1、绿色数据中心各系统介绍及绿色节能措施1、 绿色数据中心架构2、 基础设施3、 机房空调及气流组织4、 供配电系统5、 UPS 系统6、 机房动力环境监控系统7、 气体灭火系统8、 综合布线系统9、 新风系统10、 KVM 精细化管理11、 刀片服务器12、 虚拟化管理13、 CIO 管理绿色数据中心架构概述 绿色数据中心(Green Data Center)是指数据机房中的 IT 系统、机械、照明和电气等能取得最大化的能源效率和最小化的环境影响。 绿色数据中心是数据中心发展的必然。总的来说，我们可以从建筑节能、运营管理、能源效率等方面来衡量一个数据中心是否为“绿色”。绿色数据中心的“绿色”具体
2、体现在整体的设计规划以及机房空调、UPS、服务器等 IT 设备、管理软件应用上，要具备节能环保、高可靠可用性和合理性。 机房建设是一个系统工程，计算机技术的迅猛发展，促进了机房工程建设，对机房的安全性、可用性、灵活性、机架化、节能性等方面提出了更高的要求，绿色数据中心的架设，综合体现在节能环保、高可靠可用性和合理性三个方面。 节能环保体现在环保材料的选择、节能设备的应用、IT 运维系统的优化以及避免数据中心过度的规划。如 UPS 效率的提高能有效降低对电力的需求，达到节能的目的。机房的密封、绝热、配风、气流组织这些方面如果设计合理将会降低空调的使用成本。进一步考虑系统的可用性、可扩展性，各系统
3、的均衡性，结构体系的标准化，以及智能人性化管理，能降低整个数据中心的成本（TCO）。 在计算机机房工程中，包含的工程可以归纳为：土建工程、电气工程、空调工程、消防工程和弱电工程，示意图如下： 数据中心规划设计节能措施 要做到技术先进、经济合理、安全适用、确保质量，选择合适的地点进行机房建设是机房基础建设的基本条件。作为未来机房的地点，须符合以下几项条件：机房最好建在大楼的二、三层。机房尽量避免设在建筑物用水楼层的下方机房选在建筑物的背阴面，以减少太阳光的辐射所产生的热量排烟口设在机房的上方，排废气口设在机房的下方主机房区域的主体结构应采用大开间大跨度的拄网 节能一体化解决方案包括电力系统节能分
4、析、动力环境系统节能控制、IT 设备的智能控制、IT 设备新型的节能技术的应用、智能管理软件的应用等。 1、增加虚拟服务器的使用，便硬件在不增加能耗的情况下处理更多的工作量。 2、在服务器不使用时将其自动转换为节能状态。 3、只在设备需要时才开启制冷。 4、利用液体冷却装置吸收的热量发电并储存起来以备后用。 5、利用热工学和 3D 建模来优化数据中心制冷气流。 6、电力系统的合理分配。 7、高可靠性新型技术的利用。 6 种节能方案及效果服务器节能 目前，服务器厂商面临的问题是如何不断的提高服务器计算能力而减少服务器的能耗。服务器厂商和芯片巨头们也开始进行大量的研究并开始执行一些新的技术以降低服
5、务器的能耗，主要有 3 个万向:冷却技术、芯片节能技术、软件调度和管理技术。CPU 节能技术 CPU 由大量的晶体管组成，晶体管的工作需要消耗功率;同一个芯片上，对于同样的操作，有功耗和发热是正常的。例如，i386DX-20M 的最大功耗在 1.3W 左右，奔腾-133 是 1lW 左右，奔腾 III-1.33G 就需要 33.9W 左右，而奔腾 4-1.3G 则需要68.8W，更高频率的处理器最大功率甚至超过百瓦。功耗和发热影响到 CPU 性能的进一步提升，更多的创新型节能技术也由此应运而生。 综上所诉节能的理念和方法很多，只要我们在设计时考虑合理化，追求科学节能理念，建立和谐的数据机房，相
6、信会给你带来不少的绿色惊喜！ 基础设施 机房环境的要求 机房工程是智能建筑的一部分，也是建筑安装工程的一个分支。因此既有建筑安装工程的一般性，也有其特性；即执行建筑行业相关标准、规范，也有本行业独有的标准、规范。机房工程是一门综合性很强的科学技术和系统工程，涵盖了电气系统、空调及送排风系统、安防系统、机房综合监控系统、综合布线系统、KVM 切换系统、消防系统等。它是一个复杂的电子环境空间，需要有专业技术资质、专业设计、专业施工、专业检测的机房工程公司完成。 现代 IT 设备中的元器件及集成电路极易受到温湿度、尘埃、有害气体、电磁、雷电等的干扰，为使其可靠运行，机房必须具备一定的环境条件，根据
