建設(shè)節(jié)能環(huán)保型數(shù)據(jù)中心機(jī)房的解決方案

1 節(jié)能降耗是考核數(shù)據(jù)中心機(jī)房建設(shè)水平高低的重要指標(biāo)之一

近年來(lái),隨著數(shù)據(jù)中心機(jī)房的能耗的急劇增加和電價(jià)的逐漸上漲，機(jī)房主管及其營(yíng)運(yùn)首管理人員越來(lái)越關(guān)注他們的能源的營(yíng)運(yùn)成本。 實(shí)際上，能否提供具有足夠大的供電容量(KW)的市電電源、具有足夠的高可靠性和運(yùn)行效率UPS供電系統(tǒng)以及具有足夠大的致冷量(KW)和能效比足夠高的空調(diào)系統(tǒng)已成為制約大型數(shù)據(jù)中心機(jī)房能否被順利地建設(shè)起來(lái)的“瓶頸性”的制約因素。在不可再生能源資源日益稀缺和能源成本日益上升的今天，要求我們應(yīng)盡可能地采取各種必要的技術(shù)措施和管理手段來(lái)建立具有更加節(jié)能、環(huán)保型的運(yùn)行特性“綠色數(shù)據(jù)中心機(jī)房”。為此，有必要調(diào)研數(shù)據(jù)中心機(jī)房的能耗結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)中心機(jī)房的典型能耗分布圖被示于圖1中。

從上圖清晰可見：為建設(shè)節(jié)能環(huán)保型的數(shù)據(jù)中心機(jī)房所應(yīng)該高度重視的節(jié)能“三定律”：

(1) 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備/IT設(shè)備的節(jié)能特性的優(yōu)劣是決定機(jī)房能否節(jié)能效的技術(shù)基礎(chǔ)

采用低能耗的IT設(shè)備、虛擬化軟件設(shè)計(jì)方案、根據(jù)數(shù)據(jù)處理的流量變化而動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)CPU的主頻工作頻率的高低以及“動(dòng)態(tài)休睡”等技術(shù)是我們應(yīng)優(yōu)先考慮所采取的最重要的機(jī)房節(jié)能措施。其原因是：如圖1所示，對(duì)于PUE=2的傳統(tǒng)型的IDC機(jī)房而言，其IT及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的功耗約占其總功耗的50%左右。對(duì)于PUE=1.76的節(jié)能型的IDC機(jī)房而言，其IT及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的功耗約占總功耗的57%左右。這就意味著：由于在機(jī)房中所選用節(jié)能型基礎(chǔ)設(shè)施(例如：選用節(jié)能型的空調(diào)、照明以及UPS供電系統(tǒng)等)的能耗不斷地下降，對(duì)機(jī)房的主設(shè)備的節(jié)能降耗的需求將會(huì)變得更加迫切和重要。

(2) 空調(diào)制冷系統(tǒng)的節(jié)能特性的優(yōu)劣是決定機(jī)房能否節(jié)能的關(guān)鍵所在

采用能充分利用自然冷源的空調(diào)機(jī)組、選用帶EC風(fēng)機(jī)或數(shù)碼渦旋型的變頻壓縮機(jī)的空調(diào)機(jī)組、通過(guò)優(yōu)化氣流組織來(lái)提高“熱交換效率”[典型的設(shè)計(jì)方案有：機(jī)柜采用“面對(duì)面、背對(duì)背型”的冷熱通道布局;封閉冷通道;封閉熱通道;定向定量的CRV/XD型機(jī)柜局部冷卻等]以及在大型數(shù)數(shù)據(jù)中心優(yōu)選冷凍水空調(diào)等節(jié)能環(huán)保空調(diào)技術(shù)是機(jī)房能否獲得高效節(jié)能特認(rèn)的關(guān)鍵所在。其原因是：如圖1所示，對(duì)于PUE=2的傳統(tǒng)型IDC機(jī)房而言，它的空調(diào)系統(tǒng)的功耗約占總功耗的37%左右。對(duì)于PUE=1.76的節(jié)能型IDC機(jī)房而言，它所需空調(diào)系統(tǒng)的功耗約占總功耗的34.3%左右。它們所占的能耗比是相當(dāng)?shù)馗叩摹?/P>

