淺談數(shù)據(jù)中心電源的基本要求-建筑電氣2009.11

數(shù) 1據(jù) 1中 1心 l設(shè) l計 l專 l欄 l(上)
淺 談 數(shù) 據(jù) 中 心 電 源 的 基 本 要 求
王 曄 涂 強(qiáng) 曹承屬 (華東建筑設(shè)計研究院有限公司，上海市 200002)
Discussion about Basic Requirements for the Power Supply for Data Centers
Wang Ye Tu Qiang Cao Chengshu(East China Architectural Design&Research Institute Co．，Ltd．，
Shanghai 200002，China)
Abstract Racks with high power density are 大．許多公 司意識到需要對 IT資源進(jìn)行集中的管理
growing continuously with the growing of data centers， 和運作：特別是90年代 ，服務(wù)器在計算機(jī)房出現(xiàn)，
thus resulting in a new challenge to the power supply and
更是催生了新型數(shù)據(jù)中心的分級設(shè)計 ．在 ．eom經(jīng)濟(jì)
cooling system．The classification of data centers and
的泡沫中．?dāng)?shù)據(jù)中心迎來 了繁榮 隨著服務(wù)器等設(shè)備
power supply requirements by Telecommunications
的不斷發(fā)展．?dāng)?shù)據(jù)中心也在不斷發(fā)展。在我國數(shù)據(jù)中(zhòng)u003Cbr/>Infrastructure Standard for Data Centers(ANSI／TIA一
心起步較晚，具有很大的發(fā)展空間。
942—2005)：the electricity load and the distribution
system reliability of data centers are analyzed； the
2 數(shù)據(jù)中心的分級及對電源的要求
recommended scheme for distribution system of each
levels of data centers are presented． 根 據(jù) 《數(shù) 據(jù) 中 心 電 信 基 礎(chǔ) 設(shè) 施 標(biāo) 準(zhǔn) 》
Key words Data center Rack Power
(Telecommunications[nfrastructure Standard for Data
density Power supply requirement
Centers，ANSI／TIA一942—2005)及 Uptime Institute
的資料，數(shù)據(jù)中心可分為4級，分別為 l級、2級、
摘 要 數(shù)據(jù)中心在不斷發(fā)展．高功率密度的機(jī) 3級 、4級 ．各個級別根據(jù)重要性對 電源有不同的要
架也在不斷發(fā)展．這對電源供給、冷卻 系統(tǒng)等提 出了 求．見下表
新的挑戰(zhàn) 介紹 了 《數(shù)據(jù) 中心 電信基礎(chǔ)設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)》 需要說明的是 ．隨著刀片式服務(wù)器 的使用 ．?dāng)?shù)
(ANSI／TIA一942—2005)對數(shù)據(jù)中心分級及對 電源 據(jù)機(jī)房 的功率密度在不 斷提高 ．極端 的已經(jīng)達(dá) 到
的要求：分析了數(shù)據(jù)中心的用電負(fù)荷，配電系統(tǒng)的可 20kW／機(jī)架 高功率密度的數(shù)據(jù)機(jī)房要求高比率的
靠性：對各級數(shù)據(jù)中心配電系統(tǒng)提出了推薦性方案 后臺支持空間 (3 kW／機(jī)架最低 1：1；6 kW ／機(jī)架最
關(guān)鍵詞 數(shù)據(jù)中心 機(jī)架 功率密度 電源要求 低 2：1：9 kW／機(jī)架最低 3：1)。
