数据中心配电设计简析

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摘 要： 分析数据中心的分级和对电源的要求，估算数据中心的电能消耗，根据数据中心的等级制定相应的供配电系统方案。

关 键 词： 数据中心 电源容量 配电系统

1. 引言

随着社会、经济的快速发展，信息数据的作用越来越得到重视。近年来，我国数据中心市场发展迅猛，数据存储应用及设备，存储区域网络等方面的重大变化已改变了对数据中心和计算机房的电信基础设施建设的要求。传统数据中心能源消耗量大，能源利用效率低，绿色数据中心作为建设下一代数据中心的核心理念，合理地预计能源供应及系统结构显得尤为重要，因此可以最大程度地提升能源效率和最小程度地造成资源的损耗。

2. 数据中心的分级和对电的要求

根据GB 50174-2008《电子信息系统机房设计规范》将机房划分为A、B、C三个等级，三个等级从高到低的排列顺序为A、B、C。美国国家标准学会TIA-942《数据中心电信基础设施标准》，根据数据中心基础设施的实用性和安全性的不同要求把数据中心分为Tier 1、Tier 2、Tier 3、Tier 4 四个等级。不同等级对应不同的配电系统配置，具体要求详下表。

3. 电源容量规划设计

3.1数据中心的电是如何消耗的？

数据中心在总的电力消耗中，IT设备用电（45%）以及制冷散热用电（53%）是居于绝对主导，其它如照明、监控等用电占总体的比例一般不超过2%。

3.2 IT设备的耗电需求估算

IT设备总功耗为所有机架功率消耗的总和。单机架功率小于等于3.2kW为中低功率密度机架，单机架功率介于3.2～7kW为高功率密度机架，单机架功率大于7kW为超高功率密度机架。对于数据中心建成后，所需安装的设备比较明确的情况，可以根据具体设备的功耗情况，进行IT设备总体功耗需求的测算，这也是较为准确的参考数据。结合部份在建的和已经投入使用的数据中心可以预计比较接近的参考数据如下：

单机架综合占地面积约8.0m2/机架（估算值含动力、空调、配电和IDC机房等功能机房，以及监控室、测试间、客户休息室等附属用房的均摊面积）。

单机架IDC机房占地面积约2.5m2/机架（估算值含IDC配套风柜房的均摊面积，机架按照W600*D1200*H2200，冷通道1200mm，热通道1000mm考虑）。

3.3 空调能耗估算

制冷空调总功耗为IT设备功率及照明、人员活动等散热的总和。IT设备是数据中心的主要热源，而且IT设备的耗能几乎接近100%转换为热能。其它的环境热源、灯光照明、人的活动等也是热源，但是与IT设备相比占比很小，在粗略的估算中可忽略或按很小比例估算。按之前的IT设备功耗估算，假定最后计算的结果是IT设备功耗为10000kW，空调的能效比按3.0（能效比是额定工况和规定条件下，空调进行制冷运行时实际制冷量与实际输入功率之比。这是一个综合性指标，反映了单位输入功率在空调运行过程中转换成的制冷量，空调能效比越大，在制冷量相等时节省的电能就越多），则空调的功耗需求至少为10000kW/3.0=3333kW。在实际项目中为了保险起见，空调的容量设计一般会考虑一定的冗余系数。

3.4 其它配套能耗估算

办公区按目前的用电习惯，办公区用电需求的可按100W/m2估算。环境监控、门禁系统与IT设备相比，占比很小，估算时可忽略。其它如餐厅可按70W/m2，厨房设备等可按用电取300W/m2。以上只是部份常规通用的估算方法，在有明确的特殊需求时，则需按特定的需求进行功耗需求计算。比如特定的大功率设备，特定的空调，指定的照明系统等等。

4. 各级数据中心配电系统

根据各级数据中心对电源的各项要求，各级数据中心的配电系统提出如下推荐性接线方式：

4.1 1级数据中心供电电源1路市电及1路柴油发电机组成，UPS单机没有冗余。

4.2 2级数据中心供电电源1路市电及1路柴油发电机组成，UPS单边有冗余。

4.3 3级数据中心供电电源2路市电及2路柴油发电机组成，UPS单边有冗余。

4.4 4级数据中心供电电源2路市电及2路柴油发电机组成，UPS双边有冗余，机房采用双路市电+双路备用发电机组+并列运行UPS机组+STS&PDU型式的容错型配电系统，可达到很高可用性指标。见图1

5 结论

数据机房是信息网络系统的核心，重要行业与市政服务系统的数据机房要求保障24 h不间断运行，要求其配电系统具有极高的可靠性。分析表明，采用并列运行与冗余措施可以有效提高系统的可用性指标。

参考文献：

[1]《电子信息系统机房设计规范》 GB 50174-2008

[2]《数据中心电信基础设施标准》美国国家标准学会TIA-942