模块化UPS+精密空调技术方案

1、 机房UPS及精密空调解决方案一、项目需求机房的面积约93平方米，需求约为160KVA左右，按照需求需要配置2台160KVA以上的 UPS以及总制冷量大于150KW的精密空调，以满足机房信息量的增长与供电制冷的需求变化，UPS以及精密空调必须具有可靠的稳定性，安全性，并具有满足机房未来续期的在线扩容能力，保证机房未来的应用需求。二、UPS解决方案2.1 UPS选型1）采用模块化UPS方案本次项目推荐采用施耐德旗下的APC模块化UPS Symmetra® PX 160kW主机1台，Symmetra® PX 160kW主机柜可最大安装10个功率模块。每个模块功率16KVA/KW

2、,可形成或N+N冗余，例如:91（144KW+16KW）冗余，或82(128KW+32KW)冗余，供电可靠性高达99.9999%，与2台传统UPS并机的可靠性相当。为什么选择模块化UPS ？1. 模块化UPS采用具有高频特性的IGBT功率器件作为整流器，加上输入功率因数校正装置，可以使输入功率因数做到大于0.999，输入端谐波电流THDI小于3%，对电网来说相当于纯线性负载，与发电机组完全兼容，与发电机配比可以做到1:1；2. 模块化UPS的整机效率高达96%，比普通UPS节能3%-5%，且噪音低，放在机房十分安静；3. 模块化UPS考虑到IT负载要不断的适应公司业务的发展，其智能模块、功率模

3、块、电池模块和旁路均采用真正模块化热拔插技术，可以在不停机的情况下实现UPS容量的在线扩容；UPS具有1+1冗余的智能控制模块，并且其功率模块可以在UPS中设置成N+1冗余运行模式，大大提高了系统的可用性。4. 每套UPS主机系统含160KVA输入及输出配电，未来扩容只需增加模块，配电系统不需要进行改造。从而大大减少了扩容时的工程量以及一般UPS扩容需要下电等风险5. 模块化UPS的好处是完全可以按照实际的负载来配置功率模块，使得UPS的输出能力和负载之间的配比处于合理的百分比（即UPS系统的效率高），而不用一次购买庞大的固定功率的传统UPS系统，使得初期UPS的负载量很低导致UPS系统的效率

4、低，运行成本高。2）采用传统固定功率UPS方案本次选型采用2台施耐德Galaxy VM 160KVA UPS，UPS的输出功率因素为0.9，最大可提供144KW满载输出，2台UPS 形成1+1并机供电模式，如下图所示：采用2台UPS的好处就是当1台UPS机器出现故障时，另外一台UPS可以继续工作，机器冗余性高。三、UPS产品介绍3.1 模块化UPS产品介绍 施耐德电气旗下APC by Schneider Electric公司是全球最先研发、设计、制造、推广销售模块化UPS电源的公司，自从1997年推出模块化产品以来，已有500万台以上模块化产品运行在全球各地，拥有模块化UPS的多种专利（如：C

5、AN BUS总线式通讯等）。目前APC by Schneider Electric有七大系列模块化产品，产品功率从2KVA-6400KVA，模块功率从2KVA-200KVA。产品线十分齐全，可以满足不同系统应用要求。Symmetra PX 160KVA UPS系统简介 SymmetraPX160KW安装在42U机柜中；SymmetraPX机柜最多能够支持10个电源模块，向系统提供总共160KVA N+1的容量；可以从机柜的前面对电源模块、静态开关、MIM和RIM智能控制模块、内部低压电源卡进行热插拔操作。电源模块 电源模块实质上是一个不带电池的独立UPS。每一个电源模块最大可支持16KVA/

6、16KW的功率。用户每添加一个电源模块，就可使SymmetraPXUPS增加16KVA/16KW容量（或使UPS的冗余度得到提高）。 SymmetraPX电源模块在输入端使用了IGBT驱动的高频率整流器。这将提供小于2%的输入电流谐波THD，在满负载时小于5%（非线性负载），因此不需要额外安装谐波滤波器；此外，使得系统与柴油发电机连接时，能够更好的匹配。 每个电源模块都含有一个输入和输出开关以及一个数字信号处理（DSP）监控器；如果某个电源模块出现了问题，它可以自动从总线（以及其它电源模块）中隔离出来并进行自我诊断。每个电源模块都有三个大型的散热风扇将气流排出；风扇是按N+1的配置进行排列的，

