现代数据中心动力系统设计课件

现代数据中心动力系统设计现代数据中心动力系统设计及实例举析及实例举析2024/7/71提纲：提纲：数据中心电力系统的设计规范及要求数据中心电力系统的设计规范及要求数据中心空调系统的设计数据中心空调系统的设计数据中心动力系统设计案例举析数据中心动力系统设计案例举析2024/7/72规模扩大、功率密度增高造成供电总容量的提高。规模扩大、功率密度增高造成供电总容量的提高。单机柜负荷：单机柜负荷：2KVA/2KVA/台台3KVA/3KVA/台台4KVA/4KVA/台台更高；更高；单位面积平均负荷：单位面积平均负荷：0.5kva/m0.5kva/m2 21kva/m1kva/m2 21.5kva/m1.5kva/m2 22kva/m2kva/m2 2更高；更高；可靠性要求可靠性要求供配电系统的可靠性要求相应提高。供配电系统的可靠性要求相应提高。供配电系统可靠性：供配电系统可靠性：99.0099.0099.9099.9099.9999.9999.999%99.999%更高；更高；1.1.数据中心供配电系统的发展趋势数据中心供配电系统的发展趋势2024/7/732.1 2.1 国内标准、规范国内标准、规范2.1.1 2.1.1 国家标准、规范国家标准、规范供配电系统设计规范（GB50052-1995）10kV及以下变电所设计规范(GB50053-94)低压配电设计规范(GB50054-95)建筑物电子信息系统防雷技术规范(GB50343-2004)电子计算机机房设计规范（GB 50174-93）电子信息系统机房设计规范(征求意见稿)2.1.2 2.1.2 行业标准、规范行业标准、规范通信局(站)电源系统总技术要求（YD/T 1051-2000）通信电源设备安装工程设计规范（YD/T 5040-2005）通信局(站)防雷与接地工程设计规范(YD/T 5098-2005)民用建筑电气设计规范（JGJ16-2008）2.1.3 2.1.3 企业标准、规范企业标准、规范中国电信IDC产品规范(试行)中国电信数据中心机房电源、空调环境设计规范(暂行)中国电信灾备中心机房建设规范(征求意见稿)2.2.数据中心供配电系统设计相关标准、规范数据中心供配电系统设计相关标准、规范2024/7/742.2 2.2 国外标准、规范国外标准、规范数据中心电信基础设施标准（TIA-942）2005.04 美国国家标准学会(ANSI)美国电信产业协会(TIA)、TIA技术工程委员会(TR42)2024/7/752.3 2.3 设计标准、规范要求设计标准、规范要求2.3.12.3.1供配电系统设计规范供配电系统设计规范(GB50052-1995)(GB50052-1995)负荷分级负荷分级一级负荷：一级负荷：中断供电将造成人身伤亡。中断供电将在政治、经济上造成重大损失。中断供电将影响重要政治、经济单位的正常工作。中断供电将发生中毒、爆炸和火灾等情况的负荷,以及重要场所不允许中断供电的负荷，应视为特别重要的负荷。二级负荷：二级负荷：中断供电将在政治、经济上造成较大损失。中断供电将影响重要用电单位的正常工作。三级负荷：三级负荷：不属于一级和二级负荷者应为三级负荷。2024/7/762.3.12.3.1供配电系统设计规范供配电系统设计规范(GB50052-1995)(GB50052-1995)供电要求：供电要求：一级负荷：一级负荷：应由两路独立电源供电。当其中一路电源发生故障时，另一路电源不应同时受到损坏，容量上应能满足全部一级负荷及二级负荷。一级负荷中特别重要的负荷：一级负荷中特别重要的负荷：除由两路独立电源供电外，还应增设应急电源，并严禁将其他负荷接入应急供电系统。二级负荷：二级负荷：宜由两路电源供电。2024/7/772.3.2 2.3.2 电子计算机机房设计规范电子计算机机房设计规范(GB50174-93)(GB50174-93)电子计算机供电电源质量根据电子计算机的性能、用途和运行方式，可划分为A,B,C三级。供电电源质量分级 等级 项目ABC稳态电压偏移范围（）25+7、-13稳态频率偏移范围（Hz）0.20.51电压波形畸变率（）3558810允许断电持续时间（ms）04420020015002024/7/782.3.3 2.3.3 电子信息系统机房设计规范电子信息系统机房设计规范(征求意见稿征求意见稿)机房分级机房分级 A A级级(容错型容错型)在系统需要运行期间，其场地设备不应因操作失误、设备故障、维护和检修而导致数据系统运行中断。B B级级(冗余型冗余型)在系统需要运行期间，其场地设备在冗余能力范围内，不应因设备故障而导致网络系统运行中断。C C级级(基本型基本型)在场地设备正常运行情况下，应保证网络系统运行不中断。2024/7/79供电要求供电要求ABC市电电源双电源供电，其中一回应是专用线路双电源供电，其中一回宜是专用线路一路自备发电机组2(N+1)N+1UPS满足要求时可不设UPS电源系统2(N+1)N+1N2.3.3 2.3.3 电子信息系统机房设计规范电子信息系统机房设计规范(征求意见稿征求意见稿)2024/7/7102.3.4 2.3.4 中国电信中国电信IDCIDC机房规范机房规范(试行试行)产品产品(机房机房)分级分级 根据IDC机房的软硬件设施和人员配置情况，以及由此产生的服务水平差异，将IDC产品分为AA、A、B、C级。AAAA级：级：通过国际IDC标准认证，价格与服务体系与国外接轨。主要为国际 化企业服务，同时可作为对数据安全有严格要求的政府部门、金融 、证券等企业的灾备中心。A A级：级：提供高质量的服务，优先保证的资源条件。主要面向政府机关和增 值业务运营商。B B级：级：提供较好的服务、可接受的价格。主要面向中小企业。C C级级:入门级产品，主要面向散户和批发商。