数据中心散热系统中的热通道，主通道102也是该集装箱式数据中心散热系统中的冷通道。

该集装箱式数据中心主通道和维修通道均设置独立门锁系统，主通道门105另外配置门禁系统201。在三个通道中均设有监控摄像头204和温湿度传感器、漏水传感器206；主通道102内，正对入口方向的内部箱壁挂设监控屏幕205。消防分系统的消防灭火气瓶203集成在第二机柜模块320中，箱体外侧靠近消防灭火气瓶203的位置设有消防控制柜202和外部接口107。

在空调外机舱101中，沿箱体短边方向并排放置两台列间空调的室外机412、422，并留出一定空间用于放置常用的集装箱式数据中心使用、维修工具。空调外机舱101舱壁采用栅格网，提高散热通道面积，保证空调散热效率。

如图2所示，在第一机柜模块310中，UPS电池包312占据大部分空间，保证在主供电异常切断情况下，集装箱式数据中心能够正常完成数据备份和设备关机等操作；两个UPS功率模块313主备设置，满足热插拔的要求；机柜上方是UPS逆变设备314，柜门311能够避免误触，保证安全性。

如图3所示，在第二机柜模块320中，供配电模块322集成在机柜模块内，所有供配电分系统操作均可在第二机柜模块320前部进行操作；消防灭火瓶203在机柜内供配电模块322后部；综合管控系统服务器324和数据采集设备325置于第二机柜模块320上部，同时配有一台综合管控系统KVM(Keyboard Video Mouse)323，能够登录综合管控系统后台查看该集装箱式数据中心各项运行状态。

如图4所示，第三机柜模块330是业务机柜，负责进行集装箱式数据中心主要的数据处理和存储工作，包括计算、存储服务器332，业务系统KVM333、交换机设备334，信息安全设备335。

该集装箱式数据中心散热需求最大的是四个第三机柜模块330，故将两台列间空调模块411、421分别放置于四个第三机柜模块330之间，增加散热效率。第一机柜模块310和第二机柜模块320需要经常操作，故摆放靠近门一侧。

该集装箱式数据中心的综合管控系统使用B/S架构，数据采集设备325基于SNMP协议和RS485协议采集箱体内各设备运行状态，并推送数据到综合管控系统服务端进行相应处理，该服务端运行在综合管控系统服务器324上；监控屏幕205默认登录客户端，能够实时显示设备运行情况；在舱内还可以通过综合管控系统KVM323登录综合管控系统的后台或客户端进行运维情况检查。此外，在无人值守的环境下，控制中心可以通过外部接口107连接登录综合管控系统的后台或客户端进行集装箱式数据中心运维，运维页面显示情况与监控屏幕205显示的内容完全一致。

综上所述，上述实施例的集装箱式数据中心，采用模块化设计，将数据中心主要设备集成在模块单元中，提高数据中心的可靠性和可维护性；以机柜模块、列间空调模块和箱体内壁紧密排列的方式将箱体分隔成三段，中间段作为冷风道(主通道)，两边作为热风道(维修通道)，能够有效提升箱体内部空间利用率，增大了箱体内冷热交换效率，避免了形成局部热岛效应；正常运行和维护所需的所有操作都只需在冷风道(主通道)内完成，并且可以同时在维修通道内完成其他维护工作，提高数据中心的使用效率；综合管控系统能够采集舱内设备(包括服务器)的运行数据，并且能够与消防系统进行联动，实现对数据中心的远程监控和无人值守，值得被推广使用。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种集装箱式数据中心，其特征在于：包括集装箱箱体、多个机柜模块、多个列间空调模块，所述集装箱箱体包括设备舱、空调外机舱，所述空调外机舱设置在所述设备舱的端部，多个所述机柜模块、多个所述列间空调模块分成两排设置在所述设备舱的内部，所述列间空调模块设置在所述机柜模块之间，两排所述机柜模块的后部均与所述设备舱的箱壁之间各自形成一个热风道，两排所述机柜模块的前部之间共用一个主风道。

2.根据权利要求1所述的一种集装箱式数据中心，其特征在于：所述机柜模块、所述列间空调模块的侧壁均平行于所述集装箱箱体长边设置，沿所述集装箱箱体短边设置成两排，每排中最两端的机柜模块紧贴集装箱箱体长边侧壁，机柜模块与相邻的机柜模块或列间空调模块之间无间隙。

3.根据权利要求1所述的一种集装箱式数据中心，其特征在于：所述机柜模块包括第一机柜模块、第二机柜模块、四个第三机柜模块，第一机柜模块与两个第三机柜模块设置在其中一排，第二机柜模块与两个第三机柜模块设置在另一排，所述列间空调模块设置在每排中两个第三机柜模块之间，所述第一机柜模块、所述第二机柜模块均设置在每排中的外侧。

4.根据权利要求3所述的一种集装箱式数据中心，其特征在于：所述第一机柜模块中设置有UPS电池包、两个UPS功率模块、UPS逆变设备，所述UPS电池包分别通过两个UPS功率模块与所述UPS逆变设备连接，其中一个所述UPS功率模块为备用功率模块。

5.根据权利要求4所述的一种集装箱式数据中心，其特征在于：所述第二机柜模块中设置有供配电模块、综合管控系统服务器、数据采集设备、综合管控系统KVM，所述UPS逆变设备与供配电模块电性连接，所述数据采集设备、综合管控系统KVM均与所述综合管控系统服务器通信连接，通过所述数据采集设备采集集装箱箱体中各设备及传感器的数据并进行统一格式转换。

6.根据权利要求5所述的一种集装箱式数据中心，其特征在于：所述第三机柜模块为业务机柜，用于进行集装箱式数据中心主要的数据处理和存储工作，所述第三机柜模块中设置有业务系统KVM、交换机设备、信息安全设备、多个计算及存储服务器，所述计算及存储服务器、信息安全设备、业务系统KVM通过交换机设备进行网络连接，形成集装箱式数据中心主业务系统。

7.根据权利要求6所述的一种集装箱式数据中心，其特征在于：所述集装箱式数据中心还包括辅助设备，所述辅助设备包括门禁系统、消防控制柜、消防灭火器具、监控摄像头、监控屏幕、温湿度传感器、漏水传感器，所述门禁系统、消防控制柜、消防灭火器具、监控摄像头、监控屏幕、温湿度传感器、漏水传感器均设置在所述设备舱上。

8.根据权利要求7所述的一种集装箱式数据中心，其特征在于：所述主风道为主通道，两个所述热风道分别为第一维修通道、第二维修通道，所述主通道、所述第一维修通道、所述第二维修通道均设置有独立门锁系统，所述门禁系统与主通道的独立门锁系统通信连接。

9.根据权利要求8所述的一种集装箱式数据中心，其特征在于：所述消防灭火器具集成在所述第二机柜模块中。

10.根据权利要求1所述的一种集装箱式数据中心，其特征在于：所述集装箱式数据中心还包括多个空调模块室外机，所述空调模块室外机设置在所述空调外机舱内，每个所述空调模块室外机对应与各所述列间空调模块连接。

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