数据中心供配电系统节能设计研究

任国军　杨志坚

摘 要：供配电系统是数据中心平稳运行的基础与前提，面向数据中心提供照明、新风、精密空调、UPS、网络设备、控制室设备、加湿系统、维修照明、服务器等分类式电源支持，也是数据中心系统内能耗巨大的一个部分。如何实现数据中心供配电系统的节能目标是备受各方人员重视的问题之一。本文即重点针对数据中心供配电系统节能设计方面的相关问题进行分析与研究，望能够促进数据中心供配电系统节能效益目标的实现。

关键词：数据中心；供配电系统；节能；设计

中图分类号： TM7 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）18-186-2

0 引言

建设面向大数据和云服务的数据中心，是物联网和智慧城市的信息基础。如今的数据中心正面临着一个异常现实而又紧迫的问题：能源危机。大量服务器和交换机的应用，尽管如今的服务器和交换机的规模要比之前小得多，但能源消耗量却在大幅增加。越来越多的高密度计算设备放置在一个较小的空间内，使电源密度和热量到达临界水平，常常导致无法有效地对现有设备进行冷却，出现系统故障，或是无法添加其他设备。因此在数据中心供配电系统的建设运行过程中，必须高度重视节能设计策略的应用，以能源节约为中心目标，兼顾数据中心供配电系统的安全稳定运行与节能效益双重目标的实现。

1 设计需求

数据中心供配电系统设计需求主要为：第一，数据中心供配电系统相关设备应当按照容错系统标准进行配置，在数据中心供配电系统正常运行过程中，不得因外部电源终端、设备故障、误动拒动以及其他因素导致供配电系统的正常运行受影响；第二，不间断电源系统应当按照2N标准配置且备用电池连续应用时间应达到15分钟以上；第三，应选用柴油式发电机作为数据中心供配电系统内后备电源，并根据实际情况进行灵活切换。

2 节能设计要点

照明系统设计中：根据现行《电子信息系统机房设计规范》标准要求，数据中心主要场所照度标准如表1所示。

信息化机房照明系统照度要求需达到500lx以上，其他辅助区域照度要求则应达到300lx以上。为此，在数据中心机房内，照明装置优先选用双管格栅LED灯，按照>500lx标准设计照度，机房配电室以及电池间则按照>300lx标准设计照度，应急照明照度设计值则应按照>50lx标准设计。应急照明部分应有UPS专用电源提供供电支持，覆盖机房各个死角区域。同时，为方便数据中心机房上机人员紧急处理存盘后紧急撤离，必须在机房出口各个楼道位置设置标志灯，标志灯供电电源为自带蓄电池，要求在紧急情况下延时达到90分钟以上。机房内其他相关机具则选用智能化系统控制，根据数据中心工作人员实际需求对场景进行调整，以平衡照明与节能效果，其他辅助区域选用分组、分区控制模式，以达到良好的节能效果。

在防雷接地设计中，数据中心供配电系统机房接地系统应当与大楼联合接地，接地系统接线方式为TN-S式，独立设置地线与零线，在正常情况下PE线无负荷电流，与PE线路相连相关供配电设备金属外壳正常情况下不带电运行，防雷接地性能安全可靠。机房内应沿机柜以及墙壁布置30×3铜带，铜线截面积建议控制为6.0mm2，活动地板下方则选用截面积为25.0mm2编织式铜线进行敷设，形成间距<1.2m的网格系统，并与均压等电位带连接形成等电位接地网络，使机房内相关设备经铜线实现与等电位接地网络的可靠连接。

当前大部分数据中心机房UPS在各种负载工况下均全部投入运行，但对于初级机房的轻负载状态而言有非常大的能源浪费问题，且潜在并机系统震荡、UPS故障等问题。针对该问题，从降低能耗的角度上来看，可以在数据中心机房UPS系统中尝试引入绿色休眠节能技术，即当机房负载水平偏低时，根据负载大小调控UPS投入台数，以满足n+1冗余供电为前提，退出多余UIPS并进入休眠状态。数据中心机房管理人员可以根据机房负载水平变化的容滞回线预先设置UPS投入/退出限制，实现对休眠/唤醒功能的自动调控。通过对该技术手段的应用，能够在有效降低数据中心机房能耗水平的同时，提高UPS供电系统可靠性。

数据中心可以通过引入240V高压直流供电的方式或将240V高压直流供电与市电直供相结合，以达到节能降耗的目的。相较于UPS系统而言，高压直流供电模式下省略了逆变器环节，通过控制转换步骤的方式提高系统电能转化效率。在数据机房的实际应用中，采用240V高压直流供电方案下，电池直接挂在服务器输入端，无需经过逆变环节处理，因此可实现连续不间断的供电，同时设计方案采用模块化结构，维护简单且方便，系统扩容性能好，对降低数据中心PUE指标水平有重要价值，为数据中心节能降耗提供了新的思路与途径。

在有关机房空调配电系统的设计中，应设计两套配电系统面向机房相关设备进行交叉式配电，其基本结构如图1所示（见图1）。在空调配电系统中，可通过在空调机组外设置压力传感器的方式，及时采集送风区间内送风压力的变化趋势，经控制器计算后得到理论转速需求，按照该数据对组网内机组控制指令进行分配，以合理控制机房内风机转速，避免出现机房耗电量增大的问题，达到节能设计的目标。

3 结束语

目前我国数据中心产业虽然已经开始呈现出向规模化、集中化、绿色化、布局合理化发展的趋势，政府采购云服务也涌现出一些成功的案例。但总体来看，目前全国数据中心产业仍存在一些问题。仍有一半以上的数据中心设计PUE没有达到1.5的规划要求，特别是中小型数据中心在绿色节能方面差距较大，同时数量庞大的老旧数据中心改造任务也颇为艰巨。在数据中心容量日益增加的今天，提高能源利用效率是解决数据中心能源危机的最佳途径。本文即重点针对数据中心供配电系统节能设计方面的相关问题进行分析与探讨，望能够促进数据中心供配电系统节能效益目标的实现。

参 考 文 献

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