2024/7/711供电要求供电要求 等级项目AA级A级B级C级市电电源一类一类一类二类自备发电机N台主用 N台主用 N台主用 N+1冗余UPS电源系统两套 1+1系统双路引入单套1+1系统双路引入单套1+1系统 双路引入单套2+1系统 双路引入UPS电源系统蓄电池后备时间单机1h单机0.5h单机0.5h单机0.5h供电可靠性99.99%99.9%99.9%99%2.3.4 2.3.4 中国电信中国电信IDCIDC机房规范机房规范(试行试行)2024/7/712各类IDC产品分级供电情况 等级 项目AAABC市电电源一类二类及以上自备发电机组N台主用一类市电：N台主用二类市电：N+1冗余UPS电源系统全程双路独立电源输出回路应避免单点故障UPS系统蓄电池后备时间系统设计负荷60min以上系统设计负荷30min以上2.3.5 2.3.5 中国电信数据中心机房电源、空调环境设计规范中国电信数据中心机房电源、空调环境设计规范(暂行暂行)机房分级机房分级 同中国电信中国电信IDCIDC机房规范机房规范(试行试行)中相应条文中相应条文供电要求：供电要求：2024/7/7132.3.6 2.3.6 中国电信灾备中心机房建设规范中国电信灾备中心机房建设规范(征求意见稿征求意见稿)机房分级机房分级 A A级级(容错型容错型)：在系统需要运行期间，其场地设备不应因操作失误、设备故障、维护和检修而导致数据系统运行中断。正常工作时间99.995%，年计停机时间26min，月计2.2min。B B级级(冗余型冗余型)：在系统需要运行期间，其场地设备在冗余能力范围内，不应因设备故障而导致网络系统运行中断。正常工作时间99.982%，年计停机时间94.6min（月计7.9min)。C C级级(基本型基本型)：在场地设备正常运行情况下，应保证网络系统运行不中断。正常工作时间99.749%，年停机时间22小时（月计110min)。2024/7/714供电要求供电要求ABC市电电源一类（专线，不同区域变电站)二类自备发电机组2(N+1)N+1N+1UPS电源系统2(N+1)N+1N+12.3.6 2.3.6 中国电信灾备中心机房建设规范中国电信灾备中心机房建设规范(征求意见稿征求意见稿)2024/7/7152.3.7 2.3.7 通信电源设备安装工程设计规范通信电源设备安装工程设计规范（YD/T 5040-2005YD/T 5040-2005）一类市电供电：一类市电供电：从两个稳定可靠的独立电源各自引入一路供电线。该两路不应同时出现检修停电，平均每月停电次数不应大于1次，平均每次故障时间不应大于0.5h。二类市电供电：二类市电供电：由两个以上独立电源构成稳定可靠的环形网上引入一路供电线，或由一个稳定可靠的独立电源(输电线路)上引入一路供电线。允许有计划检修停电，平均每月停电次数不应大于3.5次，平均每次故障时间不大于6h。2024/7/7162.3.8 2.3.8 数据中心电信基础设施标准数据中心电信基础设施标准（TIA-942TIA-942）级别级别1级别2级别3级别4市电电源一路一路一主一备两路常用,引自不同的电网变电所自备发电机组满足重要负荷满足重要负荷满足重要负荷,N+1冗余满足全部负荷,N+1冗余发电机组燃料储备量8小时24小时72小时96小时UPS电源系统NN+1N+12NUPS蓄电池后备时间5分钟10分钟15分钟15分钟UPS系统配电方式单路双路双路双路级别级别1级别2级别3级别4发电机房与设备室如在同一建筑物内要求2小时以上防火分隔分开的建筑物UPS室与设备室直接靠近直接靠近UPS室与蓄电池室分开分开分开2024/7/7173.1 UPS3.1 UPS电源系统负荷统计电源系统负荷统计具体负荷设备明确时，按设备计算负荷数据统计。具体负荷设备不明确时，按机柜平均负荷统计。机柜数量也不明确时，可按机房面积平均负荷估计。需了解负荷设备的功率因数COS，分别统计有功功率Pj（kw）和视在功率Sj（kva）。需注意三相负荷平衡的情况，有大容量单相负荷设备时应按相分别统计。3.3.数据中心用电负荷数据中心用电负荷2024/7/7183.2 3.2 变配电系统负荷统计变配电系统负荷统计UPSUPS系统负荷系统负荷(输入输入)：UPS UPS系统负荷系统负荷(输入输入)供电负荷充电负荷供电负荷充电负荷UPS电源系统负荷(输出)及蓄电池组容量明确时，供电负荷供电负荷=UPS=UPS系统输出负荷系统输出负荷UPSUPS系统主机效率；系统主机效率；充电负荷充电负荷=蓄电池蓄电池10h10h率充电电流率充电电流充电电压充电电压UPSUPS整流器效率整流器效率UPS电源系统负荷(输出)及蓄电池组容量不明确时：供电负荷供电负荷=N=N台主用台主用UPSUPS主机额定输出容量主机额定输出容量 负荷率负荷率 UPS UPS主机整机效率主机整机效率；充充电负荷电负荷(N+X)(N+X)台台UPSUPS电源主机额定输出容量电源主机额定输出容量(0.15(0.150.25)0.25)；机房空调机组负荷：机房空调机组负荷：N台主用空调机组额定负荷容量需要系数(0.70.9)。照明及其它负荷：照明及其它负荷：按建筑电气常规方法统计。2024/7/7193.33.3、市电电源选择：、市电电源选择：一般采用10KV供电电压，但其供电容量有限。上海地区规定：供电电压(KV)用户受电设备总容量(KVA)10250630035630040000110及以上40000及以上3.43.4、高压配电系统：、高压配电系统：两路市电电源的高压配电系统应采用单母线分段方式；当两路市电冗余时，两段母线间可不设置联络(供电部门也不允许联络)；应采用放射式配电；两路市电电源的配电线路应分开敷设，不能分开时应采取防火隔离措施；配电线路应采用无卤低烟阻燃型、耐火型电缆或母线槽；2024/7/7203.5 3.5 低压配电系统低压配电系统两路市电低压配电系统应采用单母线分段方式，两段母线间设置联络。要求机房的两路市电应分别与两路自备应急电源中的一路自动切换；对于UPS电源系统、机房空调、机房照明及其它建筑设备中的一级、二级负荷应采用放射式双回路配电，两路电源在负荷设备输入端自动切换。