7、因此可以使可用性达到最优。这就使得SymmetraPX利用了目前典型机架安装式IT设备上常见的散热技术。电源模块的主要部分包括：带输入功率因数校正的PFC电路带有交流断路开关的输出逆变器电池充电器微处理器控制的容错逻辑电路主智能模块 主智能模块(MIM)就是系统的“大脑”，它监视输入功率，使不同模块的输出同步，与外界进行交互并执行故障检测和管理。MIM是SY PX UPS系统的协调器；它负责收集和报告状态信息、配置系统、进行系统诊断、电源和电池管理、系统状态控制和输出电压调节/均流等；MIM通过串行数据线与外界进行接口，该线路通过通信卡分配到最多2个SmartSlot端口、其中一个是计算机端口

8、，和最多2个PowerView显示器。通过使用RIM，MIM可以进行热插拔操作而不会给负载带来任何风险；还可以通过将系统切换到维护旁路（如果没有使用RIM）来取下这个模块。冗余智能模块 这是一个确保智能冗余的“备用大脑”，冗余智能模块和主冗余模块一模一样（使用相同的部件号：SYMIM4）；当MIM出现故障或被取下时，就由它来负责系统的运转；通过使用MIM，该模块可以进行热插拔而不会对负载构成任何威胁；也可以通过将系统置于维护旁路再取下该模块（如果没有使用MIM）静态转换开关 一旦在SY3P系统内出现灾难性的故障（即：多个电源模块同时出现故障），该开关可以为客户提供一个“安全网”。静态转换开关重

9、新设置电源输入回路，并在激活时直接向负载提供保护。逆变器故障时静态开关的转换时间是4ms，可在125%额定功率时持续工作。这就意味着无需任何机械接触器就可持续运转，从而防止熔断组件的保险丝。静态转换开关只能由经过训练的人员进行热插拔。系统电源卡 SY PX UPS包括两个系统电源卡，并以N+1的方式配置向主智能模块和冗余智能模块供电。与双电源服务器内的电源功能类似，电源卡以并联方式供电，一旦出现故障，每个电源卡都可支持满负载；当电源卡出现故障时，用户可通过软件和PowerView获得告警信息；系统电源卡也是可热插拔的组件。PowerView显示器 PowerView显示器是一个LED显示模块，

10、安装在每个SY3PUPS机柜前端的铭牌处；该模块带有一个4x20LCD，4个按钮以及基础状态灯和蜂鸣器；该模块可以通过RS232UPS链路与SY3PUPS进行通信。SmartSlot通讯插槽 每个SY UPS都装有一个Web/SNMP卡和两个空的SmartSlot，用户可以利用APCSmartSlot附件进行配置。这些SmartSlot位于机柜系统I/O单元前端的下部。直流断路器 直流断路器控制SymmetraPX系统的直流总线上的直流电流；该断路器是为了保护系统不受直流总线故障影响的一个过流设备。3.2.5 Symmetra PX 160KVA给用户带来的益处A. 优化投资 由于IDC机房的

11、特殊性，负载的增加并不一定会完全按照用户的预计来增加，经常会发现，用户按照预计先购买了很大功率的UPS供电系统，运行几年后负载量才15-30%，造成资金的大量占用和浪费。对于CEO来讲，如果能随意按照负载的增加而采购UPS电源，是他追求的目标。而Symmetra PX 160KVA完全能作到这一点。B. 加快装配速度 由于Symmetra PX 160KVA系统是根据用户的实际情况，在APC的工厂内量身订制，且都采用模块化热插拔的结构。产品运到现场以后，无需复杂的安装过程，只需要将模块插入相应的插槽内，从而可以大大加快在用户现场的装配速度，减少施工时间。对于以后负载的扩容非常方便。C. 适应不

12、断变化的需求 技术革新通常每隔 1.5 到 3（行业平均值）年就发生一次。 随着业务的不断发展，机房环境会发生一些变化或调整，电力基础设施和物理基础设施都必需适应并满足这些要求。 更换机柜上的设备会导致诸多问题，如：重量密度不同、安装要求不同（如：Dell 公司的服务器不适宜安装在 Compaq 机柜上）、单电源设备与双电源设备不匹配、交流设备与直流设备不匹配等等。例如，双电源服务器不容易得到为单电源服务器设计的基础设施的支持，反之亦然。Symmetra PX 160KVA完全可以适应这些变化。 D.提供预测性故障分析 预测性故障分析过去一直是数据中心电源系统难于实现的。 客户一直依赖于劳动力

