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帶你讀《企業數字化基石-阿裡巴巴雲計算基礎設施實踐》第三章資料中心能效3.1資料中心電能使用率(二 )

變配電系統電能損耗,主要來源于裝置變換損耗和裝置傳輸損耗。對于裝置變換損耗,我們減少損耗的辦法是盡量選擇更加合理的變配電方案,以減少變化次數,以及使用更加節能的變配電裝置,比如在變壓器的選型中,我們不僅僅要選擇能效更好的變壓器,更重要的是根據資料中心負荷特點、裝置備援等選擇裝置容量或裝置能效,實作系統工作在最佳效率點的目的。對于裝置傳輸損耗,我們需要考慮的是盡量縮短輸送的距離或者減少輸送的電流損耗。衆所周知,在功率一定的情況下,電流和電壓成反比,是以一般情況下,要盡量縮短傳輸的路徑和導線截面,将盡量高的電壓等級引入靠近負荷側,進而實作減少配電的損耗。

對于變配電系統的環境能耗,最主要的是變配電裝置的散熱損耗和變配電室環境溫度的保持,一方面,我們需要關注變配電裝置本身的散熱裝置,包括變壓器、變頻器、電能品質處理裝置、配電裝置等,它們都需要有良好的散熱設計;另一方面,我們需要将不同溫度敏感性和功率的裝置盡量分開布局,避免是以而導緻的消耗。除此之外,裝置布局也應當考慮送風方式、送風距離和冷熱隔離等因素,盡量提高變配電裝置的散熱效率。

在一般的資料中心中,電源系統往往是除了 IT裝置、散熱系統的第三大電能消耗系統,電源系統一般也是資料中心差別于普通設施供電系統的關鍵。資料中心的電源系統一般包括應急電源系統柴油發電機組、不間斷電源系統、蓄電池組等。

資料中心的不間斷電源系統即 UPS系統,其主要作用是為資料中心IT裝置提供不間斷的高品質的供電。為了提供不間斷的供電系統需要并入電池,我們必須将交流市電變換為直流與電池并聯,進而實作為資料中心 IT裝置提供毫秒級不間斷供電。與變配電系統類似,不間斷電源都有變換損耗和環境損耗 ;在不間斷電源系統中,其整流和逆變環節的 MOSFET、IGBT開關管為損耗最大的元器件,這些開關管的發熱量在整個裝置内占到 60% 以上。一般通過提高元器件的效率、減少變換環節等方案降低變換的損耗。

熱設計是整個裝置散熱中最需關注的點,比如采用直流不間斷供電比交流不間斷供電減少了逆變環節,提升了效率。所有的電源轉換類裝置都會有最佳的負載效率曲線,在低負載的時候往往效率表現比較差,特别是資料中心内供電類裝置一般都存在備援,是以在負荷難以預期或者負荷爬坡期比較長的資料中心,采用小型高效率子產品化不間斷電源會取得比較好的節能效果,如圖3-9所示,電源系統除了變換損耗,環

境損耗也比較多,一般的電源系統都有大約 3%~10%的變換損耗,損耗都轉換成熱量,需要以合理的制冷方式帶走,合理的裝置布局、冷熱隔離、精确的送風方式和送風溫度都可以實作比較好的能效。

帶你讀《企業數字化基石-阿裡巴巴雲計算基礎設施實踐》第三章資料中心能效3.1資料中心電能使用率(二 )

目前對于大功率的不間斷電源,可以采用闆式水冷的方式解決散熱問題,其功率密度和可靠性可以得到大幅度提升,如圖 3-10 所示。

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圖 3-10闆式水冷不間斷電源子產品

資料中心的柴油發電機組一般處于備用狀态,隻有在停電的時候才會啟動運作,是以柴油發電機組的電能消耗需要區分備用狀态和發電狀态。備用狀态的柴油發電機組的能耗一般都比較低,隻有充電、加熱及油路等部分負載,其中比較關鍵的是加熱部分,在柴油發電機組機房設計的過程中需要充分考慮隔熱密閉,并适當控制機房溫度,盡量減少平時的加熱電能消耗。

當柴油發電機組處于發電狀态時,除柴油發電機組本身效率外,還需要考慮包括進排風風扇的電能消耗,在柴油發電機組設計中盡量選用自然進風和軸驅風扇散熱,減少電能的消耗。資料中心大都采用鉛酸電池,電池是資料中心除IT裝置外溫度最敏感的裝置,溫度對電池壽命和充放電能力有很大影響,要保證電池有比較好的工作狀态,一般情況下電池不發熱,但是電池在充電放電過程中會伴随着吸熱和發熱,是以在寒冷地區電池室的加熱也會消耗較大的能量。一般采用低品位的熱回收技術為電池室加熱。

除了資料中心的散熱系統、供電系統,資料中心的采暖系統、通風系統、建築系統等也都對資料中心能效有很大影響。對于采暖系統來說,我們需要盡量通過布局設計減少采暖量,資料中心本身就是巨大的熱源,是以資料中心本身采暖需要盡可能采用能量回收的方式,在北歐的一些地方甚至采用資料中心作為市政采暖的熱源。另外,建築系統、通風系統等也需要采用合适的方案,以盡量減少能源消耗。

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