7、电子信息系统机房设计规范（GB 50174-2008）的规定，机房环境应达到以下要求： 技术要求环境要求A 级 B 级 C 级备注主机房温度（开机时） 231 1828C主机房相对湿度（开机时）40% 55% 3575%主机房温度要求（停机 535不得结露时）主机房相对湿度要求（停机时）40% 70% 20% 80%主机房和辅助区温度变化率（开、停机时）5/h 10/h辅助区温度、相对湿度（开机时）18 28、35 75辅助区温度、相对湿度（停机时）5 35、20 80不间断电源系统电池室温度15 25机房基础装修内容 吊顶吊顶是装饰工程的重要组成部分，吊顶材料应该不起尘、不吸尘，具有一定的吸
8、音、防火、防水、防腐等性能，方便拆装、自重轻，有一定的强度，并具良好的装饰效果。 抗静电地板的铺设抗静电地面是机房重要的防护措施，在一些设备配置少的辅助机房或上走线的电信机房，可采用抗静电塑料地面导静电，而对于功能齐全的电子机房来说，选择铺设抗静电地板无疑是一种防护手段。 墙面及隔断装修机房区隔墙耐火极限应满足防火规范的要求，除钢瓶间外，隔墙一般宜自重轻，有一定的可变性。墙、柱面应不起尘、防火、防水、易清洁、防静电、美观。技术处理上，机房应该作好保温隔热、防尘、防潮、防静电、防水、防鼠虫措施，封堵机房与其他区域、其他楼层相通的孔洞，在使用或施工过程中新开的孔洞及时进行封堵，所有进机房的管、槽之
9、间的空隙均采取密封措施。机房承重加固与布局 机房内设备密度较大，对建筑楼板承重有特殊要求，在机房选址和设计时应该核实机房位置的建筑承重；对于个别机房需考虑做楼板的承重加固，特别是 UPS 及电池、精密空调等大型设备，重量较大，应安装设备承重散力支架；机房布局时要重点考虑大型设备的承重，尽量把重型设备放置在机房的承重梁上。 根据机房建设相关标准 电子信息系统机房设计规范（GB 50174-2008）机房建筑与结构应达到以下要求： 技术要求环境要求A 级 B 级 C 级备注主机房活荷载标准值（kN/m2）810 组合值系数 c=0.9频遇值系数 f=0.9准永久值系数 q=0.8 根据机柜的摆放密
10、度确定荷载值主机房吊挂荷载（kN/m2）1.2 UPS 系统室活荷载标准值（kN/m2）810 电池室活荷载标准值（kN/m2）16蓄电池组双列 4 层摆放监控中心活荷载标准值（kN/m2）6 钢瓶间活荷载标准值（kN/m2）8 电磁屏蔽室活荷载标准值（kN/m2）810 基础设施节能措施材料的选择绝热性好灯管选择节能灯管。最好是在无人工作的情况下为关闭状态为好。地板采用下送风的机房，如采用地板下布线模式的，其地板下高度应在 50-80cm，地板下低于40cm 的。最好将电源及综合布线布在机柜上方，实行上走线模式。其他保持机房的密闭性，窗户要考虑做遮阳防护。 机房空调与机房空调节能措施机房对机
11、房空调的要求 机房是数据处理中心，安装有大量的计算机、磁带机、磁介质、交换机、路由器等对环境温湿度、洁净度要求较高的精密设备，对机房环境有严格的要求，其中最重要的是机房温度、湿度和洁净度三个指标。 机房专用空调(精密空调)是为计算机机房(包括程控交换机房)专门设计的特殊空调机，精密空调系统的设计是为了进行精确的温度和湿度控制，精密空调系统具有高可靠性，保证系统终年连续运行，并且具有可维修性、组装灵活性和冗余性，可以保证数据机房四季空调正常运行。 计算机机房专用空调在设计上与传统的舒适性空调有着很大区别，二者为不同的目的而设计，无法互换使用。计算机机房内必须使用机房专用空调。 机房专用空调设备类
12、型 机房专用空调设备制冷系统形式很多，可以根据工程项目的特点，选用不同的制冷系统。机房专用空调机组制冷系统主要冷却形式有风冷式、水冷或乙二醇水冷式、冷冻水式、双冷源系统等。 能效评估PUE 值可以从 1.0 到无限大，国际较先进的机房通常在 1.5-2.0。 机房空调节能措施1.机房专用空调设备选型在对自控新风冷气机设备进行选型过程中，机房的热负荷和换气次数是最为重要的参数依据，因为这两项参数决定了机房的温湿度能否得到恒定以及机房的洁净度能否得到满足。所以我们在机房专用空调设备选型时先选定这两项数据，然后再对选定的新风设备型号进行其它次要数据项的验证。根据机房热负荷及换气次数的计算，可以对机房
