徐其勤 孫惠民

（中國電科二十八所 江蘇省南京市 210007）

1 數據中心的基本概述

數據中心的建立對主體起到了一定的服務作用，是服務器機房、網絡數據交互設備、服務器機房輔助電子設備、機房支持區域建筑物的總稱。在市場經濟的快速發展中，有些行業對于數據的依賴性很大，且在各項業務、服務的開展過程中會產生大量的數據。因此，數據中心建立的主要功能是進行網絡數據的處理、交換與傳輸，借助于大型服務器來完成數據的交流與存儲[1]。要保障數據中心的穩定、可靠運行，需建立穩定的供配電系統，維持電力供應的穩定性，并需要建立完善的UPS，使得即使在斷電的情況下，UPS 也依舊能夠維持其可靠的運行。如果存在電力供應不穩定的情況，數據中心內的相關設備設施可能會受到這種不穩定出現各種損壞，影響正常的網絡傳輸，嚴重時甚至會造成數據丟失現象。而在數據中心的運行中，如果出現UPS 響應速度較差、供電電源不足與供電時間過短的情況，將會造成數據備份異常，影響數據中心各種業務的開展。因此，數據中心機房配電系統的設計與改進是重點問題。

2 數據中心機房的設計內容與特點

2.1 數據中心機房的設計內容

數據中心承擔著重要的任務，其機房構成相對復雜。在當前數據中心機房的功能區域劃分來看，主要包含了數據主機房、UPS 機房、配置室、空調室、監控中心等，數據中心機房的這種特殊構造使得在整個數據中心機房的設計與施工過程中，囊括了電氣工程、機房裝修工程、綜合布線排線、監控門禁、消防安全等諸多的內容[2]。數據中心機房的設計內容中，綜合布線排線、配電系統的設計是關鍵。

2.2 數據中心機房設計的特點

數據中心機房設計具有復雜性、系統性與綜合性。為保障數據中心機房作用的發揮，在設計中設計人員需充分考慮機房內相關設備的運行環境、防災安全等要求。此外，數據中心機房的設計周期很長，從機房土建初步設計到竣工驗收階段，往往會占據較長的時間。在整個的設計過程中，包含了多個工序、工種之間的協調性與配合性，參與的部門相對較多，各個部門與主體在參與數據中心機房項目的過程中，不僅需要切實履行好自身的職責權限，還需要加強不同部門之間的配合與協調，保障機房工藝技術、整體布局、結構設計、強弱電等各個環節都能夠達到全面配合的效果。

3 數據中心機房配電系統存在的問題

3.1 系統容量的整體規劃不合理

近年來，隨著各行各業發展中對于網絡設備的使用要求逐步提高，數據中心機房配電系統的重要性日益凸顯，尤其是隨著高層建筑項目的逐步增多，很多行業主體都建立了專門的數據中心機房，以發揮數據機房在業務、服務開展中的作用。以樓宇建設為例，大樓的一級負荷用電常常被納入機房配電系統中，再加上機房內還包含了計算機設備，相關的弱電系統如閉路電視監控、入侵警報系統等都是配電系統的服務范疇，因此，由于配電系統中包含的服務設備、子系統等相對較多，這就要求相關人員在設計的過程中需充分考慮多方面的因素，實現整體規劃[3]。一些數據中心機房配電系統不穩定常常是由于配電系統容量規劃不足所造成的，當數據中心機房內的相關設備在運行的過程中，需要的電壓、電流等相對較高，如果配電系統的容量不足，將會難以滿足穩定、安全與可靠運行的要求。

3.2 配電系統設計與其他專業設計的配合性不足

機房配電系統作為數據中心機房的重要組成，要保持配電系統的可靠運行，為數據中心機房內相關電氣設備、計算機系統等提供重要的保障，就必須使得配電系統設計與其他專業設計相協調，但是，在實際的機房配電系統設計上，一些設計人員常常缺乏配電系統設計與其他專業設計的協調，導致數據中心配電系統在運行的過程中存在諸多的問題。數據中心機房內裝修從空間上主要包含了吊頂上、地板下、頂板與地板間結構，在電氣設備、器件等的安裝方面，需考慮燈具與頂板的搭配、安裝位置是否合理等，一些設計人員在設計、安裝方面缺乏科學管理，存在安裝位置選擇不當、燈具與頂板搭配不合理等情況。此外，數據中心機房的吊頂上、地板下包含了諸多的管線布設，在設計中常常存在排風管道、消防管道與強弱電線的交叉情況，難以進行吊頂標高的科學設計，設計人員只能通過降低機房標高、用地板下線槽擋住專用空調送風口的方式來加以處理，這種情況下，存在風阻提高、線槽生銹的風險[4]。由于數據中心的特殊性，在機房內常常需要進行門禁、攝像頭等弱電設備的安裝，如果數據中心機房的面積較大、大弱電設備的數量較多時，設計人員在設計過程中需進行弱電系統的集中與分散設計，否則，設計不當可能會導致在數據中心機房運行的過程中，某一個系統故障會引起其他系統、設備的故障。

3.3 工程造價與現有需求之間的矛盾

數據中心機房配電系統的資金投入較大，為了達到數據中心機房使用的要求，在實際的過程中，設計人員往往會考慮多方面的因素，力求用最低的造價來實現最好的設計質量。但是，由于數據中心機房內各個設備的性能會影響數據中心機房的設計效果，如果過于關注工程造價，只能在設計中選用低性能的設備與配置，最終也就會降低數據中心配電系統的安全性與穩定性。因此，工程造價與現有需求之間的矛盾是一些數據中心機房配電系統設計中面臨的一個重要難題，設計人員需從用戶的使用需求著手，加強與用戶的協調與溝通，妥善解決設計造價與現有需求之間的矛盾。