13、密集的预防维护操作、红外线探测等作为他们检查核实潜在问题的方法。 Symmetra PX 160KVA电源系统具备足够的智能，能够在故障实际发生前发现这些故障，并提供相应的告警信息，从而避免大故障的发生，提高了系统的可靠性。 E.降低平均故障恢复时间（MTTR） 使用传统UPS有任何问题时，必需等待技术人员到现场诊断故障、确定是否必需更换备件。 如果需要更换备件，那么必须确定备件的位置。 如果需要把备件装运到现场，技术人员可能还需返回公司。 在传统系统中，通常有 3 种等级的备件，客户要储备这些备件就需要极大的代价。Symmetra PX 160KVA采用模块化热插拔结构，结合其先进的智能容错

14、技术，可以大大降低UPS的维修时间，提高系统的可用性。 F.集中监控与管理采用Enterprice Manager管理软件，用户可以在一台计算机上管理所有UPS电源系统，察看参数与状态，给出电源管理决策建议。自动报警等多种功能。3.2 固定功率Galaxy VM产品介绍四、精密空调解决方案4.1 精密空调热负荷计算根据GB-50174电子信息机房设计规范，机房的热负荷估算应该按照以下表格计算：热源发热量1kW IT设备1kW 显热负荷照明1m²地板面积产生40W显热负荷新风1m²地板面积产生30W显热负荷1m²地板面积产生20W潜热负荷人体1名工作人员产生70W显

15、热负荷1名工作人员产生60W潜热负荷 根据机房热负荷计算原则，结合本次机房的实际IT需求，可计算得出机房的热负荷（制冷量）大小，详细计算表如下所示：从上表计算得出：机房所需的总制冷量为170KW，显冷量为168.1KW。4.2 精密空调选型本次设计4台单台显制冷量为58KW，型号为TDAR1622的下送风精密空调，4台形成3+1（174KW+58 KW）制冷冗余，保证机房制冷的可靠性。TDAR1622精密空调技术参数序号项目产品参数1设备型号TDAR16222品牌Schneider Electric（施耐德电气）3产地珠海4送风方式下回风5空调类型风冷式6总制冷量（kW）（回风24，RH50%

16、）58.8显制冷量（kW）（回风24，RH50%）57.6压缩机台数（台）27室内机组机组尺寸 宽×深×高 （mm）2170×865×1960机组运行总重量（kg）7148室内风机类型后曲直联风机额定送风量（m3/h）15600额外机外静压（Pa）350风机数量29电加热器级数3电加热器总功率（kW）1510加湿器加湿器类型比例式电极加湿器加湿器容量（kg/h）8加湿器功率（kW）6.2911过滤器类型EU412室外机机组型号CAL1011数量（台）2尺寸（长×宽×厚，mm）1830×970×3504.3 精密空调

17、产品介绍施耐德电气房间级恒温恒湿精密空调机具有精密并持续地控制环境，稳定运转，高效节能，噪音值低的特点。机组可以方便地调节以满足不同的运行参数、性能指标的要求，独到的设计可保证重要电子系统在变化迅速的环境中长时间无故障运行。 整体设计安全可靠，节能，外形美观，满足新一代数据中心对可靠性，可用性和节能特性的要求。主要产品特性如下：1、 外观经专家设计美丽大方，完全衬托出高科技的环境。2、 室内机组采用双层隔音方式，符合低噪音的环保要求。3、 全系列采用最新环保型冷媒，并选用可适应多制式冷媒压缩机。4、 采用高品质原器件，设备寿命长稳定度高维修量极小。5、 机组结构合理并且紧凑，占地面积小。6、

18、采用特殊铝合金加热片可防止产生辐射性气体。7、 前开门维修方式，加上双层结构，维修容易并将对运行的干扰减至最小。8、 功能完整的通信接口，可供遥控遥测等需求。9、 多种不同的机种，供应不同的用户需求。1）框架外壳框架：高强度钢板及型材，外涂深灰色环氧树脂，内衬吸音隔热材料。外壳：加厚钢板，良好密封性，内衬隔热吸音材料，可防止气流泄漏及降低噪音。机组带有铰链的前门容易打开，不需提供专用工具，分离的平直安放拉手，就能提供正常的维护服务。框架机构之间采用不锈钢铆钉结固，保证连接结实紧固，能够禁受严酷的搬运及操作条件。图 1 LEONARDO框架外壳2）离心风机A采用马达直联式驱动，噪音低，振动小。同