13、专用空调设备的设备型号进行选定。 2.空调系统设计一般空调系统设计时，系依“最大负荷再加上 20-50%预留负载量”而设计；实际运行时，空调系统均并未达满负载状态，系统存有甚大的冗余；因此空调系统需要：将不必要的冗余空调负载减供；将无效使用的进行无效能减供；有效使用大自然新风供冷的制冷能力。 3.机房空调的和谐制冷设置(13 种手段) （1）提高制冷系统温度设置值。 为了最大限度的提高容量和优化效率，设置点不应低于维持设备进气温度所需的数值。 （程控机房的温度要求保持在 15-25以内，程控交换机房的温度设定为 20，精度为 1。在设备对环境的要求范围相对宽松的情况下，没有根据环境温度及设备特
14、点作出相应的调整，室内温度一年四季保持恒温恒湿状态。这不仅是对电量的浪费，也是对技术优势的浪费。） （2）适当设定回风温度值。 节能理论依据是，当程控机房需要降温时，空调工作在制冷状态，此时若将回风温度值设高些（在满足机房温度要求的条件下），会使压缩机运行时间缩短起到节能作用。同理，当程控机房需要升温时，空调工作在加热状态，此时若将回风温度值设低些，会使加热器运行时间缩短起到节能作用。 （3）改变空调 724 小时不间断运行方式为间断性的运行方式； （4）通过现有机房新风换气系统充分利用室外温度来调节室内温度(冬季)； （5）加强机房密封性能，夏季合理利用机房窗帘调温（经验数据显示通常窗帘可以
15、有 10左右的调温能力）； （6）在加/除湿耗能较大的机房可以考虑增加专用加/除湿设备； 根据设备规格：一般每 80 平方米空间配置一台加湿机和除湿机，技术规格为加湿机 5-9 公斤/小时、除湿机 3-5 公斤/小时。在机房相对湿度低于 20%时开启加湿机，相对湿度高于 80%时开启除湿机。 如果机房使用单独加湿器，切勿使机房湿度值高于需求，这会导致多个制冷设备相抵触运行:如果两个制冷系统回流气体温度不一致，或两个设备的湿度传感器校准不一致，或两个设备设定的湿度值不同。制冷系统抵触运行将导致一台制冷设备会降低空气湿度，另外一个则会增加空气湿度。这一运行模式极其浪费资源，而且机房管理员也不容易发
16、现。 制冷系统湿度抵触运行问题可通过以下方式解决: a)使用中央湿度控制；b)协调制冷设备之间的湿度值；c)关闭制冷系统中一个或多个加湿器；d)使用浮动数值设定。 确认系统设定值是否相同，校准是否相同，并且扩大浮动数值设定范围。一般情况下，将浮动数值范围设定为士 5%，便可以纠正这一问题。 机房空调节能措施（7）机房空调联机控制； a.采取空调联机控制运行的理论依据 对于某机房区域配置两台或多台空调设备并且各自独立运行时，由于多台空调系统之间存在个体差异会带来巨大的内部损耗，现象是部分空调处于加热状态，而部分空调则处于降温状态；或者是部分空调处于加湿状态，而部分空调则处于除湿状态，其主要原因如
17、下： 空调内部温湿度传感器一致性差异或部分传感器损害； 空调设备温湿度设置的差异或异常； 空调回风路由的不同或整个机房温湿度部分差异； 往往上述原因所带来的空调内部损耗不易察觉或无法察觉，这样所带来的电能损失是相当巨大的。以某机房所作的统计分析，从 11 月至 2 月的机房电费支出中每月近三分之一的电费是由于多台空调处于独立工作而内耗掉了。 b.空调内部损耗分析 假设空调对室内温度检测正常，而空调检测有 1的偏差，两台空调设置温度为 20，稳定状态范围在 18-22，当温湿度传感器探头检测到室温高于 22时，压缩机将起动降温，低于 18时，加热机构则起动升温。 a) 0-t1 段：空调和空调处
18、于稳定状态，空调检测的室温为 20，空调由于偏差 1检测值在 21，此时两空调既不加湿，也不降温。 b) t1-t2 段：由于机房温度的升高（或是外界环境变化，或是通信设备运行造成的升温）。空调和空调检测温度均在升高。 c) t2-t3 段：由于空调的传感器检测的温度已超过 22（其实有 1的偏差）。故空调压缩机起动，开始降温。空调也随之温度下降。 d)t3-t4 段：随着空调的不断降温（此时已经存在传感器偏差引起的不必要的降温了），在空调达到 20时并没有停止降温，因为空调内部设置有延时功能，仍要持续一段时间来降温，在 t3 时刻，空调的检测温度已低于 18的临界值，故空调开始升温，此时间段
19、是空调升温，空调降温，处于相互作用冲抵阶段，此时便产生严重且不必要的内部损耗。 c.联机控制方案 a)选取机房中某一台空调作为主控空调（空调 1），其他空调依次与其控制器连接；b)通过主控空调来设置联机信息，包括联机数量、各台空调设置温湿度以及可设置空调轮流启停时间； c)通过主控空调的传感器信息来控制机房所有空调，实现一致性的升降温和加除湿状态； d)通过主控空调控制多个空调轮流工作保障了各台空调定期运行，同时避免了由于自身传感器误差带来的部分空调持续工作，部分空调从不工作的弊端。（8）采用计算机自动控制技术，随时根据外界因素的变化，通过对空调运行状态的判断，自动调节室内温/湿度值，使压缩机
