数据中心电气系统节能设计分析

1、数据中心电气系统节能设计分析    摘要：数据中心建设中电气系统作为数据运行的可靠支撑，在各个系统中显得尤为重要。本文主要从数据中心机房电源系统、空调系统、等方面来探讨数据中心机房的节能设计问题。 关键词：数据中心 电气系统 节能设计 中图分类号：TU976+.1文献标识码： A 文章编号： 前言 数据中心节能，电气系统是其中重要的一部分，同时需要装饰工程采取合理的保温、空间布局，地板高度要求，机柜合理布局，冷热通道物理分开，精密空调的区分设计、监控系统对能源系统进行检测等配合，同时也需要对高耗能服务器进行更新替换。总之，数据中心节能是一个综合的工程，需

2、要从总体考虑数据中心的节能环保。 一、机房电源系统节能 1 电源系统设计方面的节能方案 当前数据中心机房设备用电主要为交流电，交流电是由变压器和ATS 开关所组成的UPS 输入供电系统，UPS 功耗约占数据中心机房所需总功耗的10%。数据中心机房直流供电替代交流供电，不仅能保证供电可靠性和电磁兼容还能提高能效比，但是目前该方案还缺少设备支持以及存在直流供电系统价格昂贵的问题。以下电源方案能很好的做到节能： （1）采用无变压器的UPS设备。目前有越来越多的厂商推出无变压器的UPS 设备，可以让整机的效率提升至90% 以上。传统的UPS 的整机效率只有75%85%，但采用无变压器的机型，可以提升至

3、90% 以上，因此，选用无变压器的UPS 可以更有效的运用电源，让每一度电都花费在系统运作上，进而降低电力的成本 ； 选择模块化、可扩展的UPS 设备。IT 设备会随着企业业务的增加而扩增，当然企业在选购 UPS 设备上，为了达到备份与扩展性，都会选购大型的UPS设备，这会让UPS 使用效率大都低于30。当UPS 负载率低于30，能源的转换效率就会低于50，造成电力的浪费； （3）机房的IT设备尽量选用220V 的电力。处理器每花费1W 的电力，实际上所消耗的电力大于1.5W，主要的原因在于电力输送和转换，电力从机房的输入总配电箱送到每一个 IT 设备的零组件，需要经过多道的电力转换，每转换一

4、次，就消耗掉一定的电力。 2 运行维护方面的节能方案 在机房的运行维护上，一般变压器经济运行的负载率为30%，变压器负载率长期低于30%，可以考虑停掉其中一台；调整负载，均衡变压器的负载率也是一项重要的节电措施；另外，过多的谐波会严重影响供电系统电能质量，对现网运行相关设备产生危害，同时谐波通过在供电系统内流动发热，浪费电能，因此治理低压供电系统谐波也是设备运行维护应该注意的问题。 二、机房空调系统节能 1 常用空调系统分类 目前常用的空调系统有：集中空调冷水系统+ 冷水型恒温恒湿空调、风冷恒温恒湿空调机系统和机柜模块式空调系统。第一种系统制冷能效比较高，系统整体的能效比一般可达4.0 以上，

5、适用于大型机房，系统的整体性能较好，可进行集中调控，缺点是需要单独设置制冷主机房。第二种系统适用于有室外机放置位置的通信机房，由于风冷恒温恒湿空调机不需接冷水管，所以可直接安装在通信机房内，安装设置比较灵活。第三种系统制冷效率较高，一定程度上能够解决大功率机柜的散热问题。在设计空调系统时要综合考虑多方因素，选择合适的系统。 2 机房空调节能措施分析 空调系统占机房能耗的比例逐年增加，对一些数据机房的调研发现：空调系统的电费支出占整个机房电费支出的45% 左右。由于以下原因，空调系统长时间处于非满载运行状态： （1）通信设备对空调系统要求较高，设计时安全余量较大； （2）设备分期安装、分期投入运

