精密空调供配电的挑战

近年来，随着云服务和移动互联网业务的快速发展，数据中心开始向高密化、巨型化方向发展，数据中心的IT机柜功率密度不断提高。whszyx神州永鑫据ASHARE的研究 报告及某些大型运营商的测试数据显示，随着IT设备功率密度从传统的低于2kW/柜到如今的5kW/柜、10kW/柜甚至20kW/柜以上，数据机房允许 的空调停止运行时间已成为分钟级，空调设备短时间停止供冷在几分钟内即可造成IT设备高温宕机，导致的损失难以估计。

(1) 数据中心高密化的需求

表1为2014年某运营商机架密度与宕机时间对照表，可以看出，机架密度达到5kW/柜后，一旦空调停止运行，机柜仅持续4min后即宕机，并且随着机柜密度的提升持续时间会变得更短。因此停电后即使负载有UPS继续供电，哪怕电池备电时间延长也是毫无意义的。

(2) Uptime对机房连续制冷的要求

在Uptime机构的Tier等级标准中，把数据机房的连续制冷划分为三个级别，对功率密度在4kW/柜及以上的高功率数据机房都提出了连续制冷的要求，并给出了对应的解决方案，如表2所示。

(3) 采用UPS为精密空调带载的意义

为了解决空调的配电问题，较为常见的方案是采用柴油发电机对IT设备和空调进行供电保障，然而，油机起动也需要一定的时间，根据前面的数据要求，在现 今的高密数据中心中，油机必须要在4min内起动，这显然是有一定风险的。人们自然而然地考虑采用UPS给精密空调供电，以确保市电断电或者柴油发电机无 法正常起动时仍能满足持续供冷需求。

精密空调采用UPS进行配电，可保障数据中心机房实现持续制冷的业务需求:

①在配备了柴油发电机备电的场景下，可以防止柴油发电机无法正常起动时仍能保障精密空调持续制冷，防止设备过温宕机造成业务中断;

②对于受场地空间及其他条件限制无法配备柴油发电机的场景，采用UPS给精密空调配电可保证实现连续制冷需求。

由于精密空调属于感性负载，业界的普遍观点认为，启动时的启动冲击电流非常大，因此，whszyx神州永鑫在采用UPS为精密空调供电方案中，如何选择合适的UPS容量成为问题的关键。

UPS带精密空调配置分析

针对以上分析的目前数据中心常用的直膨式精密空调以及冷冻水型精密空调，给出配置UPS选型的基本建议。

(1) UPS带直膨式精密空调配置分析

直膨式空调系统包括风冷直膨式系统和水冷直膨式系统，其区别在于室外冷凝器的散热方式不同。

目前，whszyx神州永鑫直膨式精密空调行业里，室内机的制冷压缩机主要采用涡旋式压缩机进行变容量调节。涡旋式压缩机通常采用数码涡旋技术、交流变频技术和直流变频技术实现变容量调节，三者的技术对比见表3:

从性能和可靠性方面而言，采用直流变频技术的压缩机，其电机启动力矩大、***(损耗低，功率因数高)、***调速、高功率体积比高、可靠性高、使用寿 命长，技术已经比较成熟和稳定;相较之下，数码涡旋技术虽有长期市场应用经验，但调速范围窄，IPLV不如直流变频技术，无法***匹配要求部分负载的*** 的数据中心制冷。

对于采用直流和交流变频技术的压缩机而言，***明显的区别就是驱动技术:采用同步永磁体交流电机的，则是直流变频;采用异步交流电机的，则是交流变频。 虽然同样是变频技术，但实际上交流变频与直流变频是两代产品，交流变频由于能效偏低，励磁逻辑复杂等劣势，目前已经基本被直流变频技术所替代。因此，目前 主流压缩机供应商均聚焦直流变频技术，以便匹配数据中心负载变化节能要求的大趋势。

从表4的对比分析可以看出，数码涡旋式压缩机和变频压缩机的冲击电流有较大区别，采用UPS为直膨式风冷精密空调配电时，需考虑压缩机冲击电流的影 响。以制冷量35kW的风冷行级精密空调为例，A厂家采用数码涡旋压缩机，B厂家采用直流变频压缩机，其整机启动电流的对比如图5所示。

根据A、B两个厂家提供的技术参数并结合测试结果，采用数码涡旋压缩机的DX型精密空调，其启动冲击电流约为额定电流的5倍;而采用直流变频压缩机的DX型精密空调，其启动电流小于额定电流。

风冷直膨式精密空调的室外机由风机转速控制器(含压缩机变频器)、电控盒、冷凝器、机架和风机等组成，其启动电流小于满载电流。当采用UPS给风冷冷凝器供电时，考虑其额定满载电流即可。