20、或加热工作时间减少，达到节能目的。（9）采用水冷作为冷媒的空调或采用制冷背板； 液冷系统的制冷原理是，把冷水送达到液体冷却柜。先用柜内风机将热风从服务器后部抽到液体冷却柜中，用内部水管制冷热风，然后将冷风吹到服务器前部，而热水再回流到室外的循环制冷设备，通过这一过程不断循环达到制冷效果。 形象地理解，液冷设备与精密空调的区别，就像冰箱制冷与冷库制冷的区别。对机房来说，液冷系统将每个机柜包装成为一个“冰箱”，而精密空调则把整个机房制冷为一个“冷库”，其能耗的差别不言而喻。使用液冷系统节能的效果不仅仅在于制冷方面。“液冷系统有一个与众不同的系统，叫Freecooling(自然冷却系统)。液冷系统的
21、进水口温度需要低于 15 摄氏度，而当环境温度低于 15 摄氏度，就可以不需要通过循环制冷设备来制冷液体，仅仅用自然冷量制冷即可。 以上海为例，每年至少有三个月的环境温度低于 15 摄氏度，也就是说每年有约四分之一的时间可以“天然制冷”，总体而言，相对于传统制冷设备节能 30%。 （10）针对设备比较少的机房，通过人为的控制，增加巡视次数，根据现场实际情况，灵活掌握开机数量以及开机时间； （11）对机房加以改造，增加机房通风换气能力； （12）适当增加机房内设备隔断，提高机房空调利用率； （13）整改机房空调送风风道，使温度条件要求高的设备充分得到空调送风，以此提高空调使用效率；机房空调节能措
22、施 机房运行环境温湿度要求参考表：从上表中可以得知： 机房专用空调和办公室空调用电量占机房总用电量的 70%左右，有效的降低空调的耗电量是降低运维成本的关键；除去设备用电（18%）外，机房照明在总的用电比例（10%）也是相当可观的，所以又必要再强调空调节电的同时注重机房照明的合理使用。 机房运行环境温湿度要求参考表：下表列举了全国各城区季度平均温度情况，通过了解这些信息帮助我们实时的对机房所需温度进行调整；各专业主要设备温度条件要求（) 上表中所列举温度是该设备正常工作所需要的环境温度条件；从表中可以得知，除蓄电池需要严格的温度范围（20-25）外，其他设备工作温度可以在 15-30之间； 从
23、地区温度与设备工作温度范围比较可以得知： a) 除去设备本身发热，外界环境一年中大多数时间基本可以满足设备工作环境要求（15-30）； b)由于设备本身发热和设备工作设计温度在常温（25），通讯机房均装备专用空调设备来保障机房温度稳定在常温下； c)在春季和秋季室外温度接近设备工作设计温度，此时可以考虑加强机房通风来保障机房稳定的工作环境要求； d)夏季和冬季是室外温度和设备常温差距最大的时期，空调耗能最大，有效的控制这两个季节空调的使用效率将是降低机房电费成本的关键。各地季节性湿度变化情况下表列举了全国各区域季度平均湿度情况，通过了解这些信息帮助我们实时的对机房所需湿度进行调整； 各专业主要
24、设备湿度条件要求（%）表中所列举湿度是该设备正常工作所需要的环境湿度条件： 从表中可以得知，除了交换机（40-65%）和蓄电池设备（40-60%）需要较高湿度要求外，其他主要设备工作湿度满足的要求可以在 20-80%之间。 从图中可以得知： a) 外界环境一年中绝大多数时间可以满足主要通信设备工作环境湿度要求（20-80）； b) 夏季和冬季中可能出现需要空调处于加湿和除湿的情形，如果通过空调自身的加除湿功能来调节机房湿度可能会增加很大的功率损耗，并且部分机房精密空调不具备太大的调节湿度范围，此时可以考虑解除机房专用空调的加除湿功能，替代为机房增加专用加除湿设备来保障机房适当的湿度需要； 冷气
25、流组织与节能措施冷气流组织 气流组织就是将空调机送出的冷风通过预定的风道、风口，按预定的风量与风速送往需要制冷的地点，在把设备产生的热空气回收到空调制冷的过程。气流组织分为三个部分，即：冷气产生、冷气配送、气流返回。机房内计算机设备及机架应采用“冷热通道”的安装方式。“冷热通道”的设备布置方式，打破常规，将机柜采用“背靠背、面对面”摆放，这样在两排机柜的正面面对通道中间布置冷风出口，形成一个冷空气区-“冷通道”，冷空气流经设备后形成的热空气，排放到两排机柜背面中的“热通道”中，通过热通道上方不知的回风口回到空调系统，是整个机房气流、能量流流动通畅，提高了机房精密空调的利用率，进一步提高制冷效果
