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确定所需的电源容量与关键负载

发布时间:2021-09-29
       不论何种规模的数据中心,在准备提高其环境容量前,都必须首先进行需求评估。需求评估基本可以确定由IT设备负责的业务应用的可用性需求。
 
       可以将时间不紧迫或分批处理性质的业务流程的负载功率和空调系统设置为”N” 拓扑结构配置,没有内部冗余提高可用性。时间紧迫的工作可能需要关键组件系统中有某种程度的冗余,使用”N+1″拓扑结构配置。每个关键系统元件都有一个冗余设备,这样如果某个单元出现故障,系统仍然可以维持IT关键负载的正常运行。要求绝对可用性的最关键应用环境应使用2N拓扑结构,这样关键系统就拥有完全冗余。虽然某个关键系统会出故障,但是另一系统 会保持负载的正常运行。这也提供了某种程度的可同步维护性,可以在另一系统承担负载时对该系统进行维护。
 
       无论实际UPS供电系统设计是何种配置( N、N+1、2N ) , 其核心问题都是如何为关键负载提供充足电力并对其进行冷却。对所需容量估计不足可能会导致将来被迫中断电力以增加容量,而估计过高则会导致额外的初始成本以及高额的运行维护费用。
 
       大多数数据中心都位于大型建筑物内, 在计算功率容量需求时,稳定状态功率和峰值功率之间的差值十分关键。如果所安装的空调系统或备用发电机等关键组件需要共用或需要为之外的设施提供负载,估算系统容量需要进行更为全面而复杂的分析。
 
       图2-1说明了电力容量在各种负载间的典型分配比例,假设的面积为5000ft2 ( 465m2) , 初始稳定状态关键负载为50kW ,未来稳定状态负载再增加50kW.假定制冷系统为直接膨胀(DX)式,并且市电电压为450V交流电。
 
 
       不论是单机架环境还是完整规模的,正确规划的第一步就是确定要为其供电并提供保护的关键负载的容量。关键负载是指构成IT业务结构的所有IT硬件组件:如服务器、路由器、计算机、存储设备、通信设备等,还包括保护它们的安全系统、消防和监控系统。这个过程首先需要列出所有这些设备,包括它们的铭牌额定功率、电压要求以及是单相设备还是三相设备。然后必须调整铭牌信息以反映预期的真实负载。在绝大多数情况下,该值远远高于预期的运行功率水平。大多数IT设备的铭牌额定值至少超出实际运行负载33%。美国国家电气标准( NEC )和类似的国际规范组织都已认识到这一事实, 允许电气系统设计中累加预期负载的铭牌数据,再乘以不同的系数,来计算实际运行的负载。计算步骤如下:
 
       ①累加预期负载的铭牌功率。如果设备上没有列出功率,可以将电流(安培)和设备电压相乘得到VA值,该值近似等于设备消耗的功率。
 
       ②将预期的VA数乘以0.67 ,以计算负载的实际功率(以瓦计)。将计算的负载的实际功率值除以1000就得到预期关键负载的千瓦级( kW )负载数值。
 
       负载并不是一成不变的, 在建成后的生命周期内, IT设备几乎一直处于一种不断变化的状态。IT设备更新至少每3年一次循环,到时候会添加新的、功能更强大或效率更高的设备, 或者替换初始规划列表上的设备。
 
       想要更合理的规划,尽可能节省电力设施方面的损耗,应该对IT设备将来的变化和升级的范围和时间做出切实的评估,这样可以正确规划最初确定的功率需求。对于电源和配电系统的元器件,可以根据目前和未来的负载情况进行扩展或调整。
 
       必须充分估算为系统供电的电力线路的容量以承担已知初始负载和未来负载,或者可以在不造成停机这一严重影响可用性的前提下增加功率容。在估算出未来负载量后,将其加到计算出的基本负载信息上,这样就可以得到以kW表示的电源关键负载量。
 
       1 ) UPS负载
 
       假设需求评估可用性确定所需UPS的容量,那么总负载功率必须考虑UPS系统的效率损耗以及蓄电池充电所需的额外功率。UPS效率随产品型号不同而异,而且受UPS负载的影响很大。实际上UPS的效率约为88%。
 
       蓄电池充电也需要消耗大量电力,但不会连续消耗。在蓄电池已充满电的正常工作作状态下,可忽略蓄电池充电负载。但是,当蓄电池已部分或完全放电后,蓄电池的充电功率可占额定UPS负载的20%。尽管这样的负载极少出现,但在估算备用发电机和线路容量时必须包含该负载。
 
       2 )照明设施负载
 
       照明设施负载包括建筑物的部分照明设施和的全部照明设施,此类型负载可采用经验公式估算,即每平方英尺2W或者每平方米21.5W。
 
       3)制冷负载
 
       有关制冷负载,首先计算要冷却IT设备所产生热量必需的制冷量,然后选择制冷设备可获得制冷负载的功率。

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