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施耐德數(shù)據(jù)中心論壇|模塊化專題(五) 可擴(kuò)展預(yù)制模塊化數(shù)據(jù)中心成本優(yōu)勢分析

發(fā)表日期:2017-08-11        文章編輯:管理員         閱讀次數(shù):

一、投資成本分析

部署預(yù)制化基礎(chǔ)設(shè)施模塊比使用相同物理基礎(chǔ)設(shè)施組件的傳統(tǒng)部署方式更為快捷和節(jié)約成本,其中原因有很多。由于模塊化的供配電系統(tǒng)和制冷系統(tǒng)是以標(biāo)準(zhǔn)化方式建設(shè)和安裝數(shù)據(jù)中心物理基礎(chǔ)設(shè)施,因此可以大幅地節(jié)省成本。在數(shù)據(jù)中心所需容量的供配電系統(tǒng)和制冷系統(tǒng)的生產(chǎn)、交付和安裝過程中采用的標(biāo)準(zhǔn)化元件能夠?qū)崿F(xiàn)良好的規(guī)模經(jīng)濟(jì)效益。相反,傳統(tǒng)方式則需根據(jù)必須在現(xiàn)場完成的大部分工作專門定制,不同供應(yīng)商提供的不同元件在經(jīng)過定制后集成到一個項目中。盡管預(yù)制模塊化方案中的材料成本或“系統(tǒng)”成本相對較高,但是初始成本的凈節(jié)約值仍然很可觀,具體分析如下:

1. 硬件/軟件成本

硬件/軟件成本包括機(jī)械制冷和電氣的物理基礎(chǔ)設(shè)施硬件(開關(guān)柜、UPS、配電柜、熱交換器、風(fēng)冷冷水機(jī)、泵、過濾器、照明、安保和消防)以及管理和控制系統(tǒng)。對于預(yù)制模塊化設(shè)施來說,這些系統(tǒng)的成本要高出約40%,因為需要購置額外材料(比如集裝箱外殼的成本)以及將硬件,軟件和控制裝置預(yù)組裝/集成到一起所產(chǎn)生的成本。

2. 設(shè)計成本

預(yù)制化基礎(chǔ)設(shè)施模塊首先由研發(fā)人員設(shè)計,經(jīng)過測試,最后投入生產(chǎn)。一旦投入生產(chǎn),設(shè)計就已“確定”并將按照這個設(shè)計交付產(chǎn)品給最終用戶。而在傳統(tǒng)方式下,設(shè)計將有多方參與。電氣承包商、機(jī)械承包商、設(shè)計師、最終用戶、廠務(wù)部門、IT部門和公司高管需要不斷開會討論。設(shè)計思路被反復(fù)推敲和重新設(shè)計,可能還會遇到公司審批流程,而決策往往需要層層批復(fù)。

設(shè)計成本包括兩方面的成本:設(shè)備選型和布局以及場地規(guī)劃和施工。如果采用預(yù)制化基礎(chǔ)設(shè)施模塊,設(shè)備選型和布局在工廠就已經(jīng)完成(計入系統(tǒng)成本),場地規(guī)劃和施工也比傳統(tǒng)方式減少了80%的工作量,因為場地規(guī)劃和施工會更加簡單,只需要四個人員的參與——結(jié)構(gòu)設(shè)計師、土建設(shè)計師、電氣設(shè)計師和建筑師。而在采用傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心建設(shè)方式時,場地規(guī)劃和施工可能會占到項目總成本的5%。

3. 安裝成本

安裝成本包括在現(xiàn)場進(jìn)行的組裝、集成和試運(yùn)行所涉及的所有工作。特別是:

1) 系統(tǒng)項目管理–模塊化設(shè)施項目由于復(fù)雜性降低并且由單一供應(yīng)商提供全部物理基礎(chǔ)設(shè)施,監(jiān)督成本明顯減少(約60%)。

2) 場地準(zhǔn)備和場地項目管理–這項支出包括為水管和電線挖掘的地溝,場地平整和敷設(shè)水泥墊層,以及其它一般性現(xiàn)場支出。不論采用哪種方式,這類支出都存在,因此成本基本上是一樣的。