(3) UPS供電系統(tǒng)的節(jié)能特性的優(yōu)劣是決定機(jī)房能否節(jié)能的不可或缺的要素

采用輸入電流諧波治理+電容性的相移功率因數(shù)補(bǔ)償調(diào)節(jié)技術(shù)、高效率UPS的設(shè)計(jì)+“動(dòng)態(tài)休睡”技術(shù)、UPS輸出功率因數(shù)與IT設(shè)備輸入功率因數(shù)之間的匹配技術(shù)等節(jié)能型UPS供電系統(tǒng)的“選用與否”是決定數(shù)據(jù)中心機(jī)房的節(jié)能效果的重要因素。如圖1所示，對(duì)于PUE=2的傳統(tǒng)型的IDC機(jī)房而言，它的UPS供電系統(tǒng)的功耗約占總功耗的10%左右。對(duì)于PUE=1.76節(jié)能型的IDC機(jī)房而言，其UPS供電系統(tǒng)的功耗約占總功耗的6.16%左右，它們所占的能耗比也不能算低。

(4)照明系統(tǒng)的節(jié)能是機(jī)房能否節(jié)能的不可忽視的因素

采用節(jié)能燈+照明能耗動(dòng)態(tài)調(diào)控和管理技術(shù)是降低機(jī)房輔助設(shè)備能耗的不可缺少的途徑之一。如圖1所示，對(duì)于PUE=2的傳統(tǒng)型的IDC機(jī)房而言，它的照明系統(tǒng)的功耗約占總功耗的3%左右。對(duì)于PUE=1.76節(jié)能型的IDC機(jī)房而言，其照明系統(tǒng)的功耗約占總功耗的2.54%左右。因此，它也是不可忽略的節(jié)能環(huán)節(jié)之一。

為了能較客觀地評(píng)估各種的數(shù)據(jù)中心機(jī)房的節(jié)能降耗的效果，目前在IT行業(yè)中、常推薦使用“能源利用效率”：PUE(Power Usage Effectiveness)=(數(shù)據(jù)中心的總用電量)/(IT設(shè)備的總用電量)。為討論方便和便于理解計(jì)，此后、我們將這個(gè)PUE值稱為數(shù)據(jù)中心機(jī)房的“能耗比”。 它代表：為支持IT設(shè)備的正常運(yùn)行、機(jī)房所配置的基礎(chǔ)設(shè)施所可能消耗的功耗(KW)與維持IT設(shè)備本身的正常運(yùn)行所需的功耗(KW)之間相對(duì)比值。例如：對(duì)于PUE=2的數(shù)據(jù)中心機(jī)房而言，它的基礎(chǔ)設(shè)施所消耗掉的功耗是IT設(shè)備本身的功耗的兩倍。

眾所周知，數(shù)據(jù)中心的總能耗= IT設(shè)備的能耗+空調(diào)制冷系統(tǒng)的能耗+由變壓器、UPS為核心所組成的供配電系統(tǒng)能耗+照明等其它輔助設(shè)備的能耗。在此條件下，我們可將數(shù)據(jù)中心機(jī)房的“能耗比”分解為：

PUE=(IT設(shè)備的能耗/ IT設(shè)備的能耗)+(空調(diào)制冷系統(tǒng)的能耗/IT設(shè)備的能耗)+ (UPS系統(tǒng)的能耗/IT設(shè)備的能耗)+ (照明和其它輔助設(shè)備的能耗/IT設(shè)備的能耗);

即：PUE= 1+CLF+PLF+ALF。

其中的CLF(Cooling Load Factor)為空調(diào)制冷系統(tǒng)的“能耗因子”， 它代表為支持功耗為1KW的IT設(shè)備的正常運(yùn)行時(shí)，空調(diào)系統(tǒng)為此應(yīng)消耗的能耗的相對(duì)比值; PLF(Power Load Factor)為供配電系統(tǒng)的“能耗因子”， 它代表為支持功耗為1KW的IT設(shè)備的正常運(yùn)行時(shí)，UPS供電系統(tǒng)為此應(yīng)消耗的能耗的相對(duì)比值; ALF(All other Load Factor)為輔助用電設(shè)備的“能耗比”。在這里，我們可以看到：對(duì)IT設(shè)備而言，它的“能耗比”總是等于1。