双回路配电的两路线缆应分开敷设，不能分开时应采取防火隔离措施。配电线路应采用无卤低烟阻燃型、耐火型电缆或母线槽。机房空调设备应设置专用的配电柜。机房空调配电柜应引接两路电源、自动切换。一个机房或区域应设置两台及以上空调配电柜，每台空调配电柜的输入电源应分别引自不同的低压配电柜或配电回路。一个机房或区域内的多台空调设备应间隔连接于不同的配电柜上，且正常运行时宜连接于不同的电源上。4.4.机房空调配电系统机房空调配电系统2024/7/721数据中心变配电系统示意图2024/7/7225.1 5.1 发电机组容量选择发电机组容量选择需注意不同类型机组及功率标称值的定义，根据市电电源的可靠性情况予以选择。常规定义主用机组：主用机组：指连续运行时能持续输出额定功率的机组。能按额定功率连续运行，且每12h内应能过载10%运行1h。备用机组：备用机组：指连续运行时需按规定降低输出功率的机组。能按额定功率连续运行24h；连续运行超过24h时，其输出功率不低于机组额定功率的90%。备用机组每年允许的累计运行时间应不低于500h。一般情况下可认为机组的主用功率为备用功率的90。ISO8528-1最新定义紧急备用功率：紧急备用功率：变动负荷，平均负荷率70%，每年运行时间不超过200小时。备用功率：备用功率：每年运行时间不超过500小时。主用功率：主用功率：变动负荷，平均负荷率70%，持续运行，每年运行时间不限。持续功率：持续功率：恒定负荷，持续运行，每年运行时间不限。需考虑环境条件和使用条件(消音降噪措施等)引起的容量损失。需考虑非线性负荷的需求。2024/7/7235.2 5.2 发电机组输出电压选择发电机组输出电压选择发电机组输出电压一般采用0.4KV。能否直接采用10KV输出电压，需视供电部门规定。数据中心设有35/10KV总变配电所时，发电机组宜采用10KV输出电压，并与总变配电所的10KV输出母线联络。5.3 5.3 发电机的设置发电机的设置一般宜与两路市电电源的变压器组对应设置。采用并列运行方式时，若自动同步控制出现故障，应能手动控制同步5.4 5.4 发电机组燃料储备及管路要求发电机组燃料储备及管路要求发电机组燃料储备量应根据机房等级要求，结合市电电源可靠性、供油可靠性、消防要求综合决定，一般不宜少于发电机组满负荷运行8小时的用油量。发电机组的供油管路(管道、油泵、滤清器)应有冗余。2024/7/7245.5 5.5 发电机组的环保措施发电机组的环保措施发电机组运行时产生的噪声应小于其所在区域的环境噪声标准值。机组由于消音降噪工程所引起的功率损失应小于机组额定功率的5%。城市5类区域环境噪声标准值（单位：dB）类别昼间夜间05040155452605036555470550类：适用于疗养区、高级别墅区、高级宾馆区等特别需要安静的区域。1类：适用于居住、文教机关为主的区域。2类：适用于居住、商业、工业混杂区。3类：适用于工业区。4类：适用于城市中的道路交通干线道路两侧区域、穿越城区的内河航道两侧区域。2024/7/7256.1 UPS6.1 UPS电源系统的设计原则电源系统的设计原则UPS电源系统的设置应考虑分区或分类供电的要求。多个UPS电源系统可分期建设，但每个UPS电源系统宜一次建成。每个UPS电源系统的供电容量不宜过大，一般控制在800KVA以下。UPS电源系统的主机连结方式应与机房等级(可靠性要求)匹配。UPS电源系统的输入、输出配电方式应与机房等级(可靠性要求)匹配。主机联结方式简称供电容量单机11并联NN并联冗余N1N单机、双单元冗余121并联、双单元冗余N2N并联冗余、双单元冗余(N1)2N模块式NmN6.2 UPS6.2 UPS电源主机电源主机联结方式联结方式2024/7/726N1并联冗余UPS电源系统示意图N2并联、双单元冗余UPS电源系统示意图(N1)2并联冗余、双单元冗余的UPS电源系统示意图6.3 UPS6.3 UPS的几种的几种冗余配置形式冗余配置形式2024/7/727N-主用台数；Sn-UPS主机额定输出视在功率(KVA)；Pn-UPS主机额定输出有功功率(KW)；Sj-计算负荷视在功率(KVA)；Pj-计算负荷有功功率(KW)。6.4 UPS6.4 UPS电源主机容量选择电源主机容量选择UPS电源主机容量的选择应结合主机联接结方式以及分区、分类供电要求统筹考虑。一般单机不宜大于400KVA。UPS电源主机容量选择应同时满足：N*SN*Sn n S Sj j、N*PN*Pn n P Pj j特性容性阻性感性负荷功率因数0.10.40.50.60.70.80.910.90.80.70.60.50.10.4容量折算系数0.20 0.25 0.25 0.30 0.40 0.50 1.00 0.95 1.00 1.00 0.94 0.86 0.76 负荷 功率因数超前滞后0.60.70.80.910.90.80.70.6容量 折算系数0.50 0.53 0.55 0.60 0.75 0.92 1.00 1.00 1.00 注意不同品牌、型号UPS主机在不同负荷功率因数时的容量折算系数表：三相负荷不平衡时，应按最大相负荷3选择UPS电源主机容量。2024/7/7286.5 UPS6.5 UPS电源系统蓄电池组配置电源系统蓄电池组配置6.5.1 6.5.1 配置原则配置原则系统负荷明确时，可按负荷计算。系统负荷不明确时，按系统额定值 或按系统额定值负荷率计算。不考虑输入电源中断时，UPS主机同时发生故障。考虑安全系数和环境温度系数。并联组数不宜过多；容量较大时宜采用2V单体蓄电池，但不宜少于2组。注意按单机计算或按系统计算的差别。例：初期，1+1并联冗余系统，负荷1，要求后备时间1h。单机0.5h2 系统1h。扩容后，2+1并联冗余系统，负荷2，要求后备时间1h。单机0.5h3 系统1h。