1 前 言

1.1 市场背景

数据中心，顾名思义，是数据集中存储和管理的中心。在信息技术突飞猛进及业务集中、数据集中的大背景下，各行业的业务数据急剧增长，数据类型也正发 生着巨大变化，海量数据、管理复杂、连续性要求高等成为数据中心的共有特点。据统计，超过70% 的全球排名前1000 企业都有在今后5 年内新建或扩建数据中心的计划。

传统数据中心在能耗、效率、资源整合、快速响应等方面受到诸多挑战。如何在短时间内快速、高效地完成对数据中心的扩容部署以满足业务集中及发展需要，同时兼顾绿色节能和低碳经济，成为IT 规划及管理的首要问题。模块化、高能效的集装箱式机房正迎合了市场的新需求。

由北京天地云箱科技有限公司设计生产的集装箱式绿色机房——云箱系列产品，具有高密度、低能耗、快速部署、良好扩容性等特点，这些优势使其成为未来极具竞争力的数据中心解决方案。

1.2 行业相关标准

集装箱式机房遵循行业相关的国内、外标准与规范，主要包括：

《电子信息系统机房施工及验收规范》GB 50462-2008 ；
《电子信息系统机房设计规范》GB 50174-2008 ；
《中华人民共和国通信行业防雷接地标准与移动通信及网络系统的防雷》；
《国际综合布线标准》EIA/TIA 568；
《数据中心电信基础设施标准》-- TIA-942 标准 ；
《综合布线系统工程设计规范》GB50311-2007；
《电子计算机机房设计规范》GB50174-93 防雷防静电篇；
《火灾自动报警系统设计规范》（GB 50116-98）；
《洁净气体灭火系统设计规范》(NFPA-2001) 。

2 产品介绍

云箱是北京天地云箱科技有限公司（以下简称“天地云箱”）设计生产的集装箱式机房系列产品的统称，其利用集装箱为载体，在集装箱中放置机房运行环境所需的各种设备，比如动力设备、制冷设备、消防设备、监控设备等。

2.1 云箱设计理念

云箱整体采用了模块化的设计理念，因此也被称为“模块化数据中心”。模块化是指云箱由若干相互独立的模块构成，每个模块具备机房运行中的一个或多个系统功能，这些即插即用的功能模块通过简单组装就能构成完整的机房运行环境。

模块化有下列优点：

• 扩容方便，可通过增加模块来达到扩容，方式简便、节约能源和投资成本；
• 布置灵活，单元模块可分离安装；
• 升级方便，维护简易，更换或添加某些模块即可完成升级和维护。

2.2 云箱功能

云箱从功能上分为4 个模块：IT 模块、动力模块、热管理模块、监控模块。

• IT 模块实现对数据信息的集中处理、存储、传输、交换、管理，含有计算机设备、服务器设备、网络设备、通信设备、存储设备等关键设备；
• 动力模块实现对云箱的供配电管理，含有ATS、UPS、配电单元、电池单元；
• 热管理模块实现对云箱内部温湿度管理，可采用多种热管理方式进行实现；
• 监控模块实现对云箱内部设备运行状态以及环境变化的实时监控。

云箱功能模块图

2.3 云箱结构

云箱主要结构分为集装箱模块、服务器机柜模块、动力模块、热管理模块、监控模块、消防模块等六个部份。

云箱结构框架图

• 集装箱模块为集装箱箱体，为云箱产品的其他功能模块提供安装接口，是整个数据中心的结构载体；
• 服务器机柜模块主要放置IT 设备，包括服务器、网络设备、交换设备、通讯设备、存储设备等；
• 动力模块主要包括ATS、UPS、配电单元等；
• 热管理模块主要是为整个机房提供制冷的设备，如液冷设备、精密空调等；
• 监控模块主要为监控设备和监控系统，如摄像头、温湿度传感器、烟感、门禁等；
• 消防模块主要为灭火器及相关探测设备。

2.4 云箱优势

高密度：云箱通过采用创新性的冷却技术，可以实现比传统数据中心更高的计算密度，其单机柜计算功率为传统机柜的5 倍，从而可以节省75% 的空间，降低占地面积，节省基础设施建设费用。

低碳节能：通过采用全封闭空间内的高效制冷技术，云箱能够极大缩短冷、热气流的路径，确保制冷量得到最充分的利用，从而使能源效率大大提高，PUE 值可降至1.3 以下。相较于传统数据中心，提供相同的计算功率，云箱耗电量可降低50％，极大降低了运营成本。

快速部署：基于自身特点及优势，云箱在图2-4 中的虚线框内的建设流程可大大提速，传统数据中心需要1-2 年的建设周期，云箱可在4-8 周内完成部署，为企业快速增加存储和计算能力，以满足业务发展和转型需要，极大提升企业运营管理效率及市场竞争力。

