任國(guó)軍　楊志堅(jiān)

摘 要：供配電系統(tǒng)是數(shù)據(jù)中心平穩(wěn)運(yùn)行的基礎(chǔ)與前提，面向數(shù)據(jù)中心提供照明、新風(fēng)、精密空調(diào)、UPS、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、控制室設(shè)備、加濕系統(tǒng)、維修照明、服務(wù)器等分類(lèi)式電源支持，也是數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)內(nèi)能耗巨大的一個(gè)部分。如何實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)的節(jié)能目標(biāo)是備受各方人員重視的問(wèn)題之一。本文即重點(diǎn)針對(duì)數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)方面的相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行分析與研究，望能夠促進(jìn)數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)節(jié)能效益目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)中心；供配電系統(tǒng)；節(jié)能；設(shè)計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào)： TM7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1673-1069（2016）18-186-2

0 引言

建設(shè)面向大數(shù)據(jù)和云服務(wù)的數(shù)據(jù)中心，是物聯(lián)網(wǎng)和智慧城市的信息基礎(chǔ)。如今的數(shù)據(jù)中心正面臨著一個(gè)異?，F(xiàn)實(shí)而又緊迫的問(wèn)題：能源危機(jī)。大量服務(wù)器和交換機(jī)的應(yīng)用，盡管如今的服務(wù)器和交換機(jī)的規(guī)模要比之前小得多，但能源消耗量卻在大幅增加。越來(lái)越多的高密度計(jì)算設(shè)備放置在一個(gè)較小的空間內(nèi)，使電源密度和熱量到達(dá)臨界水平，常常導(dǎo)致無(wú)法有效地對(duì)現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行冷卻，出現(xiàn)系統(tǒng)故障，或是無(wú)法添加其他設(shè)備。因此在數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)的建設(shè)運(yùn)行過(guò)程中，必須高度重視節(jié)能設(shè)計(jì)策略的應(yīng)用，以能源節(jié)約為中心目標(biāo)，兼顧數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行與節(jié)能效益雙重目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

1 設(shè)計(jì)需求

數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求主要為：第一，數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備應(yīng)當(dāng)按照容錯(cuò)系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行配置，在數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)正常運(yùn)行過(guò)程中，不得因外部電源終端、設(shè)備故障、誤動(dòng)拒動(dòng)以及其他因素導(dǎo)致供配電系統(tǒng)的正常運(yùn)行受影響；第二，不間斷電源系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)按照2N標(biāo)準(zhǔn)配置且備用電池連續(xù)應(yīng)用時(shí)間應(yīng)達(dá)到15分鐘以上；第三，應(yīng)選用柴油式發(fā)電機(jī)作為數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)內(nèi)后備電源，并根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行靈活切換。

2 節(jié)能設(shè)計(jì)要點(diǎn)

照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)中：根據(jù)現(xiàn)行《電子信息系統(tǒng)機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)要求，數(shù)據(jù)中心主要場(chǎng)所照度標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

信息化機(jī)房照明系統(tǒng)照度要求需達(dá)到500lx以上，其他輔助區(qū)域照度要求則應(yīng)達(dá)到300lx以上。為此，在數(shù)據(jù)中心機(jī)房?jī)?nèi)，照明裝置優(yōu)先選用雙管格柵LED燈，按照>500lx標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)照度，機(jī)房配電室以及電池間則按照>300lx標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)照度，應(yīng)急照明照度設(shè)計(jì)值則應(yīng)按照>50lx標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。應(yīng)急照明部分應(yīng)有UPS專(zhuān)用電源提供供電支持，覆蓋機(jī)房各個(gè)死角區(qū)域。同時(shí)，為方便數(shù)據(jù)中心機(jī)房上機(jī)人員緊急處理存盤(pán)后緊急撤離，必須在機(jī)房出口各個(gè)樓道位置設(shè)置標(biāo)志燈，標(biāo)志燈供電電源為自帶蓄電池，要求在緊急情況下延時(shí)達(dá)到90分鐘以上。機(jī)房?jī)?nèi)其他相關(guān)機(jī)具則選用智能化系統(tǒng)控制，根據(jù)數(shù)據(jù)中心工作人員實(shí)際需求對(duì)場(chǎng)景進(jìn)行調(diào)整，以平衡照明與節(jié)能效果，其他輔助區(qū)域選用分組、分區(qū)控制模式，以達(dá)到良好的節(jié)能效果。

在防雷接地設(shè)計(jì)中，數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)機(jī)房接地系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)與大樓聯(lián)合接地，接地系統(tǒng)接線方式為T(mén)N-S式，獨(dú)立設(shè)置地線與零線，在正常情況下PE線無(wú)負(fù)荷電流，與PE線路相連相關(guān)供配電設(shè)備金屬外殼正常情況下不帶電運(yùn)行，防雷接地性能安全可靠。機(jī)房?jī)?nèi)應(yīng)沿機(jī)柜以及墻壁布置30×3銅帶，銅線截面積建議控制為6.0mm2，活動(dòng)地板下方則選用截面積為25.0mm2編織式銅線進(jìn)行敷設(shè)，形成間距<1.2m的網(wǎng)格系統(tǒng)，并與均壓等電位帶連接形成等電位接地網(wǎng)絡(luò)，使機(jī)房?jī)?nèi)相關(guān)設(shè)備經(jīng)銅線實(shí)現(xiàn)與等電位接地網(wǎng)絡(luò)的可靠連接。

