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淺談數據中心基礎設施節能技術及標準化(二)

先針對數據中心供電系統的架構進行了簡單的介紹,并針對此架構中應用的節能技術進行解析。在此基礎上介紹了關于上述節能技術開展的相關的國內、國際標準化工作的進展情況,以及重要技術點的標準要求解析。為今后的行業內的研發、生產以及應用等環節提供相應的理論依據。

1 引言

隨著低碳經濟的來臨,國家對節能減排工作日益重視。2009年12月哥本哈根氣候變化會議上,中國政府承諾到2020年,單位國內生產總值二氧化碳排放比2005年下降40%～45%。

隨著新一代移動通信和下一代互聯網等新技術蓬勃發展以及視頻、圖像等新業務新應用帶來數據業務快速增長,大規模數據中心的建設使得集成度高、能耗大的數據單架設備大量增加,能源消耗總量呈指數增長。綠色數據中心已經成為數據中心發展的必然。

眾所周知,空調系統是數據中心中能耗占比較大系統,僅次于IT系統。因此本文將重點闡述數據中心供電制冷系統中應用的主要節能技術的原理、應用情況以及其標準化工作進展情況等。

2 數據中心制冷系統架構及節能技術

據美國采暖制冷與空調工程師學會(ASHRAE)技術委員會9.9(簡稱TC9.9)統計報告顯示,數據中心各部分的用電量分布大致如圖1所示。

由圖可見,IT系統、空調系統和供電系統是數據中心能耗大戶。

本文主要介紹數據中心制冷系統總體架構,其典型的系統架構如圖2所示。

3 數據中心制冷系統節能技術

為了滿足IT設備正常運行環境條件,數據中心需配備制冷系統。多個國內國標標準中提出了對數據中心的環境條件要求,如在GB/T50174數據中心設計規范中提出數據中心主機房的環境溫度應保持在18～27℃,允許工作溫度為15～32℃;而在ITU-TL.1300《數據中心最佳實踐》標準中提出最佳環境溫度范圍為18～32℃;在YD/T1821標準中提出的大型和超大型數據中心環境溫度范圍為18～26℃,中小型數據中心環境溫度范圍為15～27℃。在滿足數據中心環境條件要求的基礎上,各綠色數據中心開展了一系列的節能舉措。

其中,應用比較廣泛的節能技術有近端制冷技術、氣流組織控制技術、自然冷卻技術和相變材料冷卻技術等。這里將針對上述技術的原理、數據中心應用情況及相關標準化工作進行詳細的介紹。

(1)近端制冷技術

傳統數據中心的空調制冷率低,散熱能力有限,無法滿足中高熱密度機柜的散熱需求,容易出現機柜局部過熱的情況,使機柜無法負載過多的服務器設備,從而導致機柜的容積率和機房的空間利用率降低。

金武士蓄電池測試維護手段

一般UPS電源對電池的要求：滿足一定的端電壓；電池應具有在啟動放電瞬間就能輸出大電流的特性；滿足一定的容量，以保證逆變供電的時間。

1、用萬用表測量電池的端電壓

實踐證明，用萬用表測量UPS電池的浮充端電壓是無法判定舊電池是否已經失效。所以一般要離線或在線測量電池的端電壓，被測電池的端電壓為12V左右（對12V電池而言），最低不能低于10.5V。不足10.5V的電池即為欠壓或已經失效的電池。若這種電池在經過充電或激活充電后端電壓仍達不到12V，即為失效電池。

2、測試UPS電池是否具有啟動瞬間輸出大電流的特性

后備式UPS電源由市電供電向逆變供電的切換時間要求小于7ms,一般設計為4-5ms左右。這就是說，一旦市電供電中斷，UPS電池必須在小于4-5ms時間內輸出負載所需的電流。有些失效的電池能夠滿足端電壓和容量的要求，但不能在少于4-5ms內放電電流達到大電流的要求，也是不合格電池。UPS電池瞬間輸出大電流的特性只有在關閉市電才能測試，在不知道電池性能情況下有一定的風險，一般是不進行的。

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3、判別UPS電池的容量

傳統判別UPS蓄電池容量的方法與判別一般蓄電池的方法一樣，將整組蓄電池組脫離通信電源系統并上電阻絲，以八或十小時率恒流放電，然后以最先到達放電終止電壓的某一單體蓄電池的放電時間與電流，來推算其容量。