2024/7/729I Ij-计算负荷电流；Pj-计算负荷功率；-UPS逆变器效率；Uj-蓄电池组计算电压，U Uj=U=UN*0.925*0.925 。UN-蓄电池组额定电压6.5.2 6.5.2 容量计算容量计算按电流计算按电流计算:Q Q-蓄电池组容量(Ah)；K-安全系数，K=1.25；I Ij-计算负荷电流(A)；T-后备时间(h)；-蓄电池放电容量系数；-环境温度系数。按功率计算按功率计算:P Pn n-单节(2V)蓄电池计算功率(w)；K-安全系数，K1.25；n-蓄电池组节数(2V)。N-选定容量规格的蓄电池组数；PN-选定规格的单节蓄电池，在规定放电时间下的放电功率(w)。放电容量系数和环境温度系数放电容量系数和环境温度系数放电时间0.5h1h放电终止电压 (V/2V节)1.70 1.75 1.70 1.75 放电容量系数 (阀控式铅酸)0.45 0.40 0.58 0.55 环境温度515 5 15环境温度系数0.8 0.90.84 0.922024/7/7306.6 UPS6.6 UPS电源系统的输入配电电源系统的输入配电UPS电源系统应设置专用的输入配电柜；UPS电源系统输入配电柜应引接两路电源、自动切换；每套UPS电源系统应设置两台及以上输入配电柜，分别引自不同的低压配电柜或配电回路；UPS电源主机的主电源和旁路电源应分别引入，宜来自不同的输入配电柜；并联冗余UPS各主机的输入电源应分别由不同的配电柜引接，但应注意确保各台主机的旁路电源连接在同一电源上各台主机的旁路电源连接在同一电源上。系统正常运行时，各台主机的主电源宜连接在不同的电源上。双单元冗余UPS的两个单元各台主机的旁路电源应连接在同一电源上。系统正常运行时，两个单元各台主机的主电源应分别连接在不同的电源上。2024/7/7316.7 UPS6.7 UPS电源系统的输出配电电源系统的输出配电6.7.1 6.7.1 配电方式配电方式UPS系统输出一般采用三级配电方式：系统输出配电柜机房配电柜机柜配电单元。UPS电源系统输出应采用放射式、双回路配电方式。UPS电源系统输出应采用三相配电，末端分相，以利三相平衡。对于双单元冗余UPS电源系统，单电源输入设备，可将其每个单元中的部分容量视为并联冗余性质。对于需要双电源、双回路供电的单电源输入设备，宜在机柜配电单元设置静态转换开关STS。静态转换开关STS的性能应能满足其要求，一般转换时间小于510ms。UPS电源系统输出配电须重视选择性保护。2024/7/7326.7.2 6.7.2 配电设备配电设备UPS各主机输出应并接输出配电柜母线上，并应能单独与其断开。UPS系统输出配电应设置应急旁路，正常运行时应急旁路应分断并锁止。UPS电源系统输出配电柜（列头柜）回路容量不宜过大，一般宜负责一列或两列设备机柜为宜。采用双回路配电方式时，两个回路的机房配电柜宜分设柜体、成对设置。系统输出开关宜采用插入式或抽出式断路器。当负荷设备对零地电压要求较高时，可在机房配电柜设置隔离变压器，隔离变压器次级中性点接地。根据运营管理需要，机架配电单元或机房配电柜建议设置电流测量或电能计量表具，并尽量可做到远程监控和存储。双回路配电线路应分开敷设，不能分开时应采取防火隔离措施。配电线路应采用无卤低烟阻燃型或耐火型电缆。2024/7/7336.8.1 6.8.1 输入指标输入指标电压额定值：220/380VAC电压允许变动范围：-15%+10%频率额定值：50Hz频率允许变动范围:4%6.8.2 6.8.2 输出指标输出指标电压额定值：220V/380VAC电压可调范围：5%频率额定值：50Hz输出电压精度：稳态时1%、瞬态时5%瞬态电压恢复时间：50ms频率精度：0.1%（内同步）频率同步范围：0.5Hz，1Hz，1.5Hz，2Hz可调频率调节速率：0.11 Hz/s功率因素：0.8电压谐波失真度：5%功率软启动：1015s内爬行到额定功率电压波形失真度：3%（线性负载）、5%（非线性负载）三相输出电压不平衡度：1%（平衡负载）、3%（50%不平衡负载）、5%（100%不平衡负载）三相输出电压相位偏移：1（平衡负载）3（不平衡负载）过载能力：10min(125%额定电流)、10s (150%额定电流)限流：100%110%额定电流可调负载功率因数：0.8（滞后）负载波峰因数：3:12024/7/7346.8.3 6.8.3 其它指标其它指标噪声（距离设备1m处）：60dB(A)(100kVA设备)、70dB(A)(100kVA设备)效率:90%(100kVA设备)、85%(10100kVA设备)、80%(10kVA设备)静态开关指标：过载能力100ms（10倍额定电流）、转换时间：1ms在使用寿命期间内，平均失效间隔时间(MTBF)应1105h，不可用度应510-6h。监控 A.智能接口：RS232C、RS422、RS423、RS485。B.监控内容：遥测：交流输入电压，直流输入电压，输出电压，输出电流，输出频率，标示蓄电池电压，标示蓄电池温度。遥信：同步/不同步状态，UPS/旁路供电，蓄电池放电电压低，市电故障，整流器故障，逆变器故障，旁路故障。2024/7/7357.1 7.1 接地接地数据中心应采用联合接地方式，将围绕建筑物的环形接地体、建筑物基础地网及变压器地网相互连通，共同组成联合地网。建筑物底层应设置环形接地总干线。应设置两根及以上垂直接地主干线。各楼层应设置水平接地干线，并宜与两根及以上垂直接地主干线联结。设备接地可采用网状、星形或网状-星形混合方式。7.7.数据中心接地与供配电系统防雷数据中心接地与供配电系统防雷应采用分级保护方式，并综合考虑供配电系统的分布情况。当存在不利因素时，应提高交流电源第一级SPD的最大通流容量。平均雷暴日应按当地气象部门最新数据为准。