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数据中心供配电系统节能设计分析

2017.12.10

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张林冲

(广东省电信规划设计院有限公司南京分公司,江苏 南京 210029)

摘 要:文章分析了数据中心供配电系统常用的设计标准和等级,同时阐述了数据中心供配电系统的设计需求,最后结合多年的工作实践经验,针对当前所要求的节能设计方面有关的设计要点进行分析与阐述。旨在提升整个数据中心供配电系统的节能设计水平,高效保证系统运行的稳定性。

关键词:数据中心;供配电系统;节能设计要点

1 分析设计标准和等级

现阶段针对国内数据中心供配电系统节能设计有关的参照等级与标准较多,除了基本的计算站场地的安全要求、工业民用供电系统设计实施规范以外,还包括通用性用电设备设计准则等。一般说来,数据中心在对供配电系统展开节能设计时,必须将数据中心有关的使用性质以及管理要求作为设计基础,此外还应重视因中断网络而造成的经济损失、社会影响等问题。可以这样说,只有明确设计机房的等级,围绕等级制定相应的设计标准及选定最适宜的供配电系统,方可确保系统节能设计契合设计标准。根据现阶段我国出台的《电子信息系统机房设计规范》,在设计前应当将机房划分成三个等级,即基本级、容错级和冗余级。

2 分析节能设计需求

当前的经济水平与精神文明已非常发达,而在这样一个时代背景之下,人们对“绿色、环保”等要求越来越高,而文章重点将要阐述的是数据中心供配电系统有关的节能环保设计。

首先应明确节能环保的设计需求,结合多年的工作经验,我们认为节能设计可以归纳成两部分,第一是数据中心供配电系统应当配备有后备电源,一般建议选择柴油式发电机,但需注意的是具体应选用哪种类型的后备电源,应该根据现场的实际情况来定;第二是应根据容错系统实际的执行标准来配置数据中心供配电系统所需要的各种设备,且在数据中心供配电系统维持正常运行状态之时,就应做好误动拒动、外部电源终端故障以及设备故障等处理工作,切不可影响到整个系统的正常运行。

3 分析系统节能设计要点

3.1 空调配电系统设计

首先针对数据中心供配电系统空调系统运行特性,在节能设计之初我们参考了《电气装置工程施工及验收规范》《采暖通风与空气调节设计规范》《建筑设计防火规范》以及《公共建筑节能设计标准》等一系列国家标准。其次针对现有空调配电系统运行状态,第一步需要做的是控制好环境温度,即降低系统内部温度,而后在环境温度较低的情况下,机柜自然会达到降温冷却的效果。加之在冷却环节,空调系统自身所存在的能量也会因受到温度冷却的影响而逐渐消散,而这又是一个非直接降温的过程,即符合节能设计要求。通过对封闭机柜柜门和送风管等构件的改造,空调冷风能够被直接输送到每一个机柜中,尤其是经过精密设计后的送风风压、温度,每一个机柜内的风道阀门均能有效控制送风量,这样一来同样起到了降低空调能耗的效果。科学设计后的空调系统化,在运行过程中原有的气流组织不再经过机柜,也不会受到热量交换的影响而出现短路问题,这同样有助于节能目标的实现。

具体说来,针对上送风机系统的改造,首先是在现有的送风口以及送风管道的基础上,适当增加风口与风管的数量,这样冷气便会直接被输送到机柜门上方;随后重新对封闭式柜门进行设计,使其更加符合机柜真实要求。在设计环节,我们在封闭式机柜门的中间重新增加了顶部送风口、梯形进送槽等,且上端送风口契合进风口尺寸要求。

正因为传统形式的空调系统在运行过程中难以满足机柜(大功率)制冷的要求,因而只能在设计环节牺牲更多的空间。正如我们所知,机柜(大功率)制冷工程最主要的目的在于保证刀片服务器顺利、稳定的运行,因而就具体的设计来讲,应适当增加机柜数量,确保其在有限空间范围内能够容纳更多的服务器。这样一来既节省了空间,又起到了节能目的,并且在一定程度上降低了初期建设与运行成本。

3.2 照明系统设计

按照现阶段国内所颁布与执行的《电子信息系统的机房设计条例》上的设计标准与要求,数据中心供配电系统中主要场地照明节能设计的标准应当遵循下表,即数据中心供配电系统主要的场所照明节能设计表(如表1所示)。