26、。如下图所示：气流组织形式 通常机房制冷的气流组织形式有混合制冷方式、垂直送风制冷方式和水平送风制冷方式三种。 混合制冷方式 混合制冷方式是传统机房常用的方式(俗称冰柜式制冷方式)，传统的机房空调很少考虑机柜内部的温度，它仅仅能保证机房内温度符合要求。传统混合制冷方式布局以整个房间作为冷却对象，造成冷、热气流混流运行，即前面的机柜排出的热风很容易进入后排机柜的进风口，由于冷、热风气流混合，从而造成精密空调制冷及机柜热交换效率降低。垂直送风制冷方式垂直送风方式一般指下送（上送）风上回（侧回）风方式，一般是通过送风管道或地板静压箱开口方式送风，垂直送风方式空调的可减少冷热气流混流，大大提高空调效率
27、，降低工程造价，这种方式是机房经济实用的送风方式。 水平送风制冷方式水平送风方式一般指靠近机柜，沿机柜面均匀水平送出冷风，把冷气均匀地送入机柜内，采用这种送风形式可大大缩短热交换距离，提高空调效率，这是机柜较理想的送风方式。气流组织节能措施1.空调气流循环问题：机房空调本身的设计是送风量大，机房换气次数高（通常在 3060 次小时），整个机房内能形成整体的气流循环，使机房内的所有设备均能得到冷却。但是某些机房的设计抹杀了这项功能，比如：机房的空调被搁置在另外一个房间，靠隔断上方的回风口，来回风或者靠天花板的微孔来回风致使空调的气流组织受阻，而制冷效果很差，并且报警次数很多，还有静电地板的高度很
28、低，有些地方甚至低于 25CM 厘米并且下方有很多的线槽和线缆，空调的冷风无法送达到相应的位置；有些地方的静电地板的开口数量及开口的位置不对，造成空调的气流组织不合理。上送风系统，风管的设计一定要合理，风口的数量及大小要合理，否则会影响制冷效果。 节能措施： a.如果空调是下送风上回风、下走线：地板的高度应在 50-80cm。 b. 如果空调是下送风上回风，地板下低于 40cm 的，将电源及综合布线系统的放在机柜上层，实行上走线模式。 c. 如果地板无法达到标准的高度应采用强制向上排风的装置，以达到气流的正常流通和循环。 d.采用监控系统控制气流的循环，通过机柜内的温湿度的监控来控制风阀送风口
29、的大小开合。冷气流组织与节能措施 2.机柜的气流组织机柜即机房，这是未来机房的发展趋势，IT 微环境的变化直接关系到整个机房的安全。机柜的摆放的合理性和机柜本身的微循环的问题是目前存在的两大问题。 机柜空间的合理布局对于确保机柜拥有适当温度和足够的冷空气同样非常重要。合理的机柜布局目标是控制空气循环，即避免冷空气在到达设备进气口前与热空气混合。通过将机柜按行排列，冷热通道的技术，可以大幅降低短路循环现象，同时按照背靠背的方式布局。根据有关调查显示，大约 25%的机房将每排机柜面向统一的方向。将机柜置于统一方向可能导致严重的短路循环问题，一般会出现“热点”，同时系统运行成本也将大幅提高。对于机柜
30、朝向统一方向、且没有采用冷热通道技术的环境。调查显示大多数用户均是按照管理层指示放置的，目的是保持机房的美观。如果没有能够使用冷热通道技术，那么解决这一环境中热点问题的一个有效方法是为受影响的机柜提供一个额外的制冷设备才可以解决。 节能措施（1）机柜布局： 机柜按行排列，采用冷热通道的技术，背靠背布局 （2）安装盲板： 尽管机柜通常被认为只是一种机械支架，但它对于防止设备排除的热空气重新进入设备进气口至关重要。 如图显示了机柜在安装盲板前热空气在出风口受到轻微增压后，再加上设备进气口的吸力，导致了热空气重新吸入设备进气口的情况，即短路循环。在安装盲饭后，热空气从设备排出，机柜及其盲板提供了屏障
31、功能，截断了热空气短路循环的路径，进而降低了热空气进入进气口的可能。 尽管主要的 IT 设备制造商均强烈建议使用盲板，但实际上 90%或更高比例的机房都忽略了这一点。热空气再循环问题可能导致 IT 设备的温度上升 8。安装盲板是一个极其简单的过程，可以用非常低的成本应用于几乎所有的数据中心。 （3）使用标准宽度机柜（使用超宽机柜将可能使得热空气通过设备侧面进行短路循环） （4）使用深度扩展的机柜。 （5）使用螺丝固定 IT 设备（使用托盘安装 IT 设备会造成相关位置盲板的无法安装，从而为热空气的短路循环提供了完全开放的条件，应尽量的避免。） （6）使用带有风扇系统的机柜，可将底层空气输向机柜