在此需說(shuō)明的是：當(dāng)我們?cè)诤饬恳粋€(gè)IDC機(jī)房的節(jié)能效果是否明顯時(shí)，不能僅限于只考慮該機(jī)房在某一瞬間的PUE值是多大，其原因是：上述的各種能耗并不是一個(gè)常數(shù)，其大小與IDC機(jī)房的運(yùn)行工況和氣象條件等因數(shù)密切相關(guān)。正確的方法是：應(yīng)該考慮在這個(gè)IDC機(jī)房?jī)?nèi)的所有用電設(shè)備、在各種不同工況下運(yùn)行時(shí)所實(shí)際產(chǎn)生的功耗大小(Px)及其在此工況下的持續(xù)運(yùn)行時(shí)間的長(zhǎng)短(Tx)，并在此基礎(chǔ)上計(jì)算出IDC機(jī)房的全年總能耗。類似地，對(duì)于所有的IT設(shè)備而言，我們可以統(tǒng)計(jì)出它們?cè)诟鞣N不同工況下運(yùn)行時(shí)所實(shí)際產(chǎn)生的功耗大小(Wx)及其在此工況下的持續(xù)運(yùn)行時(shí)間的長(zhǎng)短(Tx)，并在此基礎(chǔ)上計(jì)算出IT設(shè)備的全年總能耗。這樣一來(lái)，就需要引入一個(gè)全年的平均PUE的概念。在這里，所謂的“全年能耗比”(APUE )=IDC機(jī)房?jī)?nèi)的各種用電設(shè)備的全年總能耗/IDC內(nèi)的所有IT設(shè)備的全年總能耗。

2 如何降低數(shù)據(jù)中心機(jī)房中的空調(diào)系統(tǒng)的CLF值(空調(diào)系統(tǒng)的“能耗比”)

我們可以采取如下的技術(shù)措施來(lái)提高IDC機(jī)房用空調(diào)系統(tǒng)何制冷效率，從而達(dá)到節(jié)能降耗的目的。例如：可以釆取“冷、熱通道”設(shè)計(jì)方案來(lái)優(yōu)化氣流組織，使得機(jī)房的送風(fēng)與回風(fēng)的流通更加通暢。在此基礎(chǔ)上，還可通過(guò)采取“封閉冷通道”或“封閉熱通道”的技術(shù)措施來(lái)達(dá)到進(jìn)一步提高制冷效率的目的;對(duì)IDC機(jī)房進(jìn)行“隔熱、隔濕”預(yù)處理，盡可能地降低不必要的“漏熱、漏濕型”的能耗;對(duì)風(fēng)冷型空調(diào)機(jī)組的室外機(jī)做遮陽(yáng)處理，降低冷凝溫度，以便降低整機(jī)的能耗;充分利用亷價(jià)的自然冷源：為此我們可以根據(jù)IDC機(jī)房所處的不同的地理位置和不同氣候條件來(lái)適時(shí)地調(diào)節(jié)空調(diào)機(jī)的工況。例如：當(dāng)室外溫度較低時(shí)，應(yīng)該充分地利用室外的自然冷源來(lái)進(jìn)行制冷，從而達(dá)到降低空調(diào)機(jī)組的全年總能耗的目的。

下面，將著重討論：如何界盡可能地利用亷價(jià)的自然冷源來(lái)達(dá)到節(jié)能降耗的目的。對(duì)于IDC用的機(jī)房專用空調(diào)機(jī)組而言，我們可以選用如下三種典型的可利用“室外自然冷源”的空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。

1)、 采用帶自然冷源的“冷凍水空調(diào)”機(jī)組的設(shè)計(jì)方案：此時(shí)，在空調(diào)系統(tǒng)的前端、配置具備“自然冷卻功能”的冷水主機(jī)，在空調(diào)系統(tǒng)的室內(nèi)制冷末端、選用“冷凍水”空調(diào)機(jī)組;

