往期回顾
第一章讲述了数据中心空调系统节能综合应用的侧重点。
第二章讲述了如何通过气流组织和表冷器选型，选择适当的气流温度来提高供水温度。
第三章讲述了不同气流组织对末端设备功率的影响，如何来优化末端设备的功率。
第四章讲述了如何实施和运营大温差系统（国内的相关资料可以参考《中国数据中心冷却技术年度发展研究报告 2020》P124中的相关数据）。
第五章讲述了如何选择冷水机组，保证冷水机组的高效运行。
第六章讲述了目前自然冷源利用的过度季节使用缺陷及海外项目对应的解决方案。
第七章讲述了如何结合全年气象参数，来综合评价空调的节能性。
第八章讲述了在全年52个周内的不同气象参数下，空调冷源系统该如何进行寻优和调优。
独孤九剑第九剑
数据中心配电系统及PUE能耗计量示意图
本系列最后一章讲述了如何降低配电系统的空调能耗。本文主要相关内容均来自于《ASHRAE数据中心变配电设备的空调设计和实施白皮书》。
数据中心配电系统的能耗主要集中在如下几个方面：
UPS能耗：UPS设备作为IT设备持续供电最核心的设备，其能耗占配电系统能耗比重最高。
变压器能耗：目前变压器节能效率已经非常高了，其配电效率能达到99%的高效。
电池及配电柜能耗：电池浮充过程中，会有一部分热量损失，其能耗损失接近于变压器能耗损失。
配电设备与IT设备相比，对环境要求有如下特点：
发热量小，需要很少的制冷量即可满足要求。
环境耐受度好，可以承受更低和更高环境温度和湿度。
数据中心运营过程中，电力设备和IT设备有如下几点不同：
和IT设备相比，电力设备种类更多，使用寿命更长。
电气设备的布置区域更加广泛，冷热通道、机房走道空间、机电房间等。
和IT设备强制对流换热不同，电气设备中仅仅UPS、变压器、变频器等设备强制换热，其他都是自然对流换热。
ASHRAE TC9.9委员会对数据中心内与IT设备共享相同空间和气流的电力设备(包括线缆、电源线和插座)提出如下建议:
1、电力设备的设计至少应满足IEC61439的温、湿度要求，最好满足ASHRAE A3级40°C(104°F)的温度要求。实际上40°C(104°F)已经是大多数电力设备的工业标准设计点。本建议适用位于数据中心机房、冷通道和机电区域的电力设备。
2、确保电力设备环境规范与IT设备规范相兼容，两类设备共享相同的物理空间和气流。电力设备温度规范通常基于导体温度，而IT设备规范则基于空气温度。“兼容”一词并不意味着这两套环境规范完全相同，只是说明它们足够相似，两种设备可以在同一空间和气流中共存。
3、机架PDU设计的最高允许环境工作温度至少为60°C（140°F）。需要这样设计是为了适应热通道中IT设备排气温度的升高。如果未来IT设备的排气温度继续升高，设计温度可能要高于60°C（140°F）。
4、根据气温变化和过热情况，对配电设备的最大额定功率进行调整。在局部冷却效果不理想的热点区域，可能会出现高于数据中心典型温度的高温空气温度。可能由于多种原因发生热空气逸出，例如暖通空调系统故障导致数据中心中的温度迅速升高，或者空气侧或水侧自然冷却数据中心从室外获取冷却空气，且室外空气温度大幅变化，例如从凉爽的夜间到炎热夏季的下午。
5、在数据机房、冷通道或机电区域放置电源设备，尽可能减少因温度引起的功率衰减。避免将电源设备放置在热通道中。热通道中空气温度不能直接控制，它是IT设备和IT设备上相关工作负荷的副产品。较高的热通道温度需要降低最大功率，而数据机房和冷通道温度通常不需要降低功率。随着时间推移，热通道温度会上升，并且可能会继续上升。确保遵循各个设备制造商关于温度和设备放置的建议。
6、确保分布式UPS装置的电池更换间隔是根据制造商的说明书确定，并且是基于实际电池温度和使用情况，而不仅仅是数据中心的空气温度。UPS设备制造商应提供有关如何根据电池温度和使用情况（例如充放电次数）确定电池更换间隔的说明书。其他因素也会影响电池温度，例如充电和放电速率，相邻IT设备的电池发热，以及数据中心的空气温度。应该确定更换间隔，以便在停电的情况下，UPS单元始终能够在预期时间内提供额定的备用电源。