例如，在T1工况(温带气候，环境温度在-20～45℃)，对于散热量为38kW风冷室外机，其输入制式为380～415Vac/3Ph/50或60Hz，满载电流为2.5A，功率因数取0.8，则室外机功率为

对水冷直膨式而言，若采用数码涡旋压缩机的室内精密空调，需考虑5倍冲击电流的影响;而对采用变频压缩技术的精密空调，由于变频压缩机的启动电流小于 其额定电流，因此UPS需考虑其额定电功率，并根据GB/T50174-2008的冗余设计原则，考虑1.2倍的冗余系数即可。

对水冷直膨式的冷却系统，由于配置了冷却水泵和冷却塔，美的恒温恒湿精密空调，冷却水泵有定频水泵和变频水泵方案，对冷却塔内又有对应的风机，精密空调加湿罐报价，需根据具体的水泵方案和冷却塔内的风机类型进行考虑。

(2) UPS带冷冻水型精密空调配置分析

根据Uptime对冷冻水型空调系统作出的关于连续制冷级别的定义，考虑UPS给精密空调配电时，其主要应用在不间断制冷(Class***别)和连续 制冷(ClassB级别)两种场景，两者的区别在于是否设置制冷罐，冷冻水二次泵是否采用UPS供电。若整体空调系统设置蓄冷罐进行蓄冷，同时冷冻水二次 泵、末端空调采用UPS供电，则为Class***别的不间断制冷方案;若仅对冷冻水二次泵、末端空调采用UPS供电，并无配置蓄冷罐，则为ClassB级 别的制冷方案。在实际应用中，冷冻水型蓄冷系统的整体方案架构如图6所示。

根据冷冻水型蓄冷系统的整体架构，并考虑到数据中心业务连续应用的要求及制冷系统的配置，可参考以下几种方案:

①方案一

为整个制冷系统全部配置UPS系统，对于冷冻水空调系统，需对冷水机组、冷却塔、一、二次泵和精密空调都配置UPS系统，保持整套制冷系统不间断运行。因为此方案成本高昂，在实际项目中***被采用。

②方案二

在冷冻水系统中，机房精密空调维修，为精密空调风机、二次泵配置UPS，并在冷冻水循环系统中增加蓄冷罐储备冷冻水。当电源中断未恢复或电源中断导致冷机暂无法启动期 间，通过蓄冷罐和水泵循环水提供冷源，由精密空调风机维持室内冷气循环，为机房环境提供不间断制冷。相比方案一，此方案在***方面更有优势。

上述两种方案都可达到UptimeClass***不间断制冷标准。

③方案三

在冷冻水系统中，为精密空调风机、二次泵配置UPS，但不配置蓄冷罐。电源中断或机械制冷故障时，精密空调风机维持机房内空气循环，并利用管道剩余冷冻水提供制冷，减缓机房快速升温。此方案可满足UptimeClassB级连续制冷的标准，且方案***有明显优势。

(3) 末端空调采用UPS供电的配置建议

不论是Uptime的***制冷还是B级制冷，考虑对末端精密空调进行UPS配置。

冷冻水型末端精密空调的主要部件为风机。在风机选取上，存在着AC风机和EC风机两种类型的末端空调。在实际应用中，由于EC电机为内置智能控制模块 的直流无刷式免维护型电机，具有高智能、高节能、***率、寿命长、振动小、噪声低以及可连续不间断工作等特点，可实现无级调速，能更好的匹配服务器风量， 同时达到大的限度的节能效果。因此，绝大多数厂家的末端空调风机类型均选择EC风机。

对于采用EC风机的末端精密空调，其启动冲击电流小于额定电流，因此在配置UPS时，主要考虑末端空调的满载运行功率。以某品牌30kW冷冻水型行级 空调为例，其配置了8个风机，末端空调满载电流为5.5A，功率因素一般取0.8，则满载功率为:5.5×220×0.8≈1kW，考虑UPS的负载功率 因数为0.9，并考虑1.2倍的冗余系数，则需要的UPS容量为1.2×1/0.9=1.3(kVA)。

(4)冷冻水二次泵采用UPS供电配电建议

冷冻水二次泵是冷冻水型空调系统的另一个关键部件，精密空调，在考虑持续制冷时，需考虑采用UPS进行供电。

冷冻水二次泵的选取主要根据安装位置、whszyx神州永鑫空间及承压，结合管路水流量及扬程来选取，但从电性能角度而言，有定频水泵和变频水泵两种考虑，取决于实际项目 中采用的水泵类型。考虑UPS对冷冻水二次泵供电而言，通常对于定频水泵，需考虑其启动冲击电流为5倍的额定电流;而对变频水泵而言，需考虑一定的冗余系 数即可，一般取1.2倍。