2)、采用帶自然冷源的乙二醇型空調(diào)機(jī)組的設(shè)計(jì)方案(圖2)：此時(shí)，在它的室內(nèi)機(jī)組中、配置兩套相對(duì)獨(dú)立的盤管。其中的一套為制冷劑系統(tǒng)，另一套為乙二醇水溶液的自然冷盤管。在它的室外機(jī)中、選配具有足夠換熱能力的干冷器。相關(guān)的工作經(jīng)驗(yàn)表明：這種空調(diào)機(jī)組的“干冷器”的換熱能力越強(qiáng)，將該它切換于能利用“室外自然冷源”來(lái)制冷的工況下運(yùn)行的室外溫度值就會(huì)越高，其節(jié)能效果則越顯著。推薦的切換溫度約為4℃。一般說(shuō)來(lái)，這種空調(diào)的購(gòu)置及營(yíng)維成本較高，它會(huì)直接影響到用戶用于釆購(gòu)設(shè)備的初期投資成本。因此，應(yīng)綜合考慮其性價(jià)比。

3)、采用帶自然冷源的智能型雙循環(huán)型的節(jié)能空調(diào)機(jī)組的設(shè)計(jì)方案(圖3)：對(duì)于這種雙循環(huán)節(jié)能型空調(diào)而言，當(dāng)IDC室外溫度較高時(shí)，它運(yùn)行在由壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)的常規(guī)風(fēng)冷式空調(diào)機(jī)的制冷工作模式。當(dāng)IDC室外溫度較低時(shí)，它會(huì)自動(dòng)關(guān)閉功耗最大的壓縮機(jī)。此時(shí)制冷劑在節(jié)能模塊(ESM)的驅(qū)動(dòng)下，它在空調(diào)室外冷凝器中同室外的冷空氣進(jìn)行熱交換。這樣一來(lái)，就能將自然冷源所提供的制冷能量帶入到IDC機(jī)房?jī)?nèi)，從而達(dá)到節(jié)能致冷的目的。由于這兩種制冷模式是由該機(jī)的智能控制器來(lái)實(shí)施自動(dòng)控制的，并在同一套制冷管路上來(lái)實(shí)施和完成上述的兩種制冷循環(huán)操作，推薦的切換溫度為10℃。當(dāng)它工作在“壓縮機(jī)被關(guān)閉”的節(jié)能工作模式時(shí)，其節(jié)能效果十分明顯，可達(dá)30%--40%。這是因?yàn)椋簩?duì)于空調(diào)機(jī)組而言，它的壓縮機(jī)的功耗約占空調(diào)整機(jī)能耗的80%左右。相關(guān)的運(yùn)行實(shí)踐還表明：IDC機(jī)房的室外溫度越低，節(jié)能效果越明顯; 空調(diào)機(jī)組的制冷量(KW)越大，節(jié)能效果越明顯。正是基于上述原因，建議：在黃河以北或西北的地區(qū)，宜優(yōu)選這種可利用“自然冷源”的智能型雙循環(huán)型的節(jié)能空調(diào)機(jī)組。

現(xiàn)以北京地區(qū)的一個(gè)IDC機(jī)房為例來(lái)探討如何為它選配出：具有PUE值最小的節(jié)能型的空調(diào)系統(tǒng)。該IDC機(jī)房的IT設(shè)備的設(shè)計(jì)總功耗為400kW，機(jī)房面積500平方米。一般說(shuō)來(lái)，IDC機(jī)房的主要熱負(fù)荷來(lái)源于各種IT設(shè)備的發(fā)熱量和環(huán)境維護(hù)結(jié)構(gòu)的熱負(fù)荷。在這里，機(jī)房的維護(hù)結(jié)構(gòu)的熱負(fù)荷包括：除IT主設(shè)備之外的由其它因素所產(chǎn)生的熱負(fù)荷。例如：機(jī)房的照明負(fù)荷、補(bǔ)充機(jī)房的新風(fēng)的熱負(fù)荷、工作人員的散熱負(fù)荷和機(jī)房的維護(hù)結(jié)構(gòu)的熱負(fù)荷等。在實(shí)際工作中，它們所產(chǎn)生的總熱負(fù)荷、可根據(jù)機(jī)房的面積來(lái)進(jìn)行估算。根據(jù)北京市的氣候環(huán)境數(shù)據(jù)及機(jī)房的實(shí)際布局情況，它的平均環(huán)境熱負(fù)荷可按0.16KW/m2進(jìn)行估算。在此基礎(chǔ)上，就能推算出應(yīng)選配的空調(diào)機(jī)組的總制冷量(KW)