6、行，机房启用初期空置率较高； （3）空调系统的制冷量是用夏季空调计算温度计算而得，在其他季节，室外温度降低，制冷负荷变小。因此，机房的空调系统的节能潜力是比较大的。 3 机房空调节能技术 首先，采用变频技术可实现对压缩机、水泵、风机等设备的无级调节，有利于空调系统的节能。变频式主机透过转速的改变，当机房需要较多的冷空气则强化转速，当机房有足够的冷气需求，则可降低转速，达到省电的目的。在送风与散热模式上，采用水平式散热架构。传统的下吹式空调透过高架地板将冷空气送入机柜，但随着服务器所散发出来的热量越来越高，传统的下吹式空调已经无法应付。水平式冷却系统，则是在数台机柜间，装置1 台冷却机柜，冷空气

7、并不是从高架地板送出，而是透过冷却机柜，将冷空气平行送至各机柜，由于冷空气气流路径较小，也提升空调效率，降低用电量。另外，可使用制冷主机群控系统来解决制冷主机和辅助制冷设施的运行台数随负荷季节变化的问题。对高密度、高散热量的机柜，采用纯水（或冷媒）冷机柜带走热量。过去1 个机柜的总耗电量约为3kW，但随着服务器效能的提升，1 个机柜的总耗电量甚至可以达到14kW 以上，传统的空调将无法因应高密度、高散热量的机柜。水冷套件只需要1/4的传统空调能耗，就可达到相同的制冷效果，进而节省空调的支出。相较于纯水，冷媒能交换的热量更多，也提升水冷套件的降温能力，更适合高散热量的系统运作。 4机房照明系统设

8、计时一般要求大于一定的照度，例如设计照度大于等于500Lx，对于这个照度设计一般设计人员考虑的是无服务器机柜时的照度，而实际应是布满机柜后的工作面照度。从节能方面考虑，照明设备需要采用绿色低损耗节能灯，并且机房灯光照明系统建议设计成智能灯光控制系统，从而实现无人在机房区域时自动转换到最低照度模式，当有人进入机房区域进行操作时，灯光系统自动打开，当然本系统的设计需要与门禁管理系统配合安装人体移动探测器。如果照明灯具一直开着也会产生很大的热量，从而耗掉需要更多的制冷量并消耗更多的电能。对于安装变频设备和照明等可产生谐波的用电设备情况下，在变压器的低压侧使用三相电能质量分析仪对谐波电流进行监测。 5

9、提高服务器运行率 通过有效提高服务器的业务运行率从而达到节能目的比单纯提高供、配电设备效率指标更有效。关键就是进行业务整合，即共享硬件，用虚拟化划分业务。机房运维组织根据业务量的大小启用服务器，就能有效节省服务器的能耗。目前IT 行业最热门的技术“云计算” 非常符合节能的要求。另外，利用虚拟化技术来提高设备利用率也是一种节能的途径。多数设备都会附带电源管理工具，可监控数据中心内和节能相关的数据，包括电源消耗二氧化碳排放等等。有了这些工具，企业用户就可以了解他们存储系统和服务器的能源消耗情况，并且在非高峰时段降低能源使用量。 此外，在电气系统竣工验收的阶段，除了对电气工程进行质节能性能检测，且由

10、建设方委托具有相应检测资质的检测并出具报告，检测的数量最好在工程建设合同中就约定好。工程竣工后，还需要对整个项目的电气系统进行项目后评价，从前期设计目标、达到的目的以及不足之处均需要进行逐一评价，评价系统需要建设方、设备供应商、设计、工程实施和售后服务等部门均参与，从中吸取经验和教训，为将来的设计和实施提供更合理的建议和方案。 结束语 数据中心建筑内设有大量服务器、存储设备等高散热量IT 设施，耗电量高；另一方面IT 服务器在运行过程中大量散热，耗冷量也高。数据中心供配电系统设计任务的目的就是保证提供一个抗干扰能力强、安全可靠、维护操作运行方便的完善的供配电系统。随着信息时代的到来, 各类数据中心的建设进一步加快, 对于数据中心供配电的要求也越来越高。 参考文献 1 蔡建旅.  大型数据中心的空调设计与运行J. 中国科技信息. 2011(17) 2