32、前端或从机柜后端主动排除热空气。 （7）合理的负载分布 不合理的设备安装位置，特别是高功率高密度设备的安装位置，可能明显的增加机房的工作压力。当高负载密度、高功率服务器被组合成一个或多个机柜时，便会出现高负载密度设备群。这种情况可能导致数据机房出现热点，并要求操作员采取相应措施，如降低空气温度设置点等。 供配电系统概 述 智能建筑中的机房用电，如计算机机房、数据中心、网络机房、消防和安防控制室、电梯机房等用电，都属于一级符合，要有确切的保障措施。有些数据传输系统是不允许断电的，需 UPS 电源支持，否则，若发生断电事故，会造成中达经济损失或数据丢失。因此，电源保障和供电可靠性在智能建筑的机房建
33、设中显得格外重要。 机房常用的供电方式 直接供电隔离供电交流稳压器供电发电机组供电不间断电源（UPS）供电电源布置和系统设置 设计和施工必须充分了解并掌握供电对象。充分搜集机房设备和系统的资料才能做好电源布置和系统设计，从而合理地满足机房用电需要。总进线柜系统框架图如下：机房配电还应考虑系统的扩展、升级等可能性，并应预留备用容量。单相负荷应均匀地分配在三相线路上，并使三相负荷不平衡度小于 20%。 动力供配电系统(总进线柜系统图)由总配电柜馈出的动力供配电系统采用 50Hz 交流电，380/220V 三相五线电源，TN-S 接地方式，零线和地线分开设置且零地线之间电压小于 1V。动力配电柜、照
34、明配电箱采用放射式配电直接配至各用电设备，如下图所示： 机房内所有线缆需设计钢制桥架、线槽或钢管敷设。由于精密空调的供电电流大、负载动态范围款，为防止被干扰，应考虑另选路径单独敷设电缆。有条件时，大型机房最好采用专用电力变压器供电。 供配电系统节能电力系统节能分析 1、精确计算供电功率：使用用电管理软件精确计算用电功率和智能化控制系统用电，提高电源利用率。为机房建设规划提供更精确的数据，智能控制整体用电量。 2、供配电系统节约电能的技术方法,主要是配电电压深入负荷中心、配电变压器的正确选择和经济运行、配电线路的合理选择和经济运行、电压调节和无功补偿等技术和方法的采用，具体可参看论供配电系统节能
35、技术方法与措施。 我国现有电力系统中，35kV 以上电压等级输变电系统主要担负着远距离传输电能的作用，l0kV 及 380/220V 电压等级则是配电系统的主体，与用户关系最为密切。电能通过导线、开关、变压器等设备进行传输的过程中，会产生功率损失(有功、无功功率)，并在相应的时间内产生能量损失(有功、无功电量)。配电系统的线损率就是指在一段时间内，配电过程中损失的有功电量和该系统所获得的总电量之比。线损电量通常包括两部分：技术线损电量和管理线损电量。技术线损电量是在传输过程中直接损失在传输设备上的电量，主要有：正比于电流平方的配电线路导线和变压器绕组中的电能损失，也称负载损失；与运行电压有关的
36、变压器损失和电容、电缆的绝缘介质损失，电能表电压线圈损耗，互感器铁心损耗等，也称空载损失。技术线损电量可以通过采取相应的技术措施予以降低。管理线损电量则是在计量的统计管理环节上造成的，包括：各类电表的综合误差；错抄、漏抄及计算错误；设备漏电；无表用电、窃电等造成的电量损失，需要采取必要的组织措施与管理措施来避免和减少。 （1）配电系统的降损节能技术措施 a. 合理使用变压器 根据用电特点选择较为灵活的结线方式，并能随各变压器的负载率及时进行负荷调整，以确保变压器运行在最佳负载状态。变压器的三相负载力求平衡，不平衡运行不仅降低出力，而且增加损耗。要采用节能型变压器，如非晶合金变压器的空载损耗仅为
37、 S9 系列的 25%30%，很适合变压器年利用小时数较低的场所。 b. 重视和合理进行无功补偿 合理地选择无功补偿方式、补偿点及补偿容量，能有效地稳定系统的电压水平，避免大量的无功通过线路远距离传输而造成有功网损。对配电网的电容器无功补偿，通常采取集中、分散、就地相结合的方式；电容器自动投切的方式可按母线电压的高低、无功功率的方向、功率因数大小、负载电流的大小、昼夜时间划分进行，具体选择要根据负荷用电特征来确定并需注意下列几个问题： 高层建筑或住宅聚集区单相负载所占比例较大，应考虑分层单相无功补偿或自动分相无功补偿，以避免由一相采样信号作无功补偿时可能造成其它两相过补偿或欠补偿，这样都会增加
