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 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 曹承屬 (華東建筑設計研究院有限公司，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 ，服務器在計算機房出現(xiàn)，
thus resulting in a new challenge to the power supply and
更是催生了新型數(shù)據(jù)中心的分級設計 ．在 ．eom經(jīng)濟
cooling system．The classification of data centers and
的泡沫中．數(shù)據(jù)中心迎來 了繁榮 隨著服務器等設備
power supply requirements by Telecommunications
的不斷發(fā)展．數(shù)據(jù)中心也在不斷發(fā)展。在我國數(shù)據(jù)中
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 設 施 標 準 》
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 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 電信基礎設施標準》 需要說明的是 ．隨著刀片式服務器 的使用 ．數(shù)
(ANSI／TIA一942—2005)對數(shù)據(jù)中心分級及對 電源 據(jù)機房 的功率密度在不 斷提高 ．極端 的已經(jīng)達 到
的要求：分析了數(shù)據(jù)中心的用電負荷，配電系統(tǒng)的可 20kW／機架 高功率密度的數(shù)據(jù)機房要求高比率的
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／機架最低 1：1；6 kW ／機架最
關(guān)鍵詞 數(shù)據(jù)中心 機架 功率密度 電源要求 低 2：1：9 kW／機架最低 3：1)。
3 數(shù)據(jù)中心用電負荷的分析和計算
1 數(shù)據(jù)中心的定義及發(fā)展
數(shù)據(jù)中心基礎設施的用電設備主要可以分為：IT
關(guān)于數(shù)據(jù)中心的定義。有很多的說法 ．從普遍認 信息技術(shù)設備用電、制冷系統(tǒng)用電、照明用電、配電
同的說法來看．數(shù)據(jù)中心是一個集中安置計算機系統(tǒng) 系統(tǒng)用電等
和相關(guān)組成部分．如通信和存儲設備的空間 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 電負荷比例見圖 1、圖2。
環(huán)境控制 (空調(diào)等)和可靠的安防設施。 由圖 2可以看出．IT設備用 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 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
型計算機的出現(xiàn)而發(fā)展起來 大型計算機難于操作和 比較困難．使用的方式有很多種 ．功率密度是一個經(jīng)
維護．對環(huán)境的要求也比較高．需要設置專門的機房 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 ．微型計算機產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展．信息業(yè)務不斷壯 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 設備制造商會采用
Tab． Classification of data center and requirements of power supply
IT設備總用電量和IT設
項? 目艇 、i 、羹i鼴 ＼謄 i_ 囊 級 2級。 ．：|¨級 備的占地面積 f僅指機
架放置所 占面積．不包
市電進線 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 否 否 是 是
往往采用 IT設備總用電
計算機和電信 單路電源． 單路電源． 雙路電源． 雙路電源． 量和 IT設備的所 占總空
設備的電源 承擔100％負載 承擔 100％負載 每路都能承擔 每路都能承擔
間面積比值來計算．這
100％負載 100％ 負載
是最常使用的方式 ．平
所有電氣設備
貼有第三方實 是 是 是 是 均每個機架占用 2．6m2,
驗室認證標志
對決定制冷和供配電需
電氣或機械設備配 電氣或機械設備配 電氣或機械設備配電 電氣或機械設備配電系
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)，當市 面積 (包括 IT設備 、
系統(tǒng)轉(zhuǎn)換 當市電斷 (ATS)，當市電斷 當市電斷電時 ，
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 ． 發(fā)電機 配電房、制冷房等所有
發(fā)電機 油發(fā)電機
空 間 面積 )比值 來 設
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)
機械聯(lián)鎖：任何配電 拔式塑殼斷路器．機械
現(xiàn)場開關(guān)裝置 無 無 系統(tǒng)的開關(guān)維護時能 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)維護時能夠旁路 ．
負荷 不影響重要負荷 是采用所有設備用電量
(包括 IT設備用電量、
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 8h
油量 (如果UPS有8min 24 h 72 h 96 h 上述 四種不 同的考
(滿負荷) 備用時間．柴油發(fā)
電機沒有要求 ) 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施，其電力供應系統(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)能標準。 3. **靈活性與擴展性**：隨著業(yè)務需求的增長，數(shù)據(jù)中心電源應具備良好的可擴展性，便于增加或調(diào)整電力容量，以適應未來負載的變化。 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、遠程控制和故障預警等功能，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**：強調(diào)了數(shù)據(jù)中心電源系統(tǒng)在火災發(fā)生時的應急措施，如配置消防電源和煙霧感應觸發(fā)的電源切斷裝置等，以保護人員生命安全和數(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》一文詳細闡述了在建筑設計與運維過程中，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，應當遵循的相關(guān)技術(shù)和規(guī)范。