3 數(shù)據(jù)中心用電負(fù)荷的分析和計算
1 數(shù)據(jù)中心的定義及發(fā)展
數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施的用電設(shè)備主要可以分為：IT
關(guān)于數(shù)據(jù)中心的定義。有很多的說法 ．從普遍認(rèn) 信息技術(shù)設(shè)備用電、制冷系統(tǒng)用電、照明用電、配電
同的說法來看．?dāng)?shù)據(jù)中心是一個集中安置計算機(jī)系統(tǒng) 系統(tǒng)用電等
和相關(guān)組成部分．如通信和存儲設(shè)備的空間 通常它 傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心和采用高效冷卻系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心用
有冗余的或備用的電源．冗余的數(shù)據(jù)通信連接．還有 電負(fù)荷比例見圖 1、圖2。
環(huán)境控制 (空調(diào)等)和可靠的安防設(shè)施。 由圖 2可以看出．IT設(shè)備用 電在現(xiàn)代新型數(shù)據(jù)
簡單的數(shù)據(jù)中心起源于2O世紀(jì) 60年代 ．隨著大 中心中占到大約一半以上．但其用電量的估算一直
型計算機(jī)的出現(xiàn)而發(fā)展起來 大型計算機(jī)難于操作和 比較困難．使用的方式有很多種 ．功率密度是一個經(jīng)
維護(hù)．對環(huán)境的要求也比較高．需要設(shè)置專門的機(jī)房 常涉及到的參數(shù)。對同一種類型、規(guī)模的數(shù)據(jù)中心，
來安裝這些設(shè)備．于是出現(xiàn)了數(shù)據(jù)中心的雛形：到了 得到的數(shù)據(jù)可能會相差很多 ．這是由于大家采用的計
80年代 ．微型計算機(jī)產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展．信息業(yè)務(wù)不斷壯 算方式有所不同
淺談數(shù)據(jù)中心電源的基本要求 (王嗶 涂 曹承屬建 筑電乞。
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2口口9年第1 1期l ELEC Rle 警
數(shù)據(jù)中心分級及電源要求 設(shè)備制造商會采用
Tab． Classification of data center and requirements of power supply
IT設(shè)備總用電量和IT設(shè)
項? 目艇 、i 、羹i鼴 ＼謄 i_ 囊 級 2級。 ．：|¨級 備的占地面積 f僅指機(jī)
架放置所 占面積．不包
市電進(jìn)線 1路 1路 2路 2路 (600V及以上，
(600V及以上 ) 來自不同變電站 括通道等面積)比值來
配電路徑數(shù) 1 1 1個主供電． 2個主供電同時供電 計算．這個功率密度值
1個備用供電
一 般偏大 ：IT技術(shù)人員
系統(tǒng)允許
同時維護(hù) 否 否 是 是
往往采用 IT設(shè)備總用電
計算機(jī)和電信 單路電源． 單路電源． 雙路電源． 雙路電源． 量和 IT設(shè)備的所 占總空
設(shè)備的電源 承擔(dān)100％負(fù)載 承擔(dān) 100％負(fù)載 每路都能承擔(dān) 每路都能承擔(dān)
間面積比值來計算．這
100％負(fù)載 100％ 負(fù)載
是最常使用的方式 ．平
所有電氣設(shè)備
貼有第三方實 是 是 是 是 均每個機(jī)架占用 2．6m2,
驗室認(rèn)證標(biāo)志
對決定制冷和供配電需
電氣或機(jī)械設(shè)備配 電氣或機(jī)械設(shè)備配 電氣或機(jī)械設(shè)備配電 電氣或機(jī)械設(shè)備配電系
求比較有效：建筑師喜
單點故障 電系統(tǒng)的一個或多 電系統(tǒng)的一個或多 系統(tǒng)沒有單點故障 統(tǒng)沒有單點故障
個單點故障 個單點故障
歡按照 IT設(shè)備 總用 電
帶旁路維修功能的 帶旁路維修功能 帶旁路維修功能的自 帶旁路維修功能的自動 量和總的數(shù)據(jù)中心所 占
重要負(fù)載的 自 動 轉(zhuǎn) 換 開 關(guān) 的自動轉(zhuǎn)換開關(guān) 動轉(zhuǎn)換開關(guān) (ATS)
