往期回顧
第一章講述了數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能綜合應(yīng)用的側(cè)重點(diǎn)。
第二章講述了如何通過氣流組織和表冷器選型，選擇適當(dāng)?shù)臍饬鳒囟葋硖岣吖┧疁囟取?/span>
第三章講述了不同氣流組織對(duì)末端設(shè)備功率的影響，如何來優(yōu)化末端設(shè)備的功率。
第四章講述了如何實(shí)施和運(yùn)營大溫差系統(tǒng)（國內(nèi)的相關(guān)資料可以參考《中國數(shù)據(jù)中心冷卻技術(shù)年度發(fā)展研究報(bào)告 2020》P124中的相關(guān)數(shù)據(jù)）。
第五章講述了如何選擇冷水機(jī)組，保證冷水機(jī)組的高效運(yùn)行。
第六章講述了目前自然冷源利用的過度季節(jié)使用缺陷及海外項(xiàng)目對(duì)應(yīng)的解決方案。
第七章講述了如何結(jié)合全年氣象參數(shù)，來綜合評(píng)價(jià)空調(diào)的節(jié)能性。
第八章講述了在全年52個(gè)周內(nèi)的不同氣象參數(shù)下，空調(diào)冷源系統(tǒng)該如何進(jìn)行尋優(yōu)和調(diào)優(yōu)。
獨(dú)孤九劍第九劍
數(shù)據(jù)中心配電系統(tǒng)及PUE能耗計(jì)量示意圖
本系列最后一章講述了如何降低配電系統(tǒng)的空調(diào)能耗。本文主要相關(guān)內(nèi)容均來自于《ASHRAE數(shù)據(jù)中心變配電設(shè)備的空調(diào)設(shè)計(jì)和實(shí)施白皮書》。
數(shù)據(jù)中心配電系統(tǒng)的能耗主要集中在如下幾個(gè)方面：
UPS能耗：UPS設(shè)備作為IT設(shè)備持續(xù)供電最核心的設(shè)備，其能耗占配電系統(tǒng)能耗比重最高。
變壓器能耗：目前變壓器節(jié)能效率已經(jīng)非常高了，其配電效率能達(dá)到99%的高效。
電池及配電柜能耗：電池浮充過程中，會(huì)有一部分熱量損失，其能耗損失接近于變壓器能耗損失。
配電設(shè)備與IT設(shè)備相比，對(duì)環(huán)境要求有如下特點(diǎn)：
發(fā)熱量小，需要很少的制冷量即可滿足要求。
環(huán)境耐受度好，可以承受更低和更高環(huán)境溫度和濕度。
數(shù)據(jù)中心運(yùn)營過程中，電力設(shè)備和IT設(shè)備有如下幾點(diǎn)不同：
和IT設(shè)備相比，電力設(shè)備種類更多，使用壽命更長。
電氣設(shè)備的布置區(qū)域更加廣泛，冷熱通道、機(jī)房走道空間、機(jī)電房間等。
和IT設(shè)備強(qiáng)制對(duì)流換熱不同，電氣設(shè)備中僅僅UPS、變壓器、變頻器等設(shè)備強(qiáng)制換熱，其他都是自然對(duì)流換熱。
ASHRAE TC9.9委員會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)中心內(nèi)與IT設(shè)備共享相同空間和氣流的電力設(shè)備(包括線纜、電源線和插座)提出如下建議:
1、電力設(shè)備的設(shè)計(jì)至少應(yīng)滿足IEC61439的溫、濕度要求，最好滿足ASHRAE A3級(jí)40°C(104°F)的溫度要求。實(shí)際上40°C(104°F)已經(jīng)是大多數(shù)電力設(shè)備的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)點(diǎn)。本建議適用位于數(shù)據(jù)中心機(jī)房、冷通道和機(jī)電區(qū)域的電力設(shè)備。
2、確保電力設(shè)備環(huán)境規(guī)范與IT設(shè)備規(guī)范相兼容，兩類設(shè)備共享相同的物理空間和氣流。電力設(shè)備溫度規(guī)范通?；趯?dǎo)體溫度，而IT設(shè)備規(guī)范則基于空氣溫度?！凹嫒荨币辉~并不意味著這兩套環(huán)境規(guī)范完全相同，只是說明它們足夠相似，兩種設(shè)備可以在同一空間和氣流中共存。
3、機(jī)架PDU設(shè)計(jì)的最高允許環(huán)境工作溫度至少為60°C（140°F）。需要這樣設(shè)計(jì)是為了適應(yīng)熱通道中IT設(shè)備排氣溫度的升高。如果未來IT設(shè)備的排氣溫度繼續(xù)升高，設(shè)計(jì)溫度可能要高于60°C（140°F）。
