一種現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心的空調(diào)電源解決方案

藍(lán)波++張書聃

摘 要 文中分析了現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心空調(diào)電源的所存在的問題，同時提出了新的設(shè)計理念，并分析了目前主流的空調(diào)、電源優(yōu)缺點。在此基礎(chǔ)上，文章給出了針對某現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心的空調(diào)及供電模式解決方案。

【關(guān)鍵詞】數(shù)據(jù)中心 空調(diào) 電源

隨著計算機和服務(wù)器設(shè)備的更新?lián)Q代，企業(yè)對數(shù)據(jù)中心的散熱和能耗方面提出了更高的要求。雖然各種規(guī)模的數(shù)據(jù)中心有著不同的制冷標(biāo)準(zhǔn)，但就美國采暖、制冷與空調(diào)工程師學(xué)會推薦，機房的最佳溫度應(yīng)保持在18到27攝氏度之間，否則很可能造成服務(wù)器自動關(guān)閉，從而損傷重要信息和嚴(yán)重影響收入。

當(dāng)前的UPS供電系統(tǒng)中普遍存在著資源浪費和生命周期成本問題：預(yù)算投資和可用空間造成UPS容量的浪費，一次裝機容量帶載量僅為裝機容量的百分之九左右，在第五年時實際負(fù)載量也只達到裝機容量的28%。

因此現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心的設(shè)計理念應(yīng)從考慮單臺UPS設(shè)備向整個供電系統(tǒng)變化：一個完整系統(tǒng)中除了UPS系統(tǒng)，還可能有變壓器、瞬態(tài)電壓浪抑制器等設(shè)備，以及上百乃至幾百個級連接點和相應(yīng)的傳輸線。由于這些部件和環(huán)節(jié)在可靠性模型中的串聯(lián)特性，在設(shè)計系統(tǒng)時應(yīng)考慮某些問題：如系統(tǒng)中各種設(shè)備的相互匹配和可靠性問題；UPS設(shè)備的模塊化冗余結(jié)構(gòu)問題；供電系統(tǒng)的布局問題等。

另一方面，隨著刀片式服務(wù)器的普及，一個機柜可以安裝42臺1U的服務(wù)器，其功率可達到20KW甚至是30KW以上，傳統(tǒng)的制冷方案已經(jīng)無法滿足要求。且傳統(tǒng)風(fēng)冷型空調(diào)屬于大功率用電設(shè)備，只能接入市電工作，當(dāng)市電發(fā)生問題時，在短短的時間內(nèi)機房溫度就會升高10℃，引起設(shè)備宕機，造成機房無法正常運行。據(jù)研究顯示，水性循環(huán)液體的去熱效率比氣流高30倍，采用前者冷卻能夠大大降低能源消耗和運行成本。因此現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心應(yīng)采用液體冷卻技術(shù)進行散熱。

1 機房空調(diào)概述

機房空調(diào)按冷凝器冷凝方式的不同分為風(fēng)冷機組和水冷機組兩種。

風(fēng)冷機組通過風(fēng)冷冷凝器與外界空氣換熱，利用風(fēng)（空氣）換熱帶走熱量。但系統(tǒng)噪聲和熱量對周圍環(huán)境影響很大，一年四季均需持續(xù)運行，系統(tǒng)能效較低。

常規(guī)水冷式制冷模式使利用水來傳輸熱量，通過冷卻塔將熱量排到室外。冷水在制冷機房集中完成，然后通過水泵循環(huán)至各個需要供冷的房間，各房間利用室內(nèi)機冷卻室內(nèi)空氣。其系統(tǒng)能效比更高，噪聲也更低。

2 電源系統(tǒng)概述

國內(nèi)近兩年數(shù)據(jù)中心大量采用240V直流設(shè)備。較傳統(tǒng)UPS電源比較如表1所示。

3 應(yīng)用案例分析

某現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心項目為一類高層綜合樓，地下三層，地上部分分別為三個體量：一類高層建筑體量C及其裙房體量B、體量A。主要為地下室冷凍機房、電力電池室，二層中心機房和監(jiān)控中心，三層技偵中心機房和網(wǎng)安機房，四層技偵中心機房和網(wǎng)安機房電源及空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計。