機(jī)房的總熱負(fù)荷Q=IT設(shè)備的熱負(fù)荷Q1+環(huán)境熱負(fù)荷Q2。

IT設(shè)備的熱負(fù)荷Q1=400kW ; 環(huán)境維護(hù)結(jié)構(gòu)的熱負(fù)荷Q2=500m2×0.16KW/M2=80kW

選配的空調(diào)機(jī)的制冷量=機(jī)房的總熱負(fù)荷Q= Q1 + Q2=480KW。

下面，將分別討論：釆用上述三種、能帶自然冷源的空調(diào)系統(tǒng)的“能耗比”CLF值的大小，以便進(jìn)行空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化選擇。對(duì)本IDC機(jī)房而言，它的IT設(shè)備全年的總能耗為：400KW×365×24h=3504000kWh。在此條件下，就可對(duì)上述的三種空調(diào)制冷系統(tǒng)的全年ACLF值進(jìn)行估算。

(1) 采用帶自然冷源的“冷凍水空調(diào)”系統(tǒng)的PCL值

這種“冷凍水空調(diào)”系統(tǒng)的配置為：5臺(tái)100kW的冷凍水空調(diào)機(jī)組+1臺(tái)500kW的具備自然冷卻功能的冷水主機(jī)。對(duì)于這種“冷凍水空調(diào)”系統(tǒng)而言，當(dāng)IDC機(jī)房的室外溫度低于 0℃時(shí)，它的冷水主機(jī)就會(huì)被自動(dòng)啟動(dòng)、并進(jìn)入利用“室外自然冷源”的節(jié)能工作模式。此時(shí)，冷水主機(jī)中的功耗最大的壓縮機(jī)是處于關(guān)閉狀態(tài)的。這就意味著：在全年中約有1700小時(shí)的運(yùn)行期間內(nèi)，冷水主機(jī)都可以運(yùn)行在“功耗”僅為16KW左右的節(jié)能工況下。在此條件下，這種空調(diào)系統(tǒng)的全年總耗電量的計(jì)算值被列于下表中：

對(duì)于冷凍水型空調(diào)的室內(nèi)機(jī)部分的能耗而言，它主要來(lái)源于空調(diào)室內(nèi)機(jī)的風(fēng)機(jī)能耗與平均到每臺(tái)空調(diào)機(jī)組上的水泵能耗。對(duì)于室內(nèi)的100KW的冷凍水型空調(diào)機(jī)組而言，單臺(tái)機(jī)組的平均功耗約為6.9kW。所以5臺(tái)機(jī)組總功耗為： 6.9KW× 5 = 34.5 kW。其全年的總能耗約為： 34.5KW× 8760h = 302220 kWh。因此，這套空調(diào)制冷系統(tǒng)的總的總能耗為： 874400+302220 = 1176620 kWh。這樣一來(lái)，就可計(jì)算出這套空調(diào)系統(tǒng)的“年平均能耗比”：

ACLF=空調(diào)系統(tǒng)全年能耗/IT設(shè)備全年能耗= 1176620 kWh / 3504000 kWh

= 0.34

(2)、采用帶自然冷源的乙二醇型空調(diào)系統(tǒng)的PCL值

這種乙二醇型空調(diào)系統(tǒng)的配置為：5臺(tái)容量為100kW的乙二醇自然冷型空調(diào)機(jī)組(圖2)。對(duì)于這種帶自然冷源的乙二醇型空調(diào)機(jī)組而言，當(dāng)IDC機(jī)房的室外溫度低于4℃時(shí)，就可以進(jìn)入“關(guān)閉”空調(diào)機(jī)組中的功耗最大的壓縮機(jī)的節(jié)能工況。此時(shí)，可利用室外的“低溫冷空氣”來(lái)直接冷卻、以乙二醇的水溶液作為“冷卻媒介”的冷水循環(huán)型的制冷系統(tǒng)。此時(shí)的空調(diào)系統(tǒng)的主要耗電部分為水泵與空調(diào)機(jī)組中的室內(nèi)風(fēng)機(jī)和室外風(fēng)機(jī)。按北京地區(qū)的氣象統(tǒng)計(jì)資料可知，全年約有2500小時(shí)，它的室外溫度可能低于4℃。在此條件下，每臺(tái)制冷量為100KW的、帶自然冷源的乙二醇空調(diào)機(jī)組的總耗電量被列于下表中：