4 數據中心機房配電系統的改進

4.1 數據中心機房配電系統的負荷等級

從當前數據中心機房配電系統的應用情況來看，配電系統用電負荷統計主要包含了UPS 電源系統負荷統計與變配電系統負荷統計，其中，前者是UPS 電源系統設計的基礎和前提，后者是變配電系統、自備應急電源系統設計的參考。從UPS 電源系統負荷的構成來看，主要包含了通信機房、自動化機房設備的精密配電柜負荷與值班中心負荷、終端大屏等構成，如圖1所示。UPS 電源系統內的各個組成部分能夠在數據中心機房啟動以發揮各自的作用，保障數據的實時處理與傳遞。變配電系統負荷主要包含了機房照明、應急照明、精密空調系統等相關的電氣設備，在整個的設計過程中，設計人員必須要考慮系統的容量，既要保障系統的容量，還需要在滿足容量的基礎上使得系統具備一定的擴容能力，避免系統容量不足影響配電系統的電壓的穩定性[5]。

4.2 電源容量規劃設計

4.2.1 IT 設備耗電需求估算

在數據中心機房內，包含了各種的IT 設備，要提高配電系統的設計質量，使得電源容量的設計能夠符合數據中心機房內各種電氣設備、IT 設備的運行需求。IT 設備總消耗是所有機架功率消耗的綜合，一般情況下，單機機架功率在3.2kW 以下的為中低功率密度機架，而功率在3.2 ～7kW 的為高功率密度機架，而在7kW 以上的就是超高功率密度機架。當數據中心建成以后，如果已經明確了所需要安裝的各種設備類型與情況，相關設計人員需結合這些設備的功耗情況，準確測算IT 設備的總體功率需求。

4.2.2 空調能耗估算

由于在數據中心機房內包含了大型服務器、電氣設備等，制冷空調總功耗是IT 設備功率、照明、人員活動散熱的總和。IT 設備是數據中心機房的主要熱源，在IT 設備的運行過程中所產生的能耗幾乎可以100%轉化為熱源。此外，數據中心機房還包含了環境熱源、燈光照明、人類活動等，這些熱源相對較少，幾乎可以忽略不計。根據前期IT 設備功耗的估算情況，能夠計算出空調的能耗情況，進而在整個機房配電系統的設計方面進行相應的改進，減少各種設備運行中的能源消耗，使得配電系統的電源容量能夠滿足設備運行與使用的要求。

4.3 數據中心機房配電系統布置

4.3.1 遵守配電系統布置原則

在數據中心機房配電系統的改進中，為發揮配電中心在整個數據中心中的作用，相關人員在進行配電系統的布置中，需遵守相應的布置原則，比如，盡量使得變配電所、UPS 電源機房等靠近設備機房也就是負荷中心的位置。在變配電所、發電機房、UPS 電源機房的布置過程中，還需要留有一定的面積，使得這些機房、設備具有可擴展性，能夠在后期數據中心的不斷改進中留有一定的擴展空間。在配電系統的布置過程中，還需要留有一定的供電線路通道。

4.3.2 變配電所布置要合理

如果數據中心機房為單幢建筑結構，在變配電所的布置方面，盡量選用附設式變配電所，并將其布置在地面一層與二層的位置。如果一些數據中心機房的結構相對特殊，附設式變配電所需設置在地下層時，要盡量避免在最底層的布置。

4.3.3 采用先進的智能配電單元

數據中心機房配電系統的改進中，要加大先進智能配電單元的應用，比如，配電列頭柜作為一種新型的智能配電單元，在一些數據中心機房中得到了廣泛的應用。具體來說，可以將智能配電列頭柜安裝于設備機柜的一側位置處，并配置相應的參數測量儀、模塊化分配單元、可熱插拔斷路器等。這種智能配電列頭柜的應用，使得在數據中心的運行與使用過程中，能夠實現實時監控、在線監測，對其所負載的電流分布與功率分布等加以全面、實時管理，有效發揮了參數測量儀、數據采集與控制等多種作用。此外，智能配電列頭柜還可以實現對每相及中性線上電流、電壓、功率因數、有功功率與無功功率等參數的實時測量，根據這些測量結果，有關人員能進行相應的計算，實現數據中心能耗的控制。智能配電單元作為一種模塊化單元，為數據中心機房配電系統的擴容提供了便捷。

圖1：智能母線槽配電

4.3.4 模塊化UPS 的應用

模塊化UPS 的應用中，主要是在進行UPS 設備的配置時，考慮數據中心各類設備的遠期負荷，雖然這種配置方式下使得數據中心前期的投入相對較高，但是在后期卻有著良好的應用效果。與傳統的UPS 相比，模塊化UPS 的應用能夠大大提高系統的可靠性，即使單一模塊出現了故障，也不會影響其他模塊的正常工作，且模塊化UPS 具有可熱插拔性質，即使出現了故障，也能夠在較短的時間內恢復正常。此外，模塊化UPS 還具有節能性、便捷性、靈活性等多種優勢，在一些容量較小的數據中心機房中能夠得到良好的應用。

4.4 新型配電方案

新型配電方案主要是母線槽配電方案，這種配電方案屬于一種智能化的配電手段，在歐美地區的應用相對廣泛，且技術發展相對成熟，其整體構造如圖1所示。

5 結束語

近年來，隨著網絡經濟時代的到來，很多用戶在開展業務的過程中，越來越依賴數據中心，加大了在數據中心機房配電系統設計方面的投入。一些數據中心建成以后，由于機房配電系統運行的穩定性不足，難以保障數據中心的正常使用，因此，相關用戶需針對機房配電系統的存在問題，實施相應的改進與設計，提高數據中心機房配電系統的可靠性。