4、根據(jù)氣溫變化和過熱情況，對(duì)配電設(shè)備的最大額定功率進(jìn)行調(diào)整。在局部冷卻效果不理想的熱點(diǎn)區(qū)域，可能會(huì)出現(xiàn)高于數(shù)據(jù)中心典型溫度的高溫空氣溫度?？赡苡捎诙喾N原因發(fā)生熱空氣逸出，例如暖通空調(diào)系統(tǒng)故障導(dǎo)致數(shù)據(jù)中心中的溫度迅速升高，或者空氣側(cè)或水側(cè)自然冷卻數(shù)據(jù)中心從室外獲取冷卻空氣，且室外空氣溫度大幅變化，例如從涼爽的夜間到炎熱夏季的下午。
5、在數(shù)據(jù)機(jī)房、冷通道或機(jī)電區(qū)域放置電源設(shè)備，盡可能減少因溫度引起的功率衰減。避免將電源設(shè)備放置在熱通道中。熱通道中空氣溫度不能直接控制，它是IT設(shè)備和IT設(shè)備上相關(guān)工作負(fù)荷的副產(chǎn)品。較高的熱通道溫度需要降低最大功率，而數(shù)據(jù)機(jī)房和冷通道溫度通常不需要降低功率。隨著時(shí)間推移，熱通道溫度會(huì)上升，并且可能會(huì)繼續(xù)上升。確保遵循各個(gè)設(shè)備制造商關(guān)于溫度和設(shè)備放置的建議。
6、確保分布式UPS裝置的電池更換間隔是根據(jù)制造商的說明書確定，并且是基于實(shí)際電池溫度和使用情況，而不僅僅是數(shù)據(jù)中心的空氣溫度。UPS設(shè)備制造商應(yīng)提供有關(guān)如何根據(jù)電池溫度和使用情況（例如充放電次數(shù)）確定電池更換間隔的說明書。其他因素也會(huì)影響電池溫度，例如充電和放電速率，相鄰IT設(shè)備的電池發(fā)熱，以及數(shù)據(jù)中心的空氣溫度。應(yīng)該確定更換間隔，以便在停電的情況下，UPS單元始終能夠在預(yù)期時(shí)間內(nèi)提供額定的備用電源。
7、使用超級(jí)電容器的功率設(shè)備應(yīng)根據(jù)組件制造商的溫度和電壓降額指南及超級(jí)電容器組件本身的溫度（而不是環(huán)境空氣溫度）精心設(shè)計(jì)。電力設(shè)備制造商應(yīng)使用超級(jí)電容器供應(yīng)商提供的降額數(shù)據(jù)，并確保所使用的降額假設(shè)能夠支持設(shè)備預(yù)期壽命以及已發(fā)布的溫度和濕度操作規(guī)范。降額計(jì)算應(yīng)使用超級(jí)電容器組件的溫度而不是設(shè)備箱外部環(huán)境溫度。大多數(shù)超級(jí)電容器的最高非工作存儲(chǔ)溫度為45°C（113°F），有些甚至低至35°C（95°F）。在運(yùn)輸和存儲(chǔ)期間（尤其是在夏天），溫度條件可能會(huì)損害超級(jí)電容器的使用壽命。ASHRAE建議在運(yùn)輸和存儲(chǔ)過程中安裝一個(gè)溫度/濕度監(jiān)控，以檢測任何可能對(duì)超級(jí)電容器產(chǎn)生不利影響的情況。在IT空間和機(jī)電區(qū)域使用基于超級(jí)電容器的電源設(shè)備應(yīng)具有溫濕度控制，并完全在設(shè)備規(guī)范限制范圍內(nèi)。
8、設(shè)計(jì)位于IT設(shè)備內(nèi)部的小型備用電池（BBU）單元，以代替與電源具有相同熱條件的電源。BBU的最低設(shè)計(jì)溫度應(yīng)為50°C（122°F），并且該溫度應(yīng)與BBU所要更換電源單元（PSU）的進(jìn)氣位置相同。電池更換間隔應(yīng)根據(jù)電池供應(yīng)商提供的數(shù)據(jù)和電池溫度（而不是周圍空氣的溫度）確定。
9、從IT設(shè)備到機(jī)架PDU的電源線應(yīng)適當(dāng)選擇，以便在電源線周圍環(huán)境空氣溫度范圍內(nèi)為電源線所連接的電力設(shè)備提供滿載電流。對(duì)于位于IT設(shè)備機(jī)架背面的IT設(shè)備電源線和機(jī)架PDU電源線，建議將環(huán)境溫度設(shè)定為60°C（140°F）。
10、對(duì)于電力設(shè)備的設(shè)計(jì)和安裝，需嚴(yán)格遵守接觸溫度設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，例如IEC60950-1等。此建議適用于電力設(shè)備設(shè)計(jì)人員和數(shù)據(jù)中心維護(hù)人員。數(shù)據(jù)中心溫度的上升，尤其是IT設(shè)備的排氣溫度，使許多設(shè)備表面接近規(guī)范限定的接觸溫度。如果超出了規(guī)范限定的接觸溫度，則在設(shè)備構(gòu)造中可能需要使用其他材料（例如塑料，而不是金屬）。