根據(jù)上表可計(jì)算出5臺(tái)空調(diào)機(jī)組的全年能耗為： 249714 kWh×5 =1248570 kWh。這樣一來(lái)，就可計(jì)算出這套空調(diào)系統(tǒng)的“年平均能耗比”：

ACLF=空調(diào)系統(tǒng)全年能耗/IT設(shè)備全年能耗= 1248570 kWh / 3504000 kWh

= 0.36

(3)、采用帶自然冷源的智能型雙循環(huán)型的節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)的PCL值

為此，需配置5臺(tái)制冷量為100KW的智能雙循環(huán)機(jī)組。該空調(diào)機(jī)組采用的是模塊化的設(shè)計(jì)思路，在同一套機(jī)組中增加節(jié)能模塊(ESM)。當(dāng)IDC機(jī)房的室外溫度達(dá)到設(shè)定值10℃時(shí)、開啟節(jié)能系統(tǒng)進(jìn)行制冷循環(huán)。此時(shí)利用室外的自然冷源對(duì)室內(nèi)進(jìn)行制冷，在這種自然冷卻的模式下、空調(diào)機(jī)組在“壓縮機(jī)被關(guān)閉”的條件下來(lái)進(jìn)行制冷。此時(shí)的主要耗電部件為節(jié)能模塊、室內(nèi)風(fēng)機(jī)和室外風(fēng)機(jī)。相關(guān)的運(yùn)行實(shí)踐表明：室外的溫度越低、該機(jī)的節(jié)能模塊所能提供的制冷量則越大。在本案例中，100KW的智能雙循環(huán)機(jī)組設(shè)計(jì)的方式為：5臺(tái)帶有壓縮機(jī)和節(jié)能模塊的空調(diào)機(jī)組(注：在每臺(tái)機(jī)組中、含有2個(gè)節(jié)能模塊)和5臺(tái)沒有壓縮機(jī)只有節(jié)能模塊的機(jī)組(注：在每臺(tái)機(jī)組中、含有2個(gè)節(jié)能模塊)。當(dāng)IDC機(jī)房的室外溫度較高(>10℃)時(shí)，制冷系統(tǒng)利用5臺(tái)帶有壓縮機(jī)的空調(diào)機(jī)組來(lái)制冷。當(dāng)室外溫度低于10℃時(shí)，剛開始時(shí)，開啟20個(gè)節(jié)能模塊。在此需說(shuō)明的是，節(jié)能模塊的開啟數(shù)量多少是與室外溫度的高低密切相關(guān)。室外溫度越低，所需開啟的節(jié)能模塊數(shù)量則越少(圖3)。

綜上所述，針對(duì)各種IDC機(jī)房地理位置的不同以及氣象條件的不同，為了提高空調(diào)機(jī)組的能效比、往往會(huì)有多種可作供選擇的技術(shù)措施。對(duì)于北方及西北地區(qū)而言，應(yīng)優(yōu)選用能盡可能地利用室外自然冷源的空調(diào)系統(tǒng)來(lái)降低它的全年的能耗比，以便大幅地提升IDC機(jī)房的節(jié)能降耗水平。

從上討論可見：對(duì)于帶自然冷源的冷凍水型的空調(diào)系統(tǒng)而言，它的PCL值=0.34; 對(duì)于帶自然冷源的乙二醇型的空調(diào)系統(tǒng)而言，它的PCL值=0.36; 對(duì)于帶自然冷源的智能型雙循環(huán)型的空調(diào)而言，它的PCL值=0.32?？紤]到初期投資以及運(yùn)行成本，宜優(yōu)選智能雙循環(huán)型的節(jié)能空調(diào)機(jī)組。

3 如何降低數(shù)據(jù)中心機(jī)房中的供電系統(tǒng)的PLF值(供電系統(tǒng)的能耗比)

