浅析数据中心电气系统节能设计

焦凯

（太极计算机股份有限公司）

1 引言

在互联网技术不断升级优化的背景下，数据资源的数量也越来越多，而其中囊括的信息内容也得到了各方的高度重视。也正因如此，我国的数据中心发展速度得以提升。数据中心中涵盖了大量的数据信息，其中不乏巨大商业价值、研究价值的信息内容，鉴于此就应保证数据中心运用的安全性和可靠性。为确保数据中心电能供应的稳定性，应拟定、选用可靠性强、安全性高的供电方案，低压配电系统是数据中心中最为常见的配电办法。

2 数据中心绿色节能机房电气设计的需求分析及设计思路

2.1 需求分析

数据中心绿色节能机房电气设计的主要需求包括三个方面：①在遴选数据中心电气系统应急电源时应优选考虑柴油式发电机，同时结合实际情况灵活切换；②在配置不间断电源时应以2N为标准，在选择应急备用电池时应确保其应用时长大于15min；③在配置数据中心电气系统时，应以容错系统的相关标准为依据，在电气系统运行过程中，应避免各类外界因素，如外部电源停止供电、设备出现故障、误动拒动等问题对电气系统的运行造成不利影响[1]。

2.2 设计原则及设计思路

在开展电气系统设计工作时，应严格遵循电气设计行业的要求准则，同时结合公司发展的未来趋势，创建利于公司企业的先进系统；此外，还应充分思索计算机硬件以及软件的发展动向，通过优化调整电气设计，为企业数据信息的保存、运输以及整合提供全面保障，同时在依循环保节能的理念下，让机房达到绿色节能的要求。鉴于此，在设计数据中心绿色节能机房时应严格遵循设备安全可靠、灵活运行、拓展节能的原则，确保数据中心机房契合我国可持续、绿色建筑发展理念。

3 数据中心绿色节能机房低压配电系统设计

数据中心低压配电系统主要由不间断电源（Un‐interruptible Power Supply，UPS）配电系统、防雷接地子系统和安防子系统等组成（见图1）。

图1 数据中心耗能结构图

3.1 UPS配电系统设计

数据中心源源不断的电能均来自UPS配电系统。该系统借助双总线技术，由两台UPS组成，为数据中心服务器、机柜设备以及监控中心计算机提供充足电能是其主要功能。

2个UPS均采用单独的主电源，在电源正常的情况下，UPS可以稳定供电并供给负荷，此外还可以借助机内电池存储电能；而当电源出现中断现象时，UPS可以第一时间借助逆变器将机内电池存储的电能进行转化，并不间断向负载提供电能，确保负载运行的正常性、平稳性，规避设备因电源中断出现硬件损害问题。若在系统运行过程中发生了低电压、瞬高压、电涌等问题时，UPS系统还可以第一时间发挥自身保护价值。鉴于此，在设计节能绿色电气系统时就应科学实际并运用UPS系统，确保其工作状态的平稳性和安全性[2]。

在数据中心的机房里，共有2个电力分布单元（PDU)，应全力保证每个机箱均有2条独立UPS回路提供电力。借助地板下电线槽引入的方式完成机柜供电，此外在安装插座时，应确保其型号规格为工业防水型（可选IP65/IP44)，为进一步确保供电的连续、可靠以及工作人员操作的安全性提供全面保障。

3.2 数据中心绿色节能机房照明系统设计

在设计照明系统时，应主动和建设方进行沟通交流，详细分析数据处理系统的规划和布局，确保在设计最初阶段明确最终数据处理服务器的运用状态，通过合理规划机房布局，做好机房分期建设工作。在沟通交流过程中，应向建设方主动介绍消耗少、效能高的服务器，并对服务器的类型按照不同模式进行划分，以此确保电气系统设计的合理性，使其满足系统的实际需求，保证设计配置的UPS在切实满足实际使用需求的同时还留有余量[3]。

此外，在开展设计时还应严格按照相关要求规范中提到的照度要求，合理把控、优化设计机房不同区域的照明。以信息化机房内部照明设计为例，应将其明度控制在500lx之上，机房辅助区域的照明度数也应大于300lx，这样才能满足规范标准的要求。此外应急照明的亮度也应大于50lx。

3.3 数据中心绿色节能机房防雷接地系统设计

数据中心机房受关注度最高的对象便是防雷接地系统，在设计该系统时不仅要有效防雷，避免其因为雷电击中出现损害，还应避免其因为静电干扰出现故障，以此确保数据中心运行的安全性和稳定性。

以事实为基础可以得知，两级安全避雷节点系统在数据中心低压配电系统运行过程中发挥着不可忽视的作用。通常情况下，会将一级防雷接地系统（60kA）安放在数据中心总电源的附近，而二级防雷接地系统一般放置在配电柜的电源进线处。雷电接收器、接地设备、引下线以及接地电阻均是整个避雷体系中的组成分子。雷电接收器由金属制成，日常生活中最为常见的装置为避雷针；接地设备由接地体以及相关线路构成；引下线的主要作用为导出连接器中的累积电流；接地电阻则是判断接地设备性能的关键，透过其参数可以得到接地装置对地电压和释放土地电压之间的比值[4]。