表1 数据中心供配电系统主要的场所照明节能设计

主要场所 照度标准值(lx)机房中心机房配电室电池间500 300 500 300 300办公室会议室

一般来讲,信息化机房内照明系统的照度应大于500lx,而其他区辅助性区域内的照度应大于300lx。基于此,针对数据中心机房系统内部的照明装置在选择环节,倾向于选用双管格栅LED灯,而选择的标准则应当大于500lx的标准设计照度;机房电池间以及配电室则应大于300lx的标准设计照度;应急照明照度的设计值需大于50lx的标准设计照度。

3.3 模块化UPS系统设计

现阶段绝大部分的数据中心机房所涉及到的UPS均被全部投入到负载工况中运行,然而对于那些初级机房来讲,当处于轻负载状态时,其将面临非常严重的能源浪费问题,此外还会涉及到一定的IPS故障以及并机系统震荡等问题。基于此,想要确保节能设计效果便应当从降低能耗这方面入手,诸如:我们结合国内外经验引进了先进的绿色休眠技能设备与技术,其能够控制好机房负载水平,能够根据机房实际负载的大小来调节UPS应当投入的台数。当前所有的前提均是在满足冗余n+1供电的情况下,多余的UIPS会自动进入休眠状态。

此外数据中心内部的机房管理者还能够根据机房实际的负载水平变化来限制预先回线的容滞UPS究竟应当退出,还是应当投入。可以这样认为,在数据中心内部应用绿色休眠技能技术后,其在降低系统数据中心机房内的能耗水平之时,还能够逐步提升UPS整个供电系统运行的安全性、稳定性。

3.4 高压直流系统设计

与UPS系统不同的是,在供配电系统中应用高压直流供电形式,因受到热能减少及效率提高的影响,原有的空调负荷会逐渐降低,即所起到的节能效果明显优于UPS系统。加之高压直流供电这一模式直接将逆变器环节省略了(通常情况下逆变运行能耗率在5%左右),只需要应用控制转换步骤的办法便能够提高整个系统的电能转化效果。基于此,我们建议在数据机房实际的应用过程中,选择240V的高压直流供电模式,因为其不经过逆变环节,即支持持续性不间断供电,也就有利于降耗节能。

除此之外,高压直流系统还可以选用模块化运行结构,即针对实际输出负载的大小来灵活控制模块开机运行的数量,同时整个整流器模块负载率会保持在一个较高的水平,可控制在80%左右,而一般性1+1的UPS系统或2N系统在通信设备满负荷带载下,最高负载约为40%,而在通信设备建设安装初期,UPS主机的负载率处于更低的水平,同时高压直流系统采用模块的备份方式,可减少蓄电池的数量,降低建设投资,减少电力区面积,增加机房的装机数量。

4 结 论

综上所述,时光推移,国内整个的数据中心产业已逐渐朝着绿色化、规模化、合理化以及集中化的方向发展,而本文主要是从数据中心供配电系统节能设计的标准、等级以及节能设计的实际需求出发,结合多年的工作实践经验,围绕如何有效地进行节能设计作了分析与阐述,主要目的在于提升整个系统的节能设计水平,科学降低能源损耗。

参考文献:

[1]刘元展.数据中心供配电系统可用性设计[D].哈尔滨工业大学,2015.

[2]任国军,杨志坚.数据中心供配电系统节能设计研究[J].中小企业管理与科技(下旬刊),2016(06):186-187.

[3]王志强.大型数据中心供配电系统设计研究[J].电信技术,2014(04):32-37.

[4]朱进涛.新型数据中心供配电系统设计的注意要素[J].信息与电脑(理论版),2017(10):153-154.

[5]陶赟恺.浅议数据中心供配电系统设计[J].科技风,2017(11):211.

Design and Analysis of Energy Saving for Power Supply and Distribution System in Data Center

ZHANG Linchong
(Guangdong Planning & Design Institute of Telecommunication Co.,Ltd.,Nanjing Branch,Nanjing 210029,China)

Abstract:This paper analyzes the design of the distribution system commonly used standard and grade for the data center,and expounds the design requirements of data center power supply system,combined with many years of work experience,aiming at the design points of energy saving design for the current requirement was analyzed and explained.In order to improve the energy saving design level of the whole data center power supply and distribution system,and ensure the stability of the system operation effectively.

Keywords:data center;power supply and distribution system;energy saving design points

中图分类号:TN912.11

文献标识码:A

文章编号:2096-4706(2017)01-0111-02

收稿日期:2017-05-15

作者简介:张林冲,工程师,主要从事通信行业电气和电源设计、数据中心基础设施规划设计工作。

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