如圖4所示，近年來(lái)，為盡可能地降低數(shù)據(jù)中心用UPS供電系統(tǒng)的“能耗比因子”的PLF值，可供選擇的技術(shù)途徑有：

1)、提高UPS供電系統(tǒng)的輸入功率因數(shù)的PF輸入值, 使它盡可能地趨于1。在這里，常用的技術(shù)措施有：

l 選用具有低輸入電流諧波含量THDI的UPS產(chǎn)品。例如：選用IGBT整流或12脈沖整流+輸入濾波器設(shè)計(jì)方案的UPS產(chǎn)品。對(duì)于這些UPS產(chǎn)品而言，其典型的THDI值4%;

l 利用“電容功率因數(shù)補(bǔ)償柜”將數(shù)據(jù)中心機(jī)房的輸入電源的相移性功率因數(shù)的Cosф值調(diào)節(jié)到趨近于1。

相關(guān)的理論分析及實(shí)踐表明：當(dāng)滿足上述的運(yùn)行條件時(shí)，對(duì)于IGBT整流型和12脈沖整流+輸入濾波器型的兩種UPS而言，它們均可將IDC機(jī)房用的輸入電源的輸入功率因數(shù)的PF輸入值提髙>0.99左右。

2) 、提高UPS供電系統(tǒng)的“動(dòng)態(tài)效率”，在這里，常用的技術(shù)措施有：

l 提髙UPS單機(jī)的效率。其典型的效率參數(shù)為：高頻機(jī)型UPS的滿載效率95%; 新型工頻機(jī)型UPS的滿載效率93.4%; 老式工頻機(jī)型UPS的滿載效率92.5%；

l 提高UPS供電系統(tǒng)中的UPS單機(jī)的負(fù)載百分比。相關(guān)的運(yùn)行實(shí)踐顯示：對(duì)于多數(shù)UPS而言，如果能確保UPS單機(jī)的負(fù)載百分比>35%以上的話，則就能確保UPS的實(shí)際運(yùn)行效率非標(biāo)接近于它的滿載效率。為此，可供選擇的技術(shù)途徑有：“動(dòng)態(tài)休睡”技術(shù)、三總線輸出供電系統(tǒng)以及“Catcher Bus”容錯(cuò)型UPS供電系統(tǒng)等。

3)、提髙UPS的輸出功率因數(shù)的PF輸出值，使得它盡可能地與IT設(shè)備的輸入功率因數(shù)的PFIT值相匹配。鑒于在當(dāng)今IDC機(jī)房中常用的服務(wù)器、存儲(chǔ)器及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的輸入PFIT值已從原來(lái)的0.8提高到0.91∽0.96的現(xiàn)實(shí)。期望：直選用輸出功率因數(shù)為0.9的UPS產(chǎn)品。

為便于比較，下面將分別選擇如下三種典型的UPS產(chǎn)品來(lái)探討如何降低數(shù)據(jù)中心用UPS供電系統(tǒng)的“能耗比因子”的PLF值的問(wèn)題。這些UPS產(chǎn)品的相關(guān)技術(shù)參數(shù) l 老式6脈沖整流型UPS(舊“工頻機(jī)”型UPS)：輸入電流諧波含量的THDI=32%, 整機(jī)的滿載效率92.5%;

l 新型12脈沖整流+輸入濾波型UPS(新“工頻機(jī)”型UPS)：輸入電流諧波含量的THDI=4%, 整機(jī)的滿載效率93.4%;

l 新型IGBT整流UPS(新“高頻機(jī)”型UPS)：輸入電流諧波含量的THDI=3%, 整機(jī)的滿載效率95%。

下面以北京地區(qū)的一座IT設(shè)備的總能耗為400kW機(jī)房為例來(lái)分析上述三種UPS供電系統(tǒng)的PLF值的變化趨勢(shì)：

注：PLF-1反映由于輸入功率因數(shù)≠1所產(chǎn)生的功耗; PLF-2反映由于UPS的效率≠1所產(chǎn)生的功耗; PLF-3反映由變壓器、電力電纜和開關(guān)等供配電系統(tǒng)的損耗≠0所產(chǎn)生的功耗。