7.2 7.2 供配电系统防雷供配电系统防雷2024/7/7368 8、数据中心空调系统的设计要求、数据中心空调系统的设计要求8.18.1、舒适性空调与专用空调的不同比较（数据中心需采用精密的机房专用空调）：、舒适性空调与专用空调的不同比较（数据中心需采用精密的机房专用空调）：服务对象不同：舒适性空调（普通）是服务于人的，而专用空调是服务于设备；运行特性不同：机房专用空调是大风量，小焓差，高显热比；舒适空调刚好相反，是小风量，大焓差，低显热比【显热比（SHF：Sensible heat factor）的概念：是显冷量（降温制冷量）与总冷量（降温制冷量+除湿制冷量）的比】；显热比的不同：舒适性空调显热比为60%（近30%的冷量除湿，以保证舒适性、小噪声、低风量），专用空调的显热比超过90%；换热次数不同：舒适型空调的换热次数为5-10次/h，而数据中心的换气次数在30次/h（早期）以上，近来逐步上升到60次/h甚至90次/h；出风温度不同：舒适性空调出风为6-8度，专用空调出风在13-15度；控制精度不同：专用空调温湿度控制精度1，1%RH，洁净度0.5 微米/升18,000(B级)；舒适性空调温度精度为35，温度场不均匀，仅保证近端设备处的温度，无湿度控制，只具备简单的过滤功能；工作温度不同：专用空调工作在-40-45区间24小时正常工作，舒适空调-5以下停止工作；设计寿命不同：专用空调24h*365天运行，寿命超8年，而普通空调同比仅3年左右；2024/7/737附表：附表：舒适空调与机房专用空调的对比表序号序号比比较内容内容舒适性空舒适性空调机房机房专用空用空调1热密度（w/m2）1001503001000或更大2冷风比（kcal/m3）52.233显热比（显冷量/总冷量，%）0.600.70.901.04焓差（kJ/kg）17.022.08.512.55能效比2.9左右高于3.36换气次数一般51030次以上7控制精度，1%RH8湿度控制没有，只能祛湿有加湿和祛湿功能9空气过滤一般性过滤达到0.5 微米/升18,000(B级)10蒸发温度（）3或更低711出风温度（）61312迎风面积（m2）较小1.32.713迎面风速（m/s）较大2.714蒸发器排数4、6、8排24排15冷凝方式风冷风冷、水冷、自由冷却、双冷源等16保证工作的室外环境温度+17对电源要求单相10%单相15%、三相20%18连续运行时间（h）2000小时/年8760小时/年19全年运行可靠性不设计冬季运行全天候运行20使用寿命35年8年21维护性故障多故障少，维护量相对少22控制一般控制微电脑PID（比例、微分、积分）回路逻辑控制方法，控制精度高23停电自动复位功能无大部分具有24监控无或非常简单一般具备本机或远程监控2024/7/7388.28.2、数据中心空调的设计规范、数据中心空调的设计规范8.2.1、中国电信数据中心机房电源、空调环境设计规范（暂行）中国电信数据中心机房电源、空调环境设计规范（暂行）中有关机房环境要求规定（2005年12月颁布）：3.1.1以通信行业标准规定的通信设备（交换设备、传输设备、数据网络设备）的正常使用环境要求为基础，确定数据中心机房的环境要求。3.1.2机房环境温湿度要求：AA级、A级机房温度为2125，B级、C级机房温度为1828，相对湿度4070%，温度变化率小于5/h，且不结露。3.1.3机房洁净度要求：机房内灰尘粒子应为非导电、非导磁及无腐蚀的粒子。灰尘粒子浓度应满足：（1）直径大于0.5m的灰尘粒子浓度18000粒/升。（2）直径大于5m的灰尘粒子浓度300粒/升。2024/7/7398.2.2、根据国家标准GB-50174-93电子计算机机房设计规范，对电子计算机机房的温湿度要求如下：温度恒定：温度波动控制在2412之内。湿度恒定：相对湿度波动控制在505%RH之内。空气洁净度：在每升的空气中，0.5微米的颗粒应9.8Pa。其他要求：具备远程监控及来电自启动功能。8.28.2、数据中心空调的设计规范、数据中心空调的设计规范2024/7/7408.2.38.2.3、IDCIDC机房热负荷的组成机房热负荷的组成电子计算机机房设计规范（GB50174-93）中的规定，机房的热湿负荷应包括：计算机和其它设备（主设备）的散热：精确算法科学但不适用（主要是目标负荷不明确）。粗略算法一般有：按UPS所提供给通讯设备的总容量计算或有确切的设备能耗参数；太阳辐射、建筑围护结构的传热：传导、对流和辐射，与当地的环境平均气温、夏季高温、墙体材料结构等都有关系。基本计算方法为：QK*F*(tzp-tn)kcal/h；【K：围护结构的导热系数(kcal/m2h)；F：围护结构面积(m2)；tn：机房内温度()；tzp：机房外的计算温度()】。人体散热、散湿、照明装置散热、新风负荷等：。2024/7/7418.2.4、功率密度的概念与定义功率密度的概念与定义：为便于参数的计算与比较，通常会建立和引用功率密度的概念单位元素（面积、机架、空间、U位等）上所配备或产生的电或散热量，即：平面功率密度（kw/m2或kcal/m2h）、机架功率密度（kw/架或kcal/架h）、空间功率密度（kw/m3或kcal/m3h）、U位功率密度（kw/U或kcal/Uh）。功率密度随着机房应用技术的不断发展而演变，其含义也经过了从平面到立体、从宏观到微观的演变进程。建立不同概念的初衷，是随着机房功耗的逐步上升到不同的阶段，为便于空调系统的研究与应用而延伸的2024/7/742平面功率密度：平面功率密度：概念：在某一特定机房环境下，均摊至该环境单位面积（每平方米）上所配备的有效电力容量（或能耗），其单位kw/m2或kcal/m2h。早期热密度较低，空调冷量配比的重要性尚未凸现，人们习惯以机房单位面积上的电功率配备或散热量（即平面功率密度）来核算机房环境条件，。如：某机房面积为500m2，其配备的UPS系统为400*（2+1），按功率因数0.9、安全系数0.8计，则其可用的平面功率密度为：0.9*0.8*400*2/500m2=1.152kw/m2或990.72kcal/m2h缺点：平面功率密度忽略了机架密度以及空间高度，缺乏机架密度和空间的概念。