3.4 空调配电系统设计

结合实际情况来看，数据中心是由多个服务器以及数据保存设施共同组成，在这些设备正常工作、运行时，会发散出不计其数的热量，而为了全面保障机房内部的温度处于平衡状态，就应将空调制冷系统配置其中。

一般情况下会借助浸入式冷却抑或是直接液冷却的办法保证机房内部温度的稳定性。数据中心机房环境与其他环境不同，其自身具备极强的特殊性，这也对空调系统的稳定性提出了更高的要求。数据中心不能出现运行中断问题，否则将会影响机房工作的稳定性，鉴于此，就应全面提高该系统的稳定性，确保其可以超长运行，全面发挥系统自身作用价值，为机房内部温度的平衡性、湿度的均衡性提供基础保障条件。

3.5 低压配电及线路敷设设计

低压配电线路敷设的安全性与可靠性，不仅关系着供电的连续性，其在确保线路正常、提高输电效率方面也有着不可忽视的价值，借助其自身作用可以综合强化电能的质量。在开展电力设备线路配置工作时，应主动使用具有阻燃作用的电缆，借助放射的途径完成线路敷设工作。而在推进普通电力设备的线路敷设工作时，应积极运用具有低烟特性的无卤电缆完成作业，在这一过程中，工作人员可以通过放射型或是树干混合的形式完成该项作业。

在低压电线，例如照明以及空调系统中应借助ZR-BY阻燃铜芯线完成敷设工作。出配电室（箱体）的分支电缆，如有电缆沟，应在电缆沟中铺设，若没有电缆沟，应采用金属管对线路进行防护，并应在过长的管道上增设过路盒，对经由沉降缝的管道及桥梁进行沉降处理工作。

3.6 电气保护与接地系统设计

科学全面的接地系统可以避免外来干扰侵入的同时，为电子电气设备运行的安全性和可靠性提供坚实保障，同时还能避免系统内部出现相互干扰问题，让数据中心机房电源系统始终保持在稳定的零电位上。当出现电位漂移问题后便会对数据读取的效果产生极为严重的负面影响，严重还会降低其作用性能。鉴于此，工作人员就应针对数据中心电气的保护策略、保护效果进行优化，确保接电系统处于安全、稳定、高效。通常情况下，机房内部一般使用TN-S接地系统，这是因为其自身具备多重优势，不仅操作简单、还有着极为灵敏的故障感知能力。

除此之外，还应全面保障数据中心机房内部的电源插座都配置了漏电保护开关，仔细检查机房内高度小于2.4m的灯具是否与接地线连接，同时，在对数据中心机房和接地系统连接的过程中，还应针对各个部位进行联合监测，为数据中心电力系统稳定安全的运行提供全面保障。

4 对数据中心电气系统节能设计的总结和展望

4.1 对数据中心电气系统节能设计的总结

绿色数据中心机房创建属于系统工程，随着大数据、云计算等高新技术的不断发展，机房工程建设速度也得到了明显提升，而这也对机房绿色节能设计提出了更高的要求，基于此，在未来节能设计发展中，选择节能材料、应用节能设备、优化 IT运维系统等领域，都会有更多的创新技术涌现出来。

4.2 对数据中心电气系统节能设计的展望

结合现状来看，现代化信息技术的发展速度不断提升，这也预示着各类网络设备功耗也会不断增大，由此可知数据中心的能源消耗也会逐渐增多。就实际情况来看，当下电气系统节能设计仅能满足当下需求，存在无法适应未来高耗能的问题，鉴于此，在建设数据中心时，就应将能耗作为重要思考因素，提高对制冷系统、配电系统耗能较大问题的重视力度，通过对其电气系统的优化，提高数据中心节能设计的效果。

为了进一步强化数据中心的能耗水准，创建绿色低碳的数据中心，未来数据中心节能研究可以从以下几个角度入手：

①以我国丰富的可再生资源为基础，分析如何将可再生资源视为稳定可靠的能源，将其运用到数据中心耗能中。

②在数据中心运行使用过程中，分析如何科学地对数据中IT系统制冷需求进行预测，结合预测结果对制冷系统进行反馈监控，并科学把控其制冷系统的输出冷量。

③在液冷技术的不断发展下，全浸没液冷技术将成为数据中心制冷的全新技术，故而也应从该项技术角度进行分析探究。

5 结语

在大数据产业发展速度不断加快的当下，数据中心发展的速度也有着极大地提升，数据中心中包含着大量的数据资料，这也对配电系统的安全性提出了更高的要求。低压配电系统作为数据中心安全平稳运行的重要前提，应经由系统、全面、科学的设计以及严谨的调试，全面提升其运行稳定性，以此确保可以达成低压配电系统建设的目标，为数据中心安全平稳运行打下坚实基础。