海瑞斯行间空调解决方案

产品特点：行间精密空调空调和传统精密空调相比较，具备如下明显优点：1、空调模块贴近IT机柜部署，大大缩短了气流行程，减少了空调风机的功率，降低了能耗；2 、空调模块正面整个垂直高度都是送风

行间精密空调空调和传统精密空调相比较，具备如下明显优点：

　　1、空调模块贴近IT机柜部署，大大缩短了气流行程，减少了空调风机的功率，降低了能耗；

　　2 、空调模块正面整个垂直高度都是送风面，whszyx神州永鑫背面整个垂直高度都是回风面，IT机柜在整个垂直高度上可以就近从空调模块吸入温度一致的冷风，确保每台IT设备都得到可靠冷却，消除局部过热；

　　3 、空调模块出风温度提高4-8℃。提高了换热器的效率。

　　使用冷通道封闭系统可避免冷热空气的混合，提高空调的制冷效率。这样一方面可以解决机房内部的局部过热；另一方面可以起到节能减排的作用。与一般传统房间级制冷机房比较，经冷通道整合改造之后节能效果可达20%以上；冷通道封闭既可作为新建机房工程项目优化方案，也可针对现有传统房间级制冷方式的机房进行改造扩容升级。

　　服务器机柜

　　★  产品符合ANSI／*** RS-310-D、IEC297-2、DIN41491；PART1、DIN41494；PART7、GB／T3047.2-92标准；兼容19〃***、公制标准和ETSI标准

　　★  结构尺寸可满足定制要求

　　★  本公司***设计结构：机柜结构采用前后框+侧梁组装式结构，以增强机柜承重能力，机柜承重静载可达1500公斤

　　★表面处理：所有零部件表面喷塑粉，颜色满足定制要求，喷粉厚度不少于70-130μm，硬度不少于2H，附着力不低于O级***，符合欧洲ROSH要求，达到国家无害喷涂标准；表面涂层满足：1、交变湿热IEC68-2-30；2、霉菌IEC68-2-10 标准的要求

　　★  材料厚度不低于1.5MM;安装梁不低于1.5MM;方孔条不低于2.0MM。可选配附件包，包含：理线器，PDU安装支架，风扇单元，方孔条，重（轻）载层板，气流盲板等

　　冷通道封闭（气流遏制系统）

　　★海瑞斯冷通道封闭系统由自动翻转天窗，屏蔽门，气流遏制组件组成，各部分采用模块化设计，结构牢固，各装配件为标准式，能互换性使用

　　★通道门设计了观察窗口，窗口面积占通道门的73%。前通道门采用自动门，具备门禁管理功能；后通道门采用手动门，配备机械钥匙，具备强制逃生功能

　　★冷通道活动天窗开启寿命试验均在5000次以上，具备与消防联动的功能，具备手动强制开启功能，具备独立电机，保证机房断电情况下依然可紧急自动开启

　　★冷通道各个金属部件均可靠接地，以实现整体接地，而且接地通过接地铜带上的接地引出线接至机房的接地铜排上

　　★冷通道提供供烟感、温湿度、声光报警器、摄像机等设备的安装位置，满足穿过柱子，折角等特殊安装情景

　　行间精密空调

　　★海瑞斯行间精密空调具备风冷，水冷，乙二醇多种冷却方式，同时具备自然冷却选择模块，在保证可靠制冷的同时，实现节能

　　★机组***，具备COP 3.80w/w以上的制冷效率

　　★采用垂直风机，水平送风，确保消除制冷死角；采用EC风机，无极调速。风机的数量N+1备份，能确保在至少一台风机出现故障时，机组的制冷性能不低于额定的性能

　　★制冷系统采用全封闭涡旋式压缩机和R410A冷媒，并有膨胀阀、干燥过滤器、视液镜等。行间空调机组制冷管道的进出口，以及室外机组制冷管道的进出口，都有截止阀，以方便维修管理

　　★室外机的盘管换热器应为内翅铜管的***翅片式换热器，冷却风机应为轴流式的风机，能在-20~45℃环境条件下保证机组的正常运行

　　★行间空调应配有微处理控制器，自动控制机组的运行，并根据参数的变化控制机组的运行。多台行间空调的微处理控制器应可以组网通讯，行间空调之间通过组网通讯，实现故障切换、备机轮换、报警上传等

　　★行间摆放，与机柜高度严格保持一致，同时可以与服务器机柜，冷热通道搭配组成海瑞斯模块化数据中心

　　★全正面维护，在线热拔插，可以实现不停机扩容及不停机维护

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