數(shù)據(jù)中心按照《電子信息系統(tǒng)機房設(shè)計規(guī)范》A級建設(shè)，詳細(xì)建設(shè)方案對比如下：

3.1 空調(diào)方案對比

風(fēng)冷機組方案布置靈活、無需冷水機房和管道，節(jié)約水資源，室外機安裝在室外，無需建造專用機房，不占有效建筑面積，省去了冷卻水系統(tǒng)（冷卻塔、冷卻水泵、管網(wǎng)及其水處理設(shè)備）。水冷機組方案具有系統(tǒng)效率高，應(yīng)用范圍廣，夏季制冷能效高，節(jié)能，噪聲源低于風(fēng)冷機組。

該現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心面積較大，室內(nèi)設(shè)備散熱量大，若采用風(fēng)冷系統(tǒng)，所需空調(diào)臺數(shù)較多，室外機散熱量較大，如室外機集中布置，有可能導(dǎo)致室外機進出風(fēng)短路，散熱效果不好，機組長期偏離額定工況工作，導(dǎo)致制冷效果降低，設(shè)備能耗增加。因此本項目采用冷凍水集中空調(diào)處理系統(tǒng)方式。冷凍水系統(tǒng)采用閉式、雙管路變流量系統(tǒng)，為提高系統(tǒng)安全性，循環(huán)管路為1+1方式備份。

3.2 電源方案對比

該數(shù)據(jù)中心采用240V直流系統(tǒng)與傳統(tǒng)UPS系統(tǒng)具體比較如下：

（1）網(wǎng)絡(luò)設(shè)備適應(yīng)性。一期需要搬遷200多個機柜均采用240V直流系統(tǒng)。

（2）該數(shù)據(jù)中心部分負(fù)荷如空調(diào)系統(tǒng)的內(nèi)機和冷凍水泵、機房外其他樓間UPS負(fù)荷必須使用傳統(tǒng)UPS電源。

（3）壓降的問題。240V直流全程壓降需小于12V，根據(jù)目前的設(shè)備布置，電池組到電源設(shè)備壓降計算為0.6V；電源設(shè)備到機房段壓降計算為1.7V，屏間損耗為1V，設(shè)備端預(yù)留0.5V，全程壓降為3.8V，滿足要求。

（4）主設(shè)備投資比較。240V直流系統(tǒng)和同等容量的UPS系統(tǒng)投資節(jié)省15%左右。

綜上所訴，由于一期需要搬遷的設(shè)備較多，且原供電設(shè)備均為UPS 電源供電，此部分設(shè)備由于是在線使用設(shè)備，無法測試是否支持240V直流電源設(shè)備供電。所以該現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心建設(shè)整體方案采用UPS 設(shè)備供電，均采用單機雙母線的方式，后期新購設(shè)備可以采用240V直流電源的方式。

4 結(jié)語

建設(shè)綠色數(shù)據(jù)中心正在成為未來數(shù)據(jù)中心的發(fā)展方向，保證現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心的安全性與可靠性的同時還需要從全局出發(fā)選擇更為合適的空調(diào)、電源方案，避免一味追求新技術(shù)而忽略成本和質(zhì)量。本文提出了現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心建設(shè)空調(diào)及電源時存在的問題，解決這些問題則需要從根本上改變設(shè)計理念，同時給出了現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心空調(diào)、電源的對比方案為其他設(shè)計人員作參考。

參考文獻

[1]郭予信.美國采暖、制冷、空調(diào)設(shè)備制造行業(yè)概況[J].制冷學(xué)報，1988（02）：51-56.

[2]趙建統(tǒng).UPS電源的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J]. 電源技術(shù)應(yīng)用，2005（11）：83.

[3]張月明.利用普通民用空調(diào)為機房降溫的解決方案[J].統(tǒng)計與咨詢，2011（03）：53-54.

[4]岳玉，曹可建，郭亮.數(shù)據(jù)中心綠色技術(shù)及其發(fā)展研究[J].中興通訊技術(shù)，2015， 21（05）：45-49.

[5]中華人民共和國電子工業(yè)部.電子計算機機房設(shè)計規(guī)范[M].中國計劃出版社，1993.

作者單位

重慶市公安局 重慶市 401147