随着机房散热量的增大，利用平面功率密度概念计算时，将和实际的温度梯度和特性产生较大误差，所以以该概念在评估机房环境时具有一定局限性。8.2.4、功率密度的概念与定义功率密度的概念与定义：2024/7/743机架功率密度机架功率密度：概念：在某一特定机房环境下，均摊至该环境内每个机架上所配备的有效电力容量（或能耗），定义为机柜的功率密度，其单位为（kw/架或kcal/架h）。如：某机房面积为500m2，装配机架数量为250只，其配备的UPS系统为400*（2+1），按功率因数0.9、安全系数0.8计：其可用的平面功率密度为：1.152kw/m2或990.72kcal/m2h；其可用的机架功率密度为：0.9*0.8*400*2/250m2=2.3kw/架或1981.44kcal/架h；缺点：该概念在一定程度上对机房环境的实用性上进行了定义，但忽略了机架自身高度及可用空间方面的问题，对于高能耗、高发热密集度的现代服务器设备与机房环境的关系缺乏微观的衡量，一定程度上也具有局限性。8.2.4、功率密度的概念与定义功率密度的概念与定义：2024/7/744空间功率密度空间功率密度：概念：在某一特定机房环境下，均摊至该环境内每单位体积上（m3）所配备的有效电力容量（或能耗），定义为空间功率密度，其单位为（kw/m3或kcal/m3h）。如：某机房面积为500m2，装配机架数量为250只，机房高4.5m，其配备的UPS系统为400*（2+1），按功率因数0.9、安全系数0.8计：l其可用的平面功率密度为：1.152kw/m2或990.72kcal/m2h；l其可用的机架功率密度为：2.3kw/架或1981.44kcal/架h；l其可用的空间功率密度为：0.9*0.8*400*2/(500m2*4.5)=0.256kw/m3或220.16kcal/m3h；缺点：该概念在一定程度上对机房环境在空间的能量密度上进行了定义，但忽略了机架密度和机架可用性方面的问题，在对机房可用性的微观计算上具有一定的片面性，同时也具有局限性。8.2.4、功率密度的概念与定义功率密度的概念与定义：2024/7/745U位功率密度位功率密度：概念：U位是IDC机架上的基本单元，U位宽为19英寸机架的标准宽度，高为4.45厘米。U位功率密度是上述三种功率密度的一个延伸，是综合了机房空间概念和可用性的一个综合参数，其含义为：一是指在某一特定机房环境下，均摊至该环境内每U位空间上的有效电力容量（或能耗），单位为（kw/U或kcal/Uh）；二是指在某一特定机房环境下，均摊至每单位空间（m3）上的U位数量，即U位空间密度，其单位为（U/m3）；如：某机房面积为500m2，装配机架数量为250只，每机架的有效空间为42U，机房高4.5m，其配备的UPS系统为400*（2+1），按功率因数0.9、安全系数0.8计：l其可用的平面功率密度为：1.152kw/m2或990.72kcal/m2h；l其可用的机架功率密度为：2.3kw/架或1981.44kcal/架h；l其可用的空间功率密度为：0.256kw/m3或220.16kcal/m3h；l其可用的U位功率密度为：0.9*0.8*400*2/(250架*42)=54.9w/U或47.18kcal/Uh；l其可用的U位空间密度为：250架*42u/(500m2*4.5m)=4.67U/m3；优点：优点：U位是位是IDC机房可用性的最小计算和衡量单位机房可用性的最小计算和衡量单位。它。它不但在不但在宏观上宏观上可全面可全面衡量机房在电力和空调衡量机房在电力和空调系统配置上的平衡性系统配置上的平衡性，在，在微观上微观上可可衡量机房电力和空调系统的可用性衡量机房电力和空调系统的可用性，还可，还可衡量机房建设在空调和电衡量机房建设在空调和电力系统配置的统一性力系统配置的统一性，同时，它也可从某种程度上，同时，它也可从某种程度上对研究机房建设的经济性对研究机房建设的经济性具有一定价值。具有一定价值。8.2.4、功率密度的概念与定义功率密度的概念与定义：2024/7/746实例举析实例举析：2006年建设的上海某IDC机房第六层：实用面积为800m2（含空调设备所占用面积），装配机架数量为400只，每机架的有效空间为42U，机房全高4.5m（净高3.4m），其配备的UPS系统为400KVA*（3+1），cos=0.9、实用安全系数按0.8计，空调机组配置16台，全冷量100kw/台（显冷量90kw），设定14+2冗余方式运行，空调效率按0.8计：可用的功率密度电力系统的功率密度空调系统对应的功率密度平面功率密度1.08kw/m2或928.8kcal/m2h1.40kw/m2或1204kcal/m2h机架功率密度2.16kw/架或1857.6kcal/架h2.8kw/架或2408kcal/架h空间功率密度0.24kw/m3或206.4kcal/m3h0.31kw/m3或268.3kcal/m3hU位功率密度51.4w/U或44.23kcal/Uh66.6w/U或57.3kcal/UhU位空间密度/U或4.67U/m3备 注电力系统和空调系统的功率密度配比约为1：1.31：1.52024/7/747附表：常用附表：常用热量单位的基本换算热量单位的基本换算1 kJ/kg=0.4299 Btu/lb1 kJ/kg=0.4299 Btu/lb1 1匹匹(PS)=2500(PS)=2500大卡大卡(kcal/h)(kcal/h)1 Btu/lb=2.326 kJ/kg1 Btu/lb=2.326 kJ/kg1 1匹匹(PS)=2.9(PS)=2.9千瓦千瓦(kw)(kw)1 kJ/kg=0.2388 kcal/kg1 kJ/kg=0.2388 kcal/kg1 Btu/h=0.25191 Btu/h=0.2519大卡大卡(kcal/h)(kcal/h)1 kcal/kg=4.187 kJ/kg1 kcal/kg=4.187 