3) 電源和制冷系統(tǒng)安裝–硬件安裝包括設(shè)備的拆裝、盤點、整理和組裝相關(guān)費用,以及設(shè)備之間的互聯(lián)和系統(tǒng)開機(jī)啟動相關(guān)支出。對于基礎(chǔ)設(shè)施模塊來說,許多此類工作都可以免除(僅需將模塊放到水泥地板上,然后把模塊接入已有的建筑開關(guān)柜,為制冷設(shè)備接上水管,然后啟動系統(tǒng)),因此可以節(jié)省50%以上的安裝成本。此外,由于現(xiàn)場施工相比工廠組裝的成本更高且耗時也更多,預(yù)制化基礎(chǔ)設(shè)施模塊還可相應(yīng)節(jié)省更多的成本。比如,一個工廠生產(chǎn)線上的工人將一組預(yù)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)線纜接入模塊的成本就低于現(xiàn)場由電氣工程師和電工按照“定制”設(shè)計進(jìn)行專門施工。

4) 運(yùn)輸成本–相比運(yùn)送傳統(tǒng)現(xiàn)場安裝系統(tǒng)的單件零件和設(shè)備來說,預(yù)組裝模塊的運(yùn)送成本要低得多。由于運(yùn)送更加簡單且更易整理,運(yùn)送中遭受損失的風(fēng)險相對較低,因此減少了可能增加的損失成本以及不可預(yù)期的時間延誤。

5) 管理/控制系統(tǒng)的安裝和調(diào)試–在傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心內(nèi),管理軟件和控制系統(tǒng)的安裝和調(diào)試是一項大的支出,并且還需支付費用以將管理系統(tǒng)儀表盤/界面集成到供電和制冷基礎(chǔ)設(shè)施中,并且調(diào)試控制系統(tǒng)使其達(dá)到預(yù)期性能(如設(shè)定制冷系統(tǒng)以優(yōu)化節(jié)能模式的工作時數(shù)和能耗)。但鑒于系統(tǒng)控制的復(fù)雜性,對于大多數(shù)定制數(shù)據(jù)中心來說,這是一個永遠(yuǎn)無法實現(xiàn)的終極目標(biāo)。而對于模塊化設(shè)施來說,這部分支出已經(jīng)包含在工廠成本中,軟件和控制系統(tǒng)的調(diào)試和優(yōu)化在工廠內(nèi)已經(jīng)完成標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)置,幾乎不需要任何現(xiàn)場作業(yè),并且數(shù)據(jù)中心的工作性能也得到改進(jìn)。

6) 試運(yùn)行–試運(yùn)行包含對數(shù)據(jù)中心設(shè)計/施工結(jié)果的所有記錄和驗證工作。不同數(shù)據(jù)中心其試運(yùn)行的具體步驟也各不相同,但是通常都包含工廠目擊測試,質(zhì)量保證與質(zhì)量控制,啟動,功能測試以及系統(tǒng)集成測試。對于模塊化設(shè)施來講,工廠目擊測試和質(zhì)量保證這兩個步驟一般認(rèn)為不再需要,因為基礎(chǔ)設(shè)施模塊已經(jīng)是標(biāo)準(zhǔn)化、預(yù)設(shè)計、預(yù)集成和預(yù)測試的完整系統(tǒng)。這可以節(jié)省約25%的成本。

綜上所述,如果數(shù)據(jù)中心選用供電和制冷基礎(chǔ)設(shè)施模塊,那么許多傳統(tǒng)方式的前期設(shè)計和施工管理責(zé)任將從數(shù)據(jù)中心業(yè)主/最終用戶轉(zhuǎn)移到解決方案供應(yīng)商,如下圖所示。在傳統(tǒng)方式下,業(yè)主/最終用戶既負(fù)責(zé)設(shè)計解決方案,安裝組件,向各種供應(yīng)商采購設(shè)備,或者雇傭和管理承包商來完成這項工作。相反,由于設(shè)施供電和制冷模塊已在工廠內(nèi)預(yù)先安裝,業(yè)主/最終用戶可以不再處理這些耗費時間的工作(無需逐一查找所需的設(shè)備,無需管理送貨進(jìn)度,無需或只需與極少的施工承包商接洽)。

二、運(yùn)營成本分析

運(yùn)營成本主要包括如下兩個方面的成本-能源成本和維護(hù)成本,具體分析如下:

1. 能源成本

傳統(tǒng)電氣和制冷的能耗比同等的電源和制冷預(yù)制化基礎(chǔ)設(shè)施模塊的能耗更多。這主要是因為預(yù)制化模塊可以更好地集成供電和制冷系統(tǒng)的控制裝置(當(dāng)與制冷系統(tǒng)的控制裝置協(xié)調(diào)運(yùn)作時,這一優(yōu)點尤其突出)。以冷水機(jī)組的控制為例,冷水機(jī)組、冷卻塔、水泵和閥門的協(xié)同工作的調(diào)試是一項龐大的工作,節(jié)能冷卻模式更進(jìn)一步增加了它的復(fù)雜性。事實上,正是因為其復(fù)雜性所導(dǎo)致的額外能耗增加,很多時候在設(shè)計時會放棄節(jié)能冷卻模式。

控制系統(tǒng)的復(fù)雜性使得傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的PUE很難被預(yù)測。但是基礎(chǔ)設(shè)施模塊的PUE是可預(yù)測的,因為設(shè)備采用標(biāo)準(zhǔn)化元器件已預(yù)先測試,控制裝置已提前完成相互協(xié)調(diào)工作的調(diào)試。將一個1MW的傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心建設(shè)在美國密蘇里州圣路易斯市內(nèi),負(fù)載率在50%,平均功率密度為6kW每機(jī)架,并配置高架地板、冷水機(jī)組、變頻器(VFD)、水控裝置以及節(jié)能冷卻模式,它的PUE一般為1.75??膳c之相對應(yīng)的預(yù)制模塊化數(shù)據(jù)中心已經(jīng)過測試和分析,其測得的PUE可為1.4或更佳,反映在電費上即是預(yù)制模塊化數(shù)據(jù)中心可以節(jié)約20%的電費。

下圖所示為前期設(shè)計建造的數(shù)據(jù)中心PUE與隨負(fù)載增加而擴(kuò)建的數(shù)據(jù)中心PUE的比較圖。在數(shù)據(jù)中心生命周期早期,由于負(fù)載很小,預(yù)先建造的數(shù)據(jù)中心會產(chǎn)生很大的能效代價。對于現(xiàn)實建造的數(shù)據(jù)中心,按需規(guī)劃最多可削減電費50%。按需規(guī)劃帶來的顯著經(jīng)濟(jì)效益是數(shù)據(jù)中心行業(yè)向模塊化、可擴(kuò)展基礎(chǔ)設(shè)施解決方案發(fā)展的一個關(guān)鍵因素。

2. 維護(hù)成本

成本節(jié)省的機(jī)會在于模塊化設(shè)施的維護(hù)成本的降低。雖然現(xiàn)在必須在更為緊湊的空間里實施維護(hù)工作,但是最終用戶可以通過簽訂“一站式”預(yù)制化模塊維護(hù)服務(wù)來節(jié)約成本。最終用戶無需與多個供應(yīng)商簽署不同的條款,而只需要簽署一份合同就可以獲得一個或兩個“大型”預(yù)制化基礎(chǔ)設(shè)施模塊的完整維護(hù)服務(wù)。在這種情況下,將由一家承包商全面負(fù)責(zé)基礎(chǔ)設(shè)施模塊的正常運(yùn)行。這種方法非常簡便,因為數(shù)據(jù)中心業(yè)主不再需要自己花費時間去追溯哪個供應(yīng)商應(yīng)該負(fù)責(zé)處理意外事故。在傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心,許多零件和部件(水管、電氣裝置、電源系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)和機(jī)架)通常由多家不同的供應(yīng)商提供維護(hù)支持而他們之間相互推諉責(zé)任的情況時常發(fā)生。軟件/管理升級也可以節(jié)省成本。由于不再需要為大量產(chǎn)品分別定制代碼,數(shù)據(jù)中心設(shè)施供電和制冷模塊可以讓用戶一次性對標(biāo)準(zhǔn)固件進(jìn)行整體升級。

 

三、成本比較舉例

下面我們將假設(shè)兩個實際IT負(fù)載一樣大小的數(shù)據(jù)中心,一個是采用傳統(tǒng)方法建設(shè)的數(shù)據(jù)中心,另外一個是采用預(yù)制模塊化方法建設(shè)的數(shù)據(jù)中心,如下表所示:

相比之下,預(yù)制模塊化數(shù)據(jù)中心所獲得的成本效益是顯而易見的。預(yù)制化設(shè)施模塊的模塊化性質(zhì)決定了擴(kuò)容和按需規(guī)劃能夠恰如其分地滿足數(shù)據(jù)中心的實際負(fù)載需求。這一性質(zhì)經(jīng)與當(dāng)今的配電和供冷技術(shù)相結(jié)合,獲得的結(jié)果是:比傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的TCO節(jié)省近30%(其中,資本支出27.2%,運(yùn)營成本31.6%)。投資成本的節(jié)省如下圖所示:

運(yùn)營成本的節(jié)省如下圖所示:

 

四、成本之外的優(yōu)勢分析

除成本節(jié)省這一優(yōu)勢以外,數(shù)據(jù)中心業(yè)主還有其它原因去支持其采購預(yù)制化基礎(chǔ)設(shè)施模塊:

1)  可預(yù)測的效率–基礎(chǔ)設(shè)施模塊根據(jù)設(shè)計中的實測數(shù)據(jù)可以讓用戶將預(yù)期效率載入規(guī)格書,讓制造商公開該預(yù)期效率。這種可預(yù)測性對于注重能效的公司來說非常具有吸引力。

2)  移動性–如果可移動性作為一個考慮指標(biāo),那么預(yù)制化基礎(chǔ)設(shè)施模塊在這方面將有不錯表現(xiàn)。假設(shè)一家公司需要部署數(shù)據(jù)中心供電和制冷設(shè)備,但是它的場地租期只有18個月。如果場地租期到期后不續(xù)約,這家公司就需要將他們的物理基礎(chǔ)設(shè)施(供電和制冷)搬走而不是將它們丟棄在原租賃的場地。

3)  其它財務(wù)利益–從財務(wù)角度來說,預(yù)制化基礎(chǔ)設(shè)施模塊應(yīng)被歸入“設(shè)備”類別而不是“建筑”類別。這很可能會帶來一些稅費,保險和財務(wù)方面的利益。當(dāng)然,各地和各區(qū)的稅法、保險政策和采購/租賃合同各有不同。因此,應(yīng)事先確認(rèn)這類財務(wù)收益在您的具體狀況下是否存在。

4)  緩解不確定性–如果未來增長存在高度不確定性,預(yù)制化基礎(chǔ)設(shè)施模塊將是一個可行的選項。它的擴(kuò)展靈活性和按需配置的特點可以幫助將風(fēng)險降到最低。

5)  加快部署速度–傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心從概念設(shè)計到試運(yùn)行,再到交付可能需要花費2年的時間。而安裝啟用速度對業(yè)務(wù)而言往往非常關(guān)鍵。那些期望數(shù)據(jù)中心能夠盡早交付使用的用戶公司非常看重時間成本(比如,期望將新產(chǎn)品首家推出市場的公司)。而預(yù)制模塊化數(shù)據(jù)中心從概念設(shè)計到試運(yùn)行只需不到傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心一半的部署時間。

6)  簡化培訓(xùn)–基礎(chǔ)設(shè)施模塊可以極大程度上簡化對工作人員的培訓(xùn),因為模塊全部采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計并使用系統(tǒng)級別的界面進(jìn)行操作。這樣工作人員變動時,對數(shù)據(jù)中心造成的風(fēng)險較小。

 

五、結(jié)論

傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的設(shè)計一般都會有意多預(yù)留部分容量,因為后期對運(yùn)行中的數(shù)據(jù)中心內(nèi)的供電和制冷容量進(jìn)行擴(kuò)容難度較大,成本較高。這往往會因人們過于保守而影響容量規(guī)劃,然后導(dǎo)致產(chǎn)生過高的前期投資成本以及數(shù)據(jù)中心長期運(yùn)行效率低下的后果。另一方面,預(yù)制化設(shè)施模塊采用標(biāo)準(zhǔn)的模塊化架構(gòu),這使得根據(jù)實際的動態(tài)需求來增容或降容的操作更便捷,其合理部署有助于杜絕產(chǎn)生浪費資源的過度規(guī)劃傾向。與現(xiàn)今投入運(yùn)行、過度規(guī)劃的常見數(shù)據(jù)中心相比,模塊化架構(gòu)經(jīng)與高效的集成式供電和制冷技術(shù)相結(jié)合,可實現(xiàn)節(jié)省30%總擁有成本的目標(biāo)。

 

文章摘自施耐德電氣信息技術(shù)

 

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