一種現代數據中心的空調電源解決方案

藍波++張書聃

摘 要 文中分析了現代數據中心空調電源的所存在的問題，同時提出了新的設計理念，并分析了目前主流的空調、電源優缺點。在此基礎上，文章給出了針對某現代數據中心的空調及供電模式解決方案。

【關鍵詞】數據中心 空調 電源

隨著計算機和服務器設備的更新換代，企業對數據中心的散熱和能耗方面提出了更高的要求。雖然各種規模的數據中心有著不同的制冷標準，但就美國采暖、制冷與空調工程師學會推薦，機房的最佳溫度應保持在18到27攝氏度之間，否則很可能造成服務器自動關閉，從而損傷重要信息和嚴重影響收入。

當前的UPS供電系統中普遍存在著資源浪費和生命周期成本問題：預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，在第五年時實際負載量也只達到裝機容量的28%。

因此現代數據中心的設計理念應從考慮單臺UPS設備向整個供電系統變化：一個完整系統中除了UPS系統，還可能有變壓器、瞬態電壓浪抑制器等設備，以及上百乃至幾百個級連接點和相應的傳輸線。由于這些部件和環節在可靠性模型中的串聯特性，在設計系統時應考慮某些問題：如系統中各種設備的相互匹配和可靠性問題；UPS設備的模塊化冗余結構問題；供電系統的布局問題等。

另一方面，隨著刀片式服務器的普及，一個機柜可以安裝42臺1U的服務器，其功率可達到20KW甚至是30KW以上，傳統的制冷方案已經無法滿足要求。且傳統風冷型空調屬于大功率用電設備，只能接入市電工作，當市電發生問題時，在短短的時間內機房溫度就會升高10℃，引起設備宕機，造成機房無法正常運行。據研究顯示，水性循環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。因此現代數據中心應采用液體冷卻技術進行散熱。

1 機房空調概述

機房空調按冷凝器冷凝方式的不同分為風冷機組和水冷機組兩種。

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

常規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，然后通過水泵循環至各個需要供冷的房間，各房間利用室內機冷卻室內空氣。其系統能效比更高，噪聲也更低。

2 電源系統概述

國內近兩年數據中心大量采用240V直流設備。較傳統UPS電源比較如表1所示。

3 應用案例分析

某現代數據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，二層中心機房和監控中心，三層技偵中心機房和網安機房，四層技偵中心機房和網安機房電源及空調系統設計。

數據中心按照《電子信息系統機房設計規范》A級建設，詳細建設方案對比如下：

3.1 空調方案對比

風冷機組方案布置靈活、無需冷水機房和管道，節約水資源，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（冷卻塔、冷卻水泵、管網及其水處理設備）。水冷機組方案具有系統效率高，應用范圍廣，夏季制冷能效高，節能，噪聲源低于風冷機組。

該現代數據中心面積較大，室內設備散熱量大，若采用風冷系統，所需空調臺數較多，室外機散熱量較大，如室外機集中布置，有可能導致室外機進出風短路，散熱效果不好，機組長期偏離額定工況工作，導致制冷效果降低，設備能耗增加。因此本項目采用冷凍水集中空調處理系統方式。冷凍水系統采用閉式、雙管路變流量系統，為提高系統安全性，循環管路為1+1方式備份。

3.2 電源方案對比

該數據中心采用240V直流系統與傳統UPS系統具體比較如下：

（1）網絡設備適應性。一期需要搬遷200多個機柜均采用240V直流系統。

（2）該數據中心部分負荷如空調系統的內機和冷凍水泵、機房外其他樓間UPS負荷必須使用傳統UPS電源。

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

（4）主設備投資比較。240V直流系統和同等容量的UPS系統投資節省15%左右。

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

4 結語

建設綠色數據中心正在成為未來數據中心的發展方向，保證現代數據中心的安全性與可靠性的同時還需要從全局出發選擇更為合適的空調、電源方案，避免一味追求新技術而忽略成本和質量。本文提出了現代數據中心建設空調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計理念，同時給出了現代數據中心空調、電源的對比方案為其他設計人員作參考。

參考文獻

[1]郭予信.美國采暖、制冷、空調設備制造行業概況[J].制冷學報，1988（02）：51-56.

[2]趙建統.UPS電源的現狀及發展趨勢[J]. 電源技術應用，2005（11）：83.

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

[4]岳玉，曹可建，郭亮.數據中心綠色技術及其發展研究[J].中興通訊技術，2015， 21（05）：45-49.

[5]中華人民共和國電子工業部.電子計算機機房設計規范[M].中國計劃出版社，1993.

作者單位

重慶市公安局 重慶市 401147