数据中心建设流程

绝佳定制：云箱系列产品可进行定制化配置，以满足多样化需求。云箱的工程设计允许装配刀片式与传统机架式服务器及网络设备，依据客户需求而定制，产品配置可侧重于计算、存储或混合功能。

快捷扩展：云箱的模块化设计理念，使其能够非常迅速便捷地实现对软、硬件的升级扩展，这样客户就可以按照近期需求投资建设机房，未来可随需求增长快速扩容。这种分阶段的机房建设，可以大大降低企业的资金压力，集中发展企业核心竞争力。

可移动：云箱采用全球统一标准尺寸的集装箱为载体，能够适应目前所有的集装箱运输方式，海、陆、空都可无缝接合。

3 关键技术

3.1 集装箱技术

云箱采用集装箱作为结构载体，主要利用了集装箱以下优点：

• 运输、搭建方便: 适用汽车、轮船等多种交通工具，方便运输到任意指定地点，并随时可以搭建，不用考虑传统土建机房的过长周期和高昂成本；
• 占地少，选址灵活：几乎可堆放在任意需要的位置，不需要传统土建机房的土地申请及整理等环节，极大提高效率。
• 云箱主要采用20 英尺和40 英尺两种形式集装箱，可按不同要求配置。

3.2 导轨技术

机房日常运营、维护中，对服务器机柜的操作非常频繁，但集装箱内部空间，在放入大量设备后，就会导致操作不便。为解决这个问题，云箱采用了可移动式 导轨结构( 导轨+ 滑块) 安装服务器机柜，将机柜安装于导轨滑块上，可以根据需要前后移动，以扩大维护人员的操作空间。机柜位置确定后，限制滑块即可固定机柜。

导轨示意图

3.3 动力系统

云箱的动力系统主要由ATS 单元、UPS 单元、配电单元构成。其中ATS 单元主要实现市电主备供电线路的输入与切换功能；UPS 单元主要是为服务器、网络、存储等IT 设备提供不间断电源，并可实现服务器双回路供电要求；配电单元主要分配每条供电线路的电能，并对该线路的电能进行监控和管理。

动力系统框架图

双路供电电源自动切换：在由两路来自不同系统作为主备电源输入的系统中，当主电源突然掉电后，能自动切换至备用电源；当主电源恢复后，系统又能自动切换到主电源的设备与功能。

UPS 供电：UPS 是利用电池化学能作为后备能量，在市电断电或发生异常等电网故障时，不间断地为用户设备提供电能的一种能量装置。

双回路供电：双回路供电是能为带有双路电源输入的设备提供两路不同系统电源的供电系统，其中电源切换在服务器设备内部实现；通过STS 设备为单电源设备提供双电源支持 。

双回路供电系统

3.4 制冷技术

云箱制冷系统由液冷系统（包括CDU、水冷背板、冷水机组）和精密空调组成。其中液冷系统为IT柜提供制冷量，精密空调为动力柜提供恒温湿控制功能。

3.4.1 云箱制冷的基本设计原则

根据使用要求与实际条件进行设计：制冷装置有多种类型，云箱的装置设计要充分考虑使用要求与实际条件，并据此选择适当的制冷方法，确定制冷装置类型，并进行设计计算；

确保在要求工况范围内的稳定性：在云箱的制冷装置设计过程中，完成特定工况下的各种计算后，还必须进行非设计工况校核工作。如果校核工况的计算表明，设计装置不能满足所有工况下的要求，则必须修正原有设计；

寻求性能与经济性的最佳平衡：设计时对装置的优化主要包括两个方面: 一是性能，二是经济性，云箱的制冷系统要寻求两者之间的最佳平衡点；

保证运行的安全性和绿色环保：安全性是云箱制冷系统设计过程中的一项重要指标，它包括制冷剂和制冷设备的安全性，既要确保制冷系统的安全性，也要重视对环境的保护。

3.4.2 云箱液冷系统

液冷系统主要包括：水冷背板、CDU 冷水分配单元和冷水机组三个部分。

3.4.2.1 水冷背板

水冷背板是一种直接安装于机柜后门的散热终端，它具有以下特点：

• 通过高压软管与CDU 连接形成一个闭合的水路循环；
• 最短路径直接吸收机柜热量，充分利用冷量；
• 取代机柜背门，无占地空间、无机房高度要求；
• 无风扇、无噪音、更少故障点；
• 水路循环采用快速接头安装，方便、安全；
• 与机柜铰链安装，快速省时。

3.4.2.2 CDU 冷水分配单元

CDU 是水冷系统中的一个关键部件，它一方面根据各个冷水背板所需的制冷量合理分配冷冻水，另一方面将各个冷水背板送出的高温水统一传输给冷水机组，同时检测整个系统水温、压力、流量、结露点等参数，从而保障箱体内环境恒温，其原理如图所示。