當(dāng)前大部分?jǐn)?shù)據(jù)中心機(jī)房UPS在各種負(fù)載工況下均全部投入運(yùn)行，但對(duì)于初級(jí)機(jī)房的輕負(fù)載狀態(tài)而言有非常大的能源浪費(fèi)問(wèn)題，且潛在并機(jī)系統(tǒng)震蕩、UPS故障等問(wèn)題。針對(duì)該問(wèn)題，從降低能耗的角度上來(lái)看，可以在數(shù)據(jù)中心機(jī)房UPS系統(tǒng)中嘗試引入綠色休眠節(jié)能技術(shù)，即當(dāng)機(jī)房負(fù)載水平偏低時(shí)，根據(jù)負(fù)載大小調(diào)控UPS投入臺(tái)數(shù)，以滿足n+1冗余供電為前提，退出多余UIPS并進(jìn)入休眠狀態(tài)。數(shù)據(jù)中心機(jī)房管理人員可以根據(jù)機(jī)房負(fù)載水平變化的容滯回線預(yù)先設(shè)置UPS投入/退出限制，實(shí)現(xiàn)對(duì)休眠/喚醒功能的自動(dòng)調(diào)控。通過(guò)對(duì)該技術(shù)手段的應(yīng)用，能夠在有效降低數(shù)據(jù)中心機(jī)房能耗水平的同時(shí)，提高UPS供電系統(tǒng)可靠性。

數(shù)據(jù)中心可以通過(guò)引入240V高壓直流供電的方式或?qū)?40V高壓直流供電與市電直供相結(jié)合，以達(dá)到節(jié)能降耗的目的。相較于UPS系統(tǒng)而言，高壓直流供電模式下省略了逆變器環(huán)節(jié)，通過(guò)控制轉(zhuǎn)換步驟的方式提高系統(tǒng)電能轉(zhuǎn)化效率。在數(shù)據(jù)機(jī)房的實(shí)際應(yīng)用中，采用240V高壓直流供電方案下，電池直接掛在服務(wù)器輸入端，無(wú)需經(jīng)過(guò)逆變環(huán)節(jié)處理，因此可實(shí)現(xiàn)連續(xù)不間斷的供電，同時(shí)設(shè)計(jì)方案采用模塊化結(jié)構(gòu)，維護(hù)簡(jiǎn)單且方便，系統(tǒng)擴(kuò)容性能好，對(duì)降低數(shù)據(jù)中心PUE指標(biāo)水平有重要價(jià)值，為數(shù)據(jù)中心節(jié)能降耗提供了新的思路與途徑。

在有關(guān)機(jī)房空調(diào)配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，應(yīng)設(shè)計(jì)兩套配電系統(tǒng)面向機(jī)房相關(guān)設(shè)備進(jìn)行交叉式配電，其基本結(jié)構(gòu)如圖1所示（見(jiàn)圖1）。在空調(diào)配電系統(tǒng)中，可通過(guò)在空調(diào)機(jī)組外設(shè)置壓力傳感器的方式，及時(shí)采集送風(fēng)區(qū)間內(nèi)送風(fēng)壓力的變化趨勢(shì)，經(jīng)控制器計(jì)算后得到理論轉(zhuǎn)速需求，按照該數(shù)據(jù)對(duì)組網(wǎng)內(nèi)機(jī)組控制指令進(jìn)行分配，以合理控制機(jī)房?jī)?nèi)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，避免出現(xiàn)機(jī)房耗電量增大的問(wèn)題，達(dá)到節(jié)能設(shè)計(jì)的目標(biāo)。

3 結(jié)束語(yǔ)

目前我國(guó)數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)雖然已經(jīng)開(kāi)始呈現(xiàn)出向規(guī)?；⒓谢?、綠色化、布局合理化發(fā)展的趨勢(shì)，政府采購(gòu)云服務(wù)也涌現(xiàn)出一些成功的案例。但總體來(lái)看，目前全國(guó)數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)仍存在一些問(wèn)題。仍有一半以上的數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)PUE沒(méi)有達(dá)到1.5的規(guī)劃要求，特別是中小型數(shù)據(jù)中心在綠色節(jié)能方面差距較大，同時(shí)數(shù)量龐大的老舊數(shù)據(jù)中心改造任務(wù)也頗為艱巨。在數(shù)據(jù)中心容量日益增加的今天，提高能源利用效率是解決數(shù)據(jù)中心能源危機(jī)的最佳途徑。本文即重點(diǎn)針對(duì)數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)方面的相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行分析與探討，望能夠促進(jìn)數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)節(jié)能效益目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 劉莉馨，楊宏宇.數(shù)據(jù)中心機(jī)房電氣設(shè)計(jì)的相關(guān)要點(diǎn)[J].智能建筑電氣技術(shù)，2011，05（5）：13-18.

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