38、配网损耗，达不到补偿的目的。 装设并联电容器后，系统的谐波阻抗发生了变化，对特定频率的谐波会起到放大作用，不仅对电容器寿命产生影响，而且会使系统谐波干扰更加严重。因此有较大谐波干扰而又需补偿无功的地点应考虑增加滤波装置。 c. 对低压配电线路改造，扩大导线的载流水平 按导线截面的选择原则，可以确定满足要求的最小截面导线；但从长远来看，选用最小截面导线并不经济。如果把理论最小截面导线加大一到二级，线损下降所节省的费用，足可以在较短时间内把增加的投资收回。 d. 减少接点数量，降低接触电阻 在配电系统中，导体之间的连接普遍存在，连接点数量众多，不仅成为系统中的安全薄弱环节，而且还是造成线损增加的重
39、要因素。必须重视搭接处的施工工艺，保证导体接触紧密，并可采用降阻剂，进一小降低接触电阻。不同材料间的搭接尤其要注意。 e. 采用节能型照明电器 根据建筑布局和照明场所合理布置光源、选择照明方式、光源类型是降损节能的有效方法。如 1 只 20W 电子节能灯的光通量相当于 1 只 100W 白炽灯的光通量。推广高效节能电光源，以电子镇流器取代电感镇流器；应用电子调光器、延时开关、光控开关、声控开关、感应式开关取代跷板式开关，将大幅降低照明能耗和线损。 f. 调整用电负荷，保持均衡用电 （2）配电系统降损节能的管理措施 a. 指示管理 b. 无功管理 c. 谐波管理 d. 计量管理 e. 统计分析
40、配电网的降损节能工作不但可以减少用户电费支出，提高企业经济效益，挖掘配电设备供电能力，而且对国家能源利用、环境保护、资源优化配置极为有利。应当引起供、用电部门的高度重视。在采用传统降损节能措施的同时，应加大科技投入，提高用电管理的技术水平和管理水平。 具体可参看配电系统的降损节能技术措施。 UPS 不间断电源概 述 UPS 是不间断电源（Uninterruptible Power Supply）的英文缩写，它的功能主要有两个：一是在市电正常时改善对负载的供电质量，同时对后备电池进行充电；二是在市电异常时，通过后备电池保证向负载供电的不间断性。 UPS 主要由整流器、逆变器、静态开关组成。有四种
41、电路结构：后备式、在线式、在线互动式、在线补偿式。 UPS 的使用形式 选购 UPS 一定要选最适合自己实际使用情况的。首先是容量的选择，UPS 容量应该根据目前的负载量，再加上近期准备增加的负载量来计算。其次要选择节能的 UPS。目前 UPS 的发展趋势是高频化和模块化，因为高频化可以提高 UPS 的轻载效率和半载效率，模块化可以使用户边成长边投资，节约能源同时方便扩容。 UPS 电源的技术性能 UPS 电源的技术性能随使用要求的不同而不同，主要技术性能包括以下几个方面。 在线式 高效数字功率器件PIGBT 技术DSP 技术和 SMD 电气集成模块 电池保护功能 灵活可靠的并联技术 通信及监
42、控功能 高可靠性散热系统控制和诊断监控系统UPS 系统配置方案 很多设计工程师都试图设计出完美无暇的 UPS 解决方案为关键负载提供支持，不过他们的设计方案往往不一定涉及到设计方案的可用性范围。例如，并联冗余、串联冗余、分布式冗余、热连接、热同步、多路并联总线、双系统以及故障预警系统等，这些都是设计工程师或制造商赋予不同配置方案的名称。这些名称的问题对于不同的用户，它们可能具有不同的含义，可以存在很多种解释方式。虽然目前市场上的UPS 配置名目繁多且差别甚大，但最常用的不外乎 5 种。这 5 种方案包括:容量；串联冗余；并联冗余；分布式冗余；双系统。选择系统配置方案时，应当根据负载的关键程度而
43、定。此外，还要考虑停机所带来的影响以及公司的风险承受能力，这样才能更好地找到合适的系统配置方案。 UPS 供配电系统 （双总线冗余 UPS 供配电系统图） UPS 供配电系统的供电范围是计算机设备（主机和附属设备）、通信设备、网络设备、服务器、监控设备、保安监控系统小型机/服务器、网络主交换机等重要设备。UP 是输出配电回路（每个配电控制开关为一个回路）需按机房内设备要求设置，小型机/服务器、网络核心交换机及重要路由器要由独立双回路供电，其他计算机设备可用一个回路带 3-4 个插座，固定于地板下。UPS 供配电系统的可靠性，最主要体现在采用了双电源末端互投上，如下图所示：UPS 不间断电源节能