CDU 原理

3.4.2.3 冷水机组

冷水机组主要通过风冷方式将水循环系统中的热量排到室外。为保证水冷系统的冷水供应，水力模块采用双变频水泵冗余技术，根据控制系统实时采集的压力 情况自动调节水泵。通过在冷水机组中加装缓冲水箱，可以有效保证供水压力的稳定。此外，冷水机组还配有自动低温加热功能，即使遇到室外温度过低的极端天气 情况，也可保障送入箱体内冷水温度的平衡。

冷水机组原理

3.4.3 精密空调

动力箱制冷系统由一台温度、湿度分别控制的精密空调组成。

• 控制动力箱的温湿度，保证UPS、ATS 等正常工作；
• 高效可靠的设计方案，保证空调稳定运行；
• 远红外加湿，加湿量恒定；
• “V”型蒸发器，高效换热面积；
• 快速除湿设计；
• 环保设计，兼容R22 和R407C;
• 人性化设计，便于维护管理。

3.5 高密度服务器

机架服务器是工业标准化下的产品，其外观按照统一标准来设计，配合机柜统一使用，以满足企业的服务器密集部署需求。机架服务器的主要作用是节省空 间，一个机柜可以容纳多台机架服务器，不仅减少占用空间，而且也便于统一管理。 机架服务器的宽度为19 英寸，高度以U 为单位（1U=1.75 英寸=44.45 毫米），有1U、2U、3U、4U、5U、7U 几种标准的服务器，最常用的为1U 和2U 两种类型。

机架服务器

4 典型应用

4.1 分离式云箱

分离式云箱的特点是将动力设备(UPS、ATS、配电单元等) 和服务器等电子信息系统设备，分别放置在不同的集装箱内。放置动力设备的集装箱称为动力箱，放置服务器等电子信息系统设备的集装箱称为IT 箱。

某项目分离式云箱布局图

4.2 一体式云箱

将动力设备(UPS、ATS、配电单元等) 和服务器等电子信息系统设备放置在一个集装箱。放置动力设备的区域称为动力区，放置服务器等电子信息系统设备的区域称为IT 区。

一体式云箱示意图

4.3 堆场式集装箱机房

模块化设计理念，使云箱具备了灵活的扩展性，这一特性使云箱在构建大规模堆场式数据中心时拥有独特优势。

用户可自由配置组合动力箱与IT 箱，从而对超大计算能力和存储容量的信息系统实现分阶段弹性部署，这样就可以按照近期需求投资建设机房，不必占用大量现金流，大大降低企业的资金压力，可以集中发展企业核心竞争力。

用户还可实现对数据中心快速扩容，以满足未来业务转型和快速发展需要，信息系统将不再成为制约企业发展的因素。

5 公司简介

5.1 公司概述

北京天地云箱科技有限公司是国内领先的云计算基础设施及系统解决方案供应商，致力于新一代绿色数据中心的设计、开发与生产，向客户提供云计算软、硬件系统的整体解决方案和集成服务，在国内率先推出了集装箱式模块化数据中心。公司总部设于北京云基地，并于南京、台湾及美国硅谷设有研发中心。

5.2 产品创新

天地云箱在借鉴吸收全球知名IT 公司先进技术和经验的基础上进行再创新，自主设计生产出云箱产品。产品系列从10U、20U 的微型数据中心，到由数个42U 标准机柜组成的中小型的数据中心，再到以云箱为单元的堆场式大规模数据中心，能够满足客户多场景、多应用的需求。未来，模块化数据中心将依托其高密度、低 投入、低能耗、快速部署、灵活扩容、随需移动等优势，广泛应用于科研、军事、矿区油田、灾备中心及社区服务等多个领域。

5.3 市场优势

天地云箱采用世界领先的水冷技术作为云箱的制冷方案，极大提高了云箱的制冷效率和功率密度。因此，云箱实现了同样计算能力所需占地面积仅为传统数据中心的25％，运营能耗支出不足传统数据中心的50％，极大节省了数据中心的建设投资和运营成本。

此外，相较于传统数据中心的1 － 2 年的交付周期，云箱快速部署的优势更加明显，可在4 － 8 周内实现交付使用，并可进行快速的弹性扩容，能够极大满足客户因业务转型及迅速发展对信息系统提出的苛刻需求。

云箱的诞生彻底改变了数据中心建设周期长、一次性投入大、能源消耗高、扩展性差的状况，使客户在低投入的情况下，快速、弹性、绿色地部署IT 资源并提供服务。这种改变，不仅可助力中国实现发展低碳节能的绿色信息产业，更将使中国云计算事业加速发展，让更多的人成为丰富、便捷、绿色云计算服务与 应用的直接受益者。