11、作為包含IT設(shè)備一列機(jī)柜的一部分電源設(shè)備（例如，機(jī)架式PDU）應(yīng)與熱通道和冷通道氣流保持一致。如果電力設(shè)備需要冷卻氣流，則需從冷通道中吸收氣流，并以類似于IT設(shè)備的方式將空氣排放到熱通道中。在托管數(shù)據(jù)中心中，將電源設(shè)備與IT設(shè)備放在同一列更為常見。由前向后的氣流配置對(duì)于實(shí)施節(jié)能策略（如氣流遏制）非常重要。
12、確保所安裝的電力設(shè)備有效避免結(jié)露。對(duì)于大多數(shù)電力設(shè)備而言，精確的濕度控制并不重要，但是防結(jié)露是至關(guān)重要。應(yīng)該在需要的地方安裝簡單的加熱器，例如面板加熱器，以保持導(dǎo)體比周圍的空氣略熱，并防止結(jié)露。
13、大多數(shù)密封式閥控鉛酸蓄電池可能不適用于在數(shù)據(jù)中心溫度超過18~27°（64°F至81°F）范圍內(nèi)的IT設(shè)備空間以節(jié)約成本。大多數(shù)基于鉛酸的密封式閥控鉛酸蓄電池的壽命在很大程度上取決于溫度，并且在遠(yuǎn)高于理想溫度25°C（77°F）下操作這些電池可能不實(shí)用或不具成本效益。
14、高架地板上用于密封電源線纜的部件，可以防止冷空氣從靜壓箱逸出，以提高數(shù)據(jù)中心冷卻效率。一種解決方案是使用市面上銷售的金屬環(huán)和毛刷配套工具。因?yàn)榇蠖鄶?shù)電力設(shè)備都是采用自然對(duì)流冷卻，對(duì)于電力設(shè)備通常不需要從高架地板下的靜壓箱提供冷空氣進(jìn)行冷卻。此建議主要適用于位于數(shù)據(jù)機(jī)房內(nèi)的電源設(shè)備。
15、溫度監(jiān)控可以布置在數(shù)據(jù)中心內(nèi)的多個(gè)位置，包括電源設(shè)備和電源線的位置。即使在1米范圍內(nèi)，整個(gè)數(shù)據(jù)中心的空氣溫度也會(huì)有很大差異。溫度監(jiān)控是數(shù)據(jù)中心操作員可以用來優(yōu)化冷卻的工具，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測和報(bào)告空氣溫度以防設(shè)備發(fā)生意外過熱和停機(jī)。
配電系統(tǒng)的空調(diào)設(shè)計(jì)和實(shí)施相關(guān)建議：
大多數(shù)電力設(shè)備的額定功率取決于導(dǎo)體溫度，而不是周圍空氣溫度。機(jī)架PDU是一個(gè)明顯的例外，雖然最高空氣溫度是根據(jù)導(dǎo)體的溫升計(jì)算。如果根據(jù)制造商的說明書對(duì)載流量進(jìn)行降額，那么這種靈活的評(píng)級(jí)系統(tǒng)允許電力設(shè)備在很寬的溫度范圍內(nèi)使用。當(dāng)電力設(shè)備與IT設(shè)備共享相同的空間或氣流時(shí)，則需要熱規(guī)范相兼容。兼容性并不一定意味著熱規(guī)范（電源與IT設(shè)備）的規(guī)定是相同的。這確實(shí)意味著電力設(shè)備達(dá)到或超過了IT設(shè)備的熱規(guī)范，包括導(dǎo)體溫度升高。ASHRAE建議將電力設(shè)備設(shè)計(jì)為至少滿足IEC61439的溫度和濕度要求，并且最好達(dá)到ASHRAE A3級(jí)空氣溫度上限40°C（104°F）。此建議很重要，因?yàn)閿?shù)據(jù)中心為節(jié)省冷卻成本，IT設(shè)備工作環(huán)境條件變化較緩?，F(xiàn)在，許多數(shù)據(jù)中心的運(yùn)行溫度略高于空氣溫度，有些甚至利用外界空氣來節(jié)約成本。本書已針對(duì)主要類型的電力設(shè)備提出了一系列建議，以改善其與IT設(shè)備的熱兼容性和可靠性。
下表為總結(jié)目前國內(nèi)相關(guān)配電系統(tǒng)的能耗指標(biāo)，供大家參考：
本文僅供大家學(xué)習(xí)參考，不得用于任何商業(yè)用途，文章內(nèi)容未經(jīng)公眾號(hào)英灃特書面授權(quán)，請勿轉(zhuǎn)載。