kJ/kg1 kw=860 kcal/h1 kw=860 kcal/h1 kJ/kg=0.2388 cal/g1 kJ/kg=0.2388 cal/g1 cal/g=4.187 kJ/kg1 cal/g=4.187 kJ/kg1USRT1USRT（美国冷吨）（美国冷吨）=3.517kw=3.517kw1USRT1USRT（美国冷吨）（美国冷吨）=3024=3024大卡大卡(kcal/h)(kcal/h)1BRT1BRT（英国冷吨）（英国冷吨）=3.923kw=3.923kw1BRT1BRT（英国冷吨）（英国冷吨）=3374=3374大卡大卡(kcal/h)(kcal/h)1JRT1JRT（日本冷吨）（日本冷吨）=3.851kw=3.851kw1JRT1JRT（日本冷吨）（日本冷吨）=3312=3312大卡大卡(kcal/h)(kcal/h)2024/7/7488.2.5、合理的参数配比是提高机房经济效益的有效途径之一合理的参数配比是提高机房经济效益的有效途径之一对于一个IDC机房来说，各参数间存着一定的函数关系，其关系式可模拟分析为：关系式关系式1：F=*Pfn服务器的运行能耗Pf(KW)是一个可以和运营收入F(元)挂钩的参数，其中值是一个带单位的比例系数（元/KW）；关系式关系式2：R=*Pfn发热量R（KJ）和通讯设备的即时能耗Pf之间存在一定的比例关系，是一个通讯设备在一定功率能耗下单位时间内的热能产生系数（KJ/KW）；关系式关系式3：Pk=*RnPk（KW）是空调消耗电能产生冷量与服务器的发热量R相抵消，使机房保持一个恒定的温度的功率参数；综合关系式综合关系式4：Pk=*R=*Pf=*F/=K*F结论：结论：由上式关系可推出，在营业收入由上式关系可推出，在营业收入F为定值的情况下，要想减少空调电力为定值的情况下，要想减少空调电力Pk的支出，必须尽的支出，必须尽力减小其关系系数力减小其关系系数K，K值的大小与空调的布局、气流组织、送风方式、能效比等相关的综合参数值的大小与空调的布局、气流组织、送风方式、能效比等相关的综合参数有关。有关。2024/7/7499、机房建筑选择上需注意的其他问题、机房建筑选择上需注意的其他问题n围围护护结构的结构的严密性问题严密性问题：维护结构的热工性能、热传递系数、地区气候特性差异、建筑材料、建筑物朝向、通风透光等关联问题；n冷桥问题：冷桥问题：避免不同传热系数的材料交界面易产生水雾凝结的现象；n缝隙漏风问题缝隙漏风问题：L=0.827AP1.25=1.03375AP【L：正压漏风量，m3/s；0.827：漏风系数；A：总有效漏风面积，m2；P：压力差，Pa；1.25：不严密处附加系数】n洁净度问题洁净度问题：有害气体渗入问题（SO2、H2S、NO2等沿海的盐雾空气）、微生物问题、尘埃颗粒问题【规范规定：在静态条件下，大于或等于0.5um的尘粒数，应少于18000粒/L，既洁净度级别相当与50万级（0.5um）】；n气流组织问题：气流组织问题：n发热与制冷量匹配问题：发热与制冷量匹配问题：2024/7/75010、实例结合、实例结合某数据机房建设之动力系统的设计概况举析某数据机房建设之动力系统的设计概况举析2024/7/75110.1、建筑物概况及项目背景、建筑物概况及项目背景n建筑物概况：建筑物概况：电信级局房，6层*630m2，1-2层传统通讯，3层早期IDC（186架、5A/架，设备老化、单回路等缺陷严重），4-6层空，AC-2*500KVA（容量受限）；n项目背景：项目背景：寸土寸金，可用资源紧缺；存储、云计算、网站、市政需求等业务发展受限；旧系统老化、故障率上升等固有缺陷上升，急待改造；单回路、单系统供电缺陷；市电严重超限运行等；2024/7/75210.2、需求分析与规划、需求分析与规划n三层：三层：现有机房186只机架运行传统IDC业务，满足每架10A/架；拆除现监控室，改为存储区（EMC），采用双路交流供电；四层：四层：新增机房区，分传统机房区160架（交流供电）、刀片式机架区约60架（直流供电）；五层：五层：电力室，为对应的交直流系统配电；六层：六层：会议、办公、监控、仓库等区域；一层：一层：高低压配电区；2024/7/753现机房布局结构图2024/7/75410.2.1、需求分析与规划、需求分析与规划三层机房三层机房2024/7/75510.2.2、需求分析与规划、需求分析与规划四层规划四层规划2024/7/75610.2.3、需求分析与规划、需求分析与规划五层规划五层规划2024/7/75710.2.4、需求分析与规划、需求分析与规划六层规划六层规划2024/7/75810.2.5、需求分析与规划、需求分析与规划一层规划一层规划2024/7/75910.3、系统参数分析与计算、系统参数分析与计算10.3.1、系统容量的需求估算：、系统容量的需求估算：机房机房通信设备通信设备数量（台）数量（台）平均负荷（平均负荷（kva/kva/台）台）小计（小计（kvakva）三层有机房原有通信机架1782.2392原有配线机架81.512配套空调及其他10323.2三层新增EMC业务EMC机架256150配线架31.55配套空调及其他3124四层新增普通机架普通机架1432.2315配线机架141.521配套空调及其他6268.8四层新增刀片式服务器刀片式机架526.16320配线机架41.56配套空调及其他4260.8四层电力室及一层高低压室空调1套200维持现有局房系统用电1套100合计合计：取系统同时系数：取系统同时系数0.850.85，安全系数，安全系数0.850.852497.82497.82024/7/76010.3、系统参数分析与计算、系统参数分析与计算10.3.2、UPS系统的配置设计：系统的配置设计：nUPS的容量：的容量：将所有机房的交流设备采用UPS供电，其主要范围为三层原有普通机架196【旧UPS系统150KVA*(2+1)报废】，新增EMC存储28架，四层普通机架157只，合计其有效容量约900KVA；n配置思路：配置思路：1、双电源到机架；2、单系统不超3+1；3、单机不超400kva。