44、UPS 节能措施 目前 UPS 的节能必需从方案、UPS、电池、配电等方面全方位进行。 1、按需扩容的柔性规划一般数据中心的建设都不是一步到位,会考虑今后未来几年的扩容,在设计时 UPS 容量一般都考虑容量比较大些,一次就安装了几套大功率的 UPS 并机，初期负载量只有规划容量的 10%20%，使 UPS 的利用率很低，造成电能的浪费。如何避免这种情况的发生，从 UPS 供电系统角度考虑,应该包括: （1）供电方案设计 目前 UPS 供电方案主要有分散供电、集中供电两种。分散供电是一台 UPS 为一台或多台设备供电。分散供电的好处是分散风险,不会因为一台 UPS 异常造成大部分设备停电;缺点是
45、 UPS 分散布置,不便管理,而且布线不容易规划。另一种是采用集中供电,由一套大功率的 UPS 直接对数据中心的所有负载供电。集中供电的好处是便于规划、管理方便、维护方便;缺点是如果 UPS 系统异常,容易引起数据中心大面积停电事故,此缺点可以通过采用并联构架来避免。因此,以上两种方案各有优缺点,目前的数据中心一般都采用集中供电方案。由于 UPS 并机数量有限制,而且当 UPS系统并机数量超过 4 台时,其可靠性并不比单机供电系统高多少。当机房 UPS 装机总容量超过一定限度时,建议将机房按几期规划分成几个区域进行供电。规划时可以参考:单机容量不宜超过 400kVA,并机数量不宜超过 3 台。
46、 （2）UPS 在线并机扩容功能 数据中心的 UPS 容量的规划，可以根据不同时期的负载容量要求,采用逐步扩容的方案,使投资方案更经济，同时也能使 UPS 工作处于较佳的效率点。目前中、大功率段的 UPS 均已经具备冗余并机功能，不仅提高了系统的可靠性，同时也为机房扩容提供了条件。只要规划时在 UPS 前后配电箱预留足量的空气开关，并在机房规划相应空间，即可实现 UPS 并机扩容功能。关键是并机的过程处理，多种品牌 UPS 并机时需要对 UPS 的设置进行修正，此时要求 UPS 必须工作在维修旁路状态，UPS 由市电直接带载，如果此时市电波动较大甚至停电，将造成系统的大面积瘫痪。所以并机扩容必
47、须具备在线并机功能，即 UPS 并机扩容时，只需将新增 UPS 软件修改至与原 UPS 系统一致后，在不关闭原有 UPS 系统的情况下，直接将新增 UPS 并入原有系统即可，扩容前后，UPS 均工作于在线模式下，避免切换至旁路供电的高风险操作。 （3）采用模块化 UPS，实现逐步扩容 目前,模块化 UPS 已经开始在国内应用,模块化 UPS 特点主要包括:可扩容、平均故障修复时间(MTTR)短、可经济实现“N+X”冗余并机。 2、提高 UPS 自身能效,优化负载效率曲线目前 UPS 均为在线式双变换构架，在其工作时整流器、逆变器均存在功率损耗。以一个容量为 400kVA 的 UPS 为例，每度
48、电按 0.95 元计算，UPS 效率每提高 1%，一年节省的电费为 4000.80.01243650.95=26630.4 元。可见提高 UPS 的工作效率，可以为数据中心节省一大笔电费，可见提高 UPS 效率是降低整个机房能耗的最直接方法。因此采购 UPS，尽量采购效率更高的 UPS。 当然 UPS 效率高不仅仅是满载时效率高,同时也必须具备一个较高的效率曲线,特别是在“1+1”并机系统时,根据系统规划,每台 UPS 容量不得大于 50%,如果此次效率仅为 90%以下,就算满载效率达到 95%以上,也是没有意义的,所以要求 UPS 必须采取措施优化效率曲线,使 UPS 效率在较低负载时也能达
49、到较高的效率。 UPS 效率与输出功率关系曲线图除了提高 UPS 自身的效率之外，UPS 上面的一些功能也可加以利用。比如像 ECO 经济运行模式。其原理是在较好 的市电环境时，激活此功能，使 UPS 由静态旁路直接供电，此时逆变器处于待机状态，正常工作，但不输出能 ，一旦市电异常，UPS立即切换到逆变器供电状态，切换时间一般在 1ms 以内，具体见图 2 所示，蓝色为输入电 波形，黄色为输出电压波形。由于此时的逆变器处于待机状态，所以自身损耗很小，此时 UPS 的整机效率可以达 到 97%以上，比正常模式节省 3%以上的功率。 UPS 不间断电源节能ECO 模式转正常供电模式波形图使用 ECO 模式必须具备以下条件: (1)静态旁路必须采用两组高可靠晶闸管，不得采用接触器加晶闸管的组合，因为接触器吸合时，接触点会打火，一般工作数百次之后就不能正常工作了。而晶闸管则不存在此问题，同时可以缩短切换时间。 (2)建议使用在较好的电力环境下，比如一级供电单位等。 3、降低输入电流谐波，