(ATS) 轉(zhuǎn)換開關(guān) (ATS)，當(dāng)市 面積 (包括 IT設(shè)備 、
系統(tǒng)轉(zhuǎn)換 當(dāng)市電斷 (ATS)，當(dāng)市電斷 當(dāng)市電斷電時 ，
電時 ， 切換 電斷電時．切換至柴油
． 切換至柴油 電時．切換至柴 至柴油發(fā)電機(jī) ． 發(fā)電機(jī) 配電房、制冷房等所有(zhòng)u003Cbr/>發(fā)電機(jī) 油發(fā)電機(jī)
空 間 面積 )比值 來 設(shè)
固定的框架斷路器或
固定 的塑殼 斷路器 ． 插拔式框架斷路器或插 計 ．這種方法在早期規(guī)
機(jī)械聯(lián)鎖：任何配電 拔式塑殼斷路器．機(jī)械
現(xiàn)場開關(guān)裝置 無 無 系統(tǒng)的開關(guān)維護(hù)時能 聯(lián)鎖 ：任何配電系統(tǒng)的 劃時常被采用 ：第四種
夠旁路 ．不影響重要 開關(guān)維護(hù)時能夠旁路 ．
負(fù)荷 不影響重要負(fù)荷 是采用所有設(shè)備用電量
(包括 IT設(shè)備用電量、
根據(jù) UPS安裝
制冷用電量 、照明用電
容量正確配置 是 是 是 是
發(fā)電機(jī)容量 量等)和總的數(shù)據(jù) 中心
所 占面積比值來考慮。
柴油發(fā)電機(jī) 8h
油量 (如果UPS有8min 24 h 72 h 96 h 上述 四種不 同的考
(滿負(fù)荷) 備用時間．柴油發(fā)
電機(jī)沒有要求 ) 慮角度 ．得到的數(shù)據(jù)最

在《建筑電氣》2009年11月刊中有一篇文章探討了"淺談數(shù)據(jù)中心電源的基本要求"。隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展和大數(shù)據(jù)時代的到來，數(shù)據(jù)中心作為信息處理與存儲的核心設(shè)施，其電力供應(yīng)系統(tǒng)的可靠性、效率及安全性顯得尤為重要。 文章內(nèi)容大致包括以下幾個方面： 1. **高可用性**：數(shù)據(jù)中心電源系統(tǒng)需要滿足99.99%的運行時間（N+1冗余配置），確保在出現(xiàn)故障時能夠快速切換到備用電源，以保證不間斷供電，保障關(guān)鍵業(yè)務(wù)的連續(xù)性和數(shù)據(jù)的安全性。 2. **高效能**：考慮到數(shù)據(jù)中心的巨大能耗，文章強(qiáng)調(diào)了采用高效率的UPS不間斷電源（Uninterruptible Power Supply）以及優(yōu)化的配電系統(tǒng)設(shè)計，如PDU（Power Distribution Unit）的功率因數(shù)校正，以降低電能損耗并符合綠色節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)。 3. **靈活性與擴(kuò)展性**：隨著業(yè)務(wù)需求的增長，數(shù)據(jù)中心電源應(yīng)具備良好的可擴(kuò)展性，便于增加或調(diào)整電力容量，以適應(yīng)未來負(fù)載的變化。 4. **智能監(jiān)控與管理**：文章還介紹了現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心對電源管理系統(tǒng)的要求，即具備實時監(jiān)測、遠(yuǎn)程控制和故障預(yù)警等功能，以便及時發(fā)現(xiàn)和處理潛在問題，確保整體系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。 5. **消防安全**：強(qiáng)調(diào)了數(shù)據(jù)中心電源系統(tǒng)在火災(zāi)發(fā)生時的應(yīng)急措施，如配置消防電源和煙霧感應(yīng)觸發(fā)的電源切斷裝置等，以保護(hù)人員生命安全和數(shù)據(jù)中心資產(chǎn)。 總之，《淺談數(shù)據(jù)中心電源的基本要求》一文詳細(xì)闡述了在建筑設(shè)計與運維過程中，為滿足數(shù)據(jù)中心對電力質(zhì)量、效能、可靠性和安全性等方面的具體需求，應(yīng)當(dāng)遵循的相關(guān)技術(shù)和規(guī)范。