19、时可以实现在风量不变的情况下,轻松的分档调节(15个档数以上)送风静压，更好的满足机房现场的实际情况，彻底避免了皮带传动需要调整皮带和皮带轮等复杂的技术操作和人工费用，还免去了皮带驱动所需的定期维护及更换皮带的缺点。B. 40KW冷量以上的机组均采用多风机，多电机设计，一个马达带一个风机，可靠性更高，避免了风机，电机或者皮带故障导致的整个机组缺风而停机的情况。C. 可拆卸风机盖板，即使在打开机组前门的情况下，也能完全隔绝气流，做到真正不停机维护。内衬绝热吸音材料进一步降低风机噪音。图 2 离心风机雷纳多全系列机组还可选配采用后曲叶片离心EC风机，通过微处理器实现0-10V模拟控制无极变速，比较

20、前曲叶片风机而言，静压可达到350Pa。风机叶轮安装于全密封终生免加润滑油的轴承上，达到静态和动态的完美平衡，另外风机组装在高强度支撑钢板上加上采用避震胶垫，大大减低对机组本身的震动传递。防水防尘等级IP54。EC风机的能耗仅为后曲叶片离心风机的一半，节能显著。运行噪音极低。启动电流极低，大大延长风机寿命。 3） 过滤器标配中效EU4，一级防火滤蕊，金属框架结构，面积更大，阻力很小，降低了机组的耗电。设置于机组的前部而不是机组顶部，完全覆盖表冷器，打开检修门即可抽出，非常方便。表面带金属固定丝，可以反复清洗吸尘，多次使用。图 3 过滤网4）压缩机全系列采用柔性涡旋式压缩机，效能高，运动部件少，

21、延长机组寿命，无液击现象。压缩机内装有缺相保护装置，在电源缺相或压缩机过载情况下，能自动停止压缩机工作，保护压缩机电机。 27KW以上冷量的机组均为多压缩机设计，大大提高可靠性，一台压缩机的损坏，整个系统不至于完全崩溃，剩余的压缩机还可支持60%甚至更多的制冷量。在机组运行过程中，微处理控制器可自动倒换压缩机启动顺序，以平衡各台压缩机的工作时间。制冷回路包括储液罐，干燥过滤器，视镜，热力/电子膨胀阀，压缩机高低开关，快速接头，维修阀等，均与压缩机处于与冷空气气流及电控部份隔绝的技术空腔单元内，不停机皆可提供方便的服务和维修。 压缩机并列位于机组底部，使机组重量分布均匀，在搬运和安装过程中，避免

22、了因重心偏移而造成的倾斜，以导致机组损坏的可能性。5）风冷冷凝器施耐德电气风冷空调机组室外风冷冷凝器体积小，重量轻，安装空间小，维护方便，并可根据用户的场地要求选择水平或垂直气流两种形式。经过特殊防腐处理的铝合金外壳几乎可适应任何环境。 多种冷凝压力控制方式，标配的储液罐，可使得冷凝器在室外-1040也能正常启动运转。低噪音的风机即使在居民区使用也一样能满足要求。图 4 室外机6）电极式加湿器施耐德电气空调的加湿罐采用旋流和吸收网的专利技术，使得电加湿罐的寿命大大增加。由于以上技术的采用，空调对水质无特殊要求，不需要提供软化水处理。而且还可以根据水质软硬程度和机房湿负荷大小，由电脑编程控制加湿

23、器自动清洗时间和加湿量调节，方便简单，同时大大延长维护间隔，减少维护人工和费用。独特的可拆卸电极式加湿器位于机组下部与压缩机共处一个独立空间内，与气流隔离，不停机也可进行维修服务。同时，加湿罐自身可以从中间解体，可拆卸滤蕊，电极及罐体进行清洗，非常便于维护人员清洗，非专业人士也可进行。图 5 加湿器7） 膨胀阀与除湿系统房间级精密空调的系列中，雷纳多系列的机组还标配了电子膨胀阀，其与传统热力膨胀阀相比有以下优点：A. 由于全年四季的室外温度是变化的，其季节综合能效比提升最大可达8%。B. 电子膨胀阀可对制冷循环的温度、压力进行精确控制，大大提高控制精度。并能在控制器面板直接读取蒸发压力，蒸发温

24、度过热度，并可根据需要对过热度进行设定。C. 在室外环境温度较低的时候，电子膨胀阀可以在大范围内调节制冷剂流量和冷凝压力，从而使系统稳定运行D. 除湿时利用电子膨胀阀的精确调节，达到除湿效果，而不用减少风量。避免机组通过减少送风量虽达到除湿目的，但却引起机房温度不稳定的缺点（风量减少会造成机房远端温度升高，空调附近温度下降）。图 6 电子膨胀阀示意图8）电再加热器其作用是将除湿过程中所造成的过低温度空气再加热以保证出口空气温度在规定范围之内。加热器件精度高，稳定性好。表面温度更低，可防止灰尘离子化，还能防止产生臭氧而对人员产生健康损害。A. 3级全铝制电加热，可根据房间的热负荷分3级投入运行，