從上表可見：對(duì)于舊“工頻機(jī)”型UPS系統(tǒng)而言，它的PLF值=0.179左右;對(duì)于新“工頻機(jī)”型UPS系統(tǒng)而言，它的PLF值=0.117左右;對(duì)于新“高頻機(jī)”型UPS系統(tǒng)而言，它的PLF值=0.101左右。如果僅從節(jié)能降耗和減小機(jī)房占地面積作為IDC機(jī)房設(shè)計(jì)的優(yōu)先考慮從發(fā)，宜選用由高頻機(jī)型的UPS供電系統(tǒng)。然而，從確保UPS供電系統(tǒng)能獲得最高的可靠性作為設(shè)計(jì)優(yōu)先考慮從發(fā)，則宜選用由工頻機(jī)型的UPS供電系統(tǒng)。其原因是，同高頻機(jī)型UPS相比，它PLF的下降值僅為0.0185，它們之間的差值相差極小。眾所周知：確保可靠性第1，應(yīng)是IDC設(shè)計(jì)的第一要?jiǎng)?wù)。

4 數(shù)據(jù)中心機(jī)房供電系統(tǒng)的PUE值的抉擇

如上所述，由于數(shù)據(jù)中心機(jī)房的能耗比PUE= 1+CLF+PLF+ALF。如果我們能將各種IDC機(jī)房的ALF值都控制在0.04左右的話，則可得到如下表所示的不同的PUE值。

從上表可見：

1)、同傳統(tǒng)的PUE=2-2.4左右的IDC機(jī)房相比，對(duì)于所有能利用室外自然冷源的空調(diào)系統(tǒng)而言，都能將IDC機(jī)房的PUE值控制在1.6左右，其節(jié)能效果明顯。

2)、如果我們選擇PUE值最低的設(shè)計(jì)方案。即：選用由帶自然冷源的雙循環(huán)型的節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)(它的CLF=0.32)+ 新型工頻機(jī)型UPS供電系統(tǒng)(它的PLF=0.101)+節(jié)能照明系統(tǒng)所組成的IDC機(jī)房的動(dòng)力保障系統(tǒng)的話，則可將該機(jī)房的能耗比從傳統(tǒng)IDC機(jī)房的PUE=2左右降低到1.46左右。對(duì)于這種高效、環(huán)保、節(jié)能型數(shù)據(jù)中心的各種設(shè)備耗電量的相對(duì)變化趨勢(shì)圖被顯示圖5中。

從上圖清晰可見：同PUE=2的傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心機(jī)房相比，空調(diào)系統(tǒng)的耗電量從原來(lái)的37%下降到現(xiàn)在的21.94%; UPS供電系統(tǒng)的耗電量從原來(lái)的10%下降到現(xiàn)在的6.93%; 照明和其它輔助設(shè)備的耗電量從原來(lái)的3%下降到現(xiàn)在的2.71%。與此形式鮮明對(duì)比的是：可供IT設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備使用的用電量，則可從原來(lái)的50%上升到現(xiàn)在的68.42%，其節(jié)能效果相當(dāng)明顯。

5 數(shù)據(jù)中心機(jī)房的PUE動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

為了能對(duì)從數(shù)據(jù)中心機(jī)房用的各種用電設(shè)備上所檢測(cè)到的各種實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)和歷史數(shù)據(jù)(電壓、電流、頻率、KW、KVA、PF、KWh等)進(jìn)行在線檢測(cè)、統(tǒng)計(jì)和分析的基礎(chǔ)上，對(duì)IDC機(jī)房的總PUE值以及它所用的空調(diào)系統(tǒng)的“能耗比因子”[CLF]、UPS供電系統(tǒng)的的“能耗比因子”[PLF] 以及照明和其它輔助用電設(shè)備的“能耗比因子”[ALF]進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理和監(jiān)視，需要建立一套如圖6所示的數(shù)據(jù)中心用電源工作特性及其PUE值的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。在此條件下，作為數(shù)據(jù)中心機(jī)房的管理者/營(yíng)維人員不僅可以隨時(shí)了解位于機(jī)房中的各種用電設(shè)備的能耗。而且，還可根據(jù)從該監(jiān)控系統(tǒng)所獲得到的各種分析圖表，制定出切實(shí)可行的節(jié)能降耗的管理策略和規(guī)章，從而確保IDC機(jī)房始終處于PUE值盡可能低的節(jié)能環(huán)保的工作狀態(tài)之下。