UPS系統的標牌數據

當計算UPS單元的尺寸需求時，最大的問題是如何確定它們的實際負載。許多數據硬件制造商仍然在其制造的設備上無法提供足夠的數據，或是提供容易讓人誤導的數據。大廠商通常會在他們的網站上鏈接有配置器。如果使用正確，這些配置工具往往會給出相當準確的信息。但是沒有工具可以為您提供總負載的準確估計。需要您自己來獲取實際的數字。

小心使用標牌(數據)。上面通常是合法的參數，通常會給出一個比該單元將能達到的伏安額定值更高的數值。例如，想象某單元標牌上顯示可在90至240伏電壓，以4至8安培電流下可提供500瓦特(W)電源。

首先，數字是與實際不符的。電流數據相對于電壓數值偏大。如果假設額定電壓120伏特，額定電源8安培，您得到960的伏特安培。該數據乘以0.95將得到912瓦。沒有哪個電源的效率會這么低，以至于電源幾乎從來沒有在全功率運行。因此，這是極不可能的，這個裝置將能再超過500瓦的功率，但如果您想保守計算的話，乘以1.1可以計算出550瓦的輸入功率值。

不要被雙線設備所蒙騙。當電源提供共享負載時，人們往往會認為其中任何一個應該能夠承載滿負載。因此，一臺具有兩個500瓦電源的單元仍然應該只有單線來計算。

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UPS容量參數

當您估算出了實際負載，在實際運行UPS時應按照實際額定容量的80%來規劃。這能夠為高峰操作環境留出空間，給您安裝副本設備時候能提供相應的容量，允許您從退役的舊有設備中獲得一點點增長。對于規劃負載有80kW，1.0PF值，額定功率為100kVA/100kW的UPS設備，您如果保持相位平衡在5%以內則足以應付。UPS具有0.9的PF值時，需要更高的額定kVA值;125kVA將提供給您112.5kW的容量，這也會為您提供一些額外的空間。

如果您預見到近期用電會有大幅增長，考慮購置一臺模塊化的UPS設備。有兩種類型可選：一種是整體容量會高于您的需求，但只安裝所需的物理UPS和電池模塊，另一種是系統的總容量較高，但采用固件配置的方式來限制其輸出功率不會高于所需要的數值。無論哪種方式，只買對的不選貴的，當需要額外的容量時再進行購買。節省的不僅僅是資本成本。當UPS加載到更高的容量時，它的運行效率也會更高，因此也節省了電力運營成本。當然，有了2N的冗余UPS，實際上您會以一半的總負載運行每臺UPS，這使得它的容量更為至關重要。其運行效率很低時可低于40%。

最后考慮的是發電機負載。不同的UPS設計對發電機呈現出不同的電氣特性。您的電氣工程師或設施電工需要同時檢查UPS和發電機兩者的特性，以確保在緊急情況下UPS負載突然切換到發電機時，發電機不會停止運轉。

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假如金武士蓄電池充不進電
1 、故障現象
首先檢查充電回路的連接是否可靠，檢查連線與插頭接觸是否完好，認真檢查插座和插頭是否有 “ 打火 ” 燒弧現象，有無線路損傷斷線等。
檢查充電器有無損壞，充電參數是否符合要求：即初期充電電流達到 1.6 -2.5A / 只；最高充電電壓達到 14.8-14.9V/ 只，充電浮充電轉換電流達 0.3 -0.4A / 只，浮充電壓達到 14.0-14.4V/ 只。
查看賽能蓄電池內部是否有干涸現象，即賽能蓄電池是否缺液嚴重。
還應檢查極板是否存在不可逆硫酸鹽化。極板的不可逆硫酸鹽化，可通過充放電測量其端電壓的變化來判定。在充電時，賽能蓄電池的電壓上升特別快，某些單格電壓特別高，超出正常值很多；放電時電壓下降特別快，賽能蓄電池不存電或存電很少。出現上述情況，可判斷賽能蓄電池出現不可逆硫酸鹽化。
2 、故障的檢查和處理
先將充電回路連接牢固，充電器不正常的應更換。干涸的賽能蓄電池應補加純水或 1.050 的硫酸，進行維護充電、放電恢復賽能蓄電池容量。如果發現有不可逆硫酸鹽化，應進行均衡充電恢復容量。干涸的賽能蓄電池加液后的維護充電，應控制最大電流 1.8A ，充電 10-15 小時，三只賽能蓄電池的電壓均在 13.4V/ 只以上為好。如果賽能蓄電池之間電壓差別超過 0.3V ，說明賽能蓄電池已經出現不同步的不可逆硫酸鹽化。對于發生不可逆硫酸鹽化的賽能蓄電池，需要更換整組賽能蓄電池或激活賽能蓄電池。