25、节省能源；B. 全铝制电加热带有延展型铝翅片，表面温度比钢制加热器大大降低，安全可靠；C. 绝缘电阻加热元件，使用寿命长；图 7 电再加热器9）微处理控制系统施耐德电气公司采用UG40控制终端自动的控制机组的运行状态和对机组进行智能管理。同时也可采用外部的数字和模拟控制信号连接机组微处理器进行机组的管理和控制。UG40终端用户控制器配备64x120像素的背光液晶显示器和6个背光的按键来移动和调整机组参数。UG40控制终端器可置于机组上，也可要求置于远端进行控制。用户可通过UG40控制中断控制器设置机组的运行参数，监控主要运行参数的趋势及状态，和读取机组的报警信息。所有运行算法储存在机组微控制系

26、统的存储器上（FLASH EPROM）,所有的运行参数都能通过用户终端存储和读取。图 8 用户终端显示屏通过用户终端器可以对机组设定运行参数和编程，一旦机组启动，则可以不需连接用户终端器而正常工作。同时，通过网络连接，一个用户终端器可以同时控制10台不带用户终端器的机组，组成模块化式机组。或用1个用户终端器控制多台带有各自终端器的机组，组成远距离集中监控系统。同时，选配通讯协议转换器，通过MODBUS通讯协议，可与楼宇管理系统相连。APC房间级制冷的微处理控制系统除了在远距离集中监控系统上表现出卓越的优越性外，同时还做到：P+I控制程序：比例(P)+积分(I)算法控制程序准确地维持温度和相对湿

27、度达到±1°C，5%RH的高精度。参数设定：根据客户的需要，通过菜单驱动程序，可自行设定机组工作时的各个状态参数：温度、相对湿度、温度精度、相应湿度精、遥控/手动等。数据保存：所有设置参及数据均储存于内部存储器内，即使电源中断，设定的数据也能得到保护。断电后自动重新启动：启动时的延迟时间可以设定，有效的避免了电网冲击。压缩机启动次序控制。主导/滞后压缩机轮换，以均等压缩机工作时间和延长寿命；智能加湿器控制：根据不同地区的水质状况，设置加湿器的加湿量及电流，以达到环境要求的湿度。密码保护：二级安全密码提供不同权限级别，防止未经授权者更改参数和机组设置，干扰机组的正常工作。备用

28、机组的管理：直接连接两台机组即可做到一主一备的功能，主机与备机之间可定时进行工作切换，以保证每台机组运行时间基本相同。主机故障自动切换到备机。同时，当环境负荷超过预设值，导致室内温度不能维持在设定点上时，自动启动备用机组，以保证室内温度在所要求的范围内。自动诊断故障功能，对可能发生的故障进行预报警并储存报警信息，包括：低风量报警；过滤器堵塞报警；压缩机停机报警；加热元件过热报警；温度过高过低报警；湿度过高过低报警；部件运行极限时间报警；漏水报警(额外选择漏水传感器)烟/火报警(额外选择烟/火传感器)压缩机高低压报警；输入电源相序错误报警；传感器故障报警；维护间隔报警；10） 低噪音设计室内风机

29、选用直接驱动无蜗壳全铝制离心风机，重量更轻，运转平稳，切割空气流时产生的噪音与钢或铁制风机相比噪音大大降低。室内机组外壳采用“三明治”板，两层钢板中间加隔热降噪的阻燃材料，更加安全，根据ISO R 226-1987标准，符合低噪音的环保要求。11）维护设计可拆卸的风机盖板，即使在打开机组前门的情况下，也能完全隔绝气流，做到不停机的正面维护。A. 机组带有铰链的前门，容易打开，不需提供专用工具，分离的平直安放拉手，就能提供正常的维护服务；B. 各种功能元器件按照功能集中布置，操作方便；C. 所有暴露的电器电压均为24V安全电压，包括所有负载空气开关、接触器，过载保护变压器均位于保护屏内，互锁绝缘，并与机组气流绝缘，在不停机情况也可由专业人员进行服务及检修，机组所有接线均符合IEC标准。五、产品配置及报价5.1 采用模块化UPS序号 Item 产品名称 Products Name产品型号 Type规格 Specification品牌 Brand数量 Quantity单位 Item单价 Unit Price总价 Total Price1UPS主机SY160K160H-PD160KW模块化UPS 内含160KW功率模块施耐德1台 4398004398003电池BA