考虑到相关规范、冗余系数及系统的并机风险，创新性采用3*400KVA单机主运行、1*400KVA备机辅运行、STS模块机架内切换的冗余配电方式（见示意图）；n电池计算：电池计算：单UPS的计算参数选取Pj=320kw、=0.95、Uj=435V（不同品牌UPS有差异）、K=1.25、T=45min、=0.45、=0.98Ij=780A，总容量Q=1290Ah；n电池配置可选方式有：电池配置可选方式有：根据实际应用安全及规范情况综合考虑，仅有单体中2、3、4组并的方式可行组合方式组合方式单组单组2 2组并组并3 3组并组并4 4组并组并5 5组并组并6 6组并组并单体单体2V2V1300Ah1300Ah、192192节节650Ah650Ah、384384节节430Ah430Ah、576576节节330Ah330Ah、768768节节260Ah260Ah、960960节节250Ah250Ah、11521152节节单体单体6V6V1300Ah1300Ah、6464节节650Ah650Ah、128128节节430Ah430Ah、192192节节330Ah330Ah、256256节节260Ah260Ah、320320节节250Ah250Ah、384384节节单体单体12V12V1300Ah1300Ah、3232节节650Ah650Ah、6464节节430Ah430Ah、9696节节320Ah320Ah、128128节节260Ah260Ah、160160节节220Ah220Ah、192192节节2024/7/7612024/7/76210.3、系统参数分析与计算、系统参数分析与计算10.3.3、直流系统的配置设计、直流系统的配置设计n参数分析：参数分析：Pj=330kw、Ij=6875A、Uj=-48V，容量系数0.85，设计总容量8000A+8000A；n配置方式可选如下方式之一：配置方式可选如下方式之一：1.-48V、2*2000Ah系统4组，直流整流模块380V/-48V/100A、4组2（*9+1）只；2.-48V、2*3000Ah系统3组，直流整流模块380V/-48V/100A、3组3*（9+1）只；3.-48V、2*4000Ah系统2组，直流整流模块380V/-48V/100A、2组4*(9+1)只；根据实际应用安全及规范情况综合考虑，选方式根据实际应用安全及规范情况综合考虑，选方式1最合适可行最合适可行注：也可选择其他的适当冗余模式，如借鉴注：也可选择其他的适当冗余模式，如借鉴UPS的的3+1的的冷备冗余模式冷备冗余模式，但在容，但在容量切换时应量切换时应考虑冷备份系统的切换措施考虑冷备份系统的切换措施的可行方式的可行方式（可用设备？）（可用设备？）2024/7/76310.3、系统参数分析与计算、系统参数分析与计算10.3.4、空调系统的配置设计：、空调系统的配置设计：n冷量计算：冷量计算：主设备热耗（发热系数考虑0.9），另有围护结构的传导和辐射热、照明、人体、电缆等辅加热考虑1.1的系数，空调冷量见下表机房机房通信设备通信设备数量（台）数量（台）小计小计kvakva配套空调冷量配套空调冷量kwkw空调配套空调配套三层有机房原有通信机架196404利旧利旧三层新增EMC业务EMC机架2815515580kw（2+1）四层新增普通机架普通机架15733633690kw（5+1）四层新增刀片服务器刀片式机架5432632690kw（3+1）合计合计：830kw830kwn风量计算：层高4.5m、净层建筑面积560m2，换气次数60次/h，由公式可知其每层所需的风量为：F=NHS=604.5480=153000(m3/H)，风压可调至130Pa；则三层机房新增空调为：3台80kw/台、风量15000m3/h；则四层机房新增空调为：3台90kw/台、风量19200m3/h；2024/7/76410.3、系统参数分析与计算、系统参数分析与计算10.3.5、高低压系统的配置设计、高低压系统的配置设计:n市电：根据容量计算分析可知，总电力需求为2498kva，结合同时需用系数、市电配置的相关要求、投资的经济性，可选2路2500KVA的市电配置方式（见图）；n柴油机：根据现场条件和市电的运行历史、投资性价比等，本项目不建应急发电系统，为满足相应规范，设计应急电源接头箱和低压接入系统；n考虑无功补偿及防谐振措施；2024/7/76510.410.4、市电系统投资概算、市电系统投资概算序号 内容 组成 单价（万元）数量 总价（万元）备注 1高压扩容 线路建设费 2004800线路按约200万元/公里计 2高压配电柜 10KV-5000KVA 15690高压配电系统柜 3无功补偿柜164644低压配电柜15121805变压器 2500KVA 602120 6市电及油机输入柜 324128低压配电系统 7ATS切换 35270高或低压侧联络 8配电母线 4000A，13000/米1.33444.2密集型母线9扩容管理费 300元/KVA 0.034,00012扩容工程管理、手续费等 10计量柜1222411模拟屏等12112 12建设费及其他装修、空调、消防 5001500含照明、预备费及其他 13合 计 2152 2024/7/76610.410.4、常规机房建设内容及投资概算、常规机房建设内容及投资概算序号 内 容 组 成 单 价（万元）数 量 总 价（万元）备 注 1土建装饰 1500m2 0.081500120机房区、综合服务区 2机架 2200*1000*600mm 0.7240168含普通式、刀片式、EMC存储等3机架式STS 0.64002404UPS及直流系统2400KVA 0.3530001050根据需求划分组合方式 5空调系统 2500KW 0.325