7、使用超级电容器的功率设备应根据组件制造商的温度和电压降额指南及超级电容器组件本身的温度（而不是环境空气温度）精心设计。电力设备制造商应使用超级电容器供应商提供的降额数据，并确保所使用的降额假设能够支持设备预期寿命以及已发布的温度和湿度操作规范。降额计算应使用超级电容器组件的温度而不是设备箱外部环境温度。大多数超级电容器的最高非工作存储温度为45°C（113°F），有些甚至低至35°C（95°F）。在运输和存储期间（尤其是在夏天），温度条件可能会损害超级电容器的使用寿命。ASHRAE建议在运输和存储过程中安装一个温度/湿度监控，以检测任何可能对超级电容器产生不利影响的情况。在IT空间和机电区域使用基于超级电容器的电源设备应具有温湿度控制，并完全在设备规范限制范围内。
8、设计位于IT设备内部的小型备用电池（BBU）单元，以代替与电源具有相同热条件的电源。BBU的最低设计温度应为50°C（122°F），并且该温度应与BBU所要更换电源单元（PSU）的进气位置相同。电池更换间隔应根据电池供应商提供的数据和电池温度（而不是周围空气的温度）确定。
9、从IT设备到机架PDU的电源线应适当选择，以便在电源线周围环境空气温度范围内为电源线所连接的电力设备提供满载电流。对于位于IT设备机架背面的IT设备电源线和机架PDU电源线，建议将环境温度设定为60°C（140°F）。
10、对于电力设备的设计和安装，需严格遵守接触温度设计标准规定，例如IEC60950-1等。此建议适用于电力设备设计人员和数据中心维护人员。数据中心温度的上升，尤其是IT设备的排气温度，使许多设备表面接近规范限定的接触温度。如果超出了规范限定的接触温度，则在设备构造中可能需要使用其他材料（例如塑料，而不是金属）。
11、作为包含IT设备一列机柜的一部分电源设备（例如，机架式PDU）应与热通道和冷通道气流保持一致。如果电力设备需要冷却气流，则需从冷通道中吸收气流，并以类似于IT设备的方式将空气排放到热通道中。在托管数据中心中，将电源设备与IT设备放在同一列更为常见。由前向后的气流配置对于实施节能策略（如气流遏制）非常重要。
12、确保所安装的电力设备有效避免结露。对于大多数电力设备而言，精确的湿度控制并不重要，但是防结露是至关重要。应该在需要的地方安装简单的加热器，例如面板加热器，以保持导体比周围的空气略热，并防止结露。
13、大多数密封式阀控铅酸蓄电池可能不适用于在数据中心温度超过18~27°（64°F至81°F）范围内的IT设备空间以节约成本。大多数基于铅酸的密封式阀控铅酸蓄电池的寿命在很大程度上取决于温度，并且在远高于理想温度25°C（77°F）下操作这些电池可能不实用或不具成本效益。
14、高架地板上用于密封电源线缆的部件，可以防止冷空气从静压箱逸出，以提高数据中心冷却效率。一种解决方案是使用市面上销售的金属环和毛刷配套工具。因为大多数电力设备都是采用自然对流冷却，对于电力设备通常不需要从高架地板下的静压箱提供冷空气进行冷却。此建议主要适用于位于数据机房内的电源设备。
15、温度监控可以布置在数据中心内的多个位置，包括电源设备和电源线的位置。即使在1米范围内，整个数据中心的空气温度也会有很大差异。温度监控是数据中心操作员可以用来优化冷却的工具，可以实时监测和报告空气温度以防设备发生意外过热和停机。
配电系统的空调设计和实施相关建议：
大多数电力设备的额定功率取决于导体温度，而不是周围空气温度。机架PDU是一个明显的例外，虽然最高空气温度是根据导体的温升计算。如果根据制造商的说明书对载流量进行降额，那么这种灵活的评级系统允许电力设备在很宽的温度范围内使用。当电力设备与IT设备共享相同的空间或气流时，则需要热规范相兼容。兼容性并不一定意味着热规范（电源与IT设备）的规定是相同的。这确实意味着电力设备达到或超过了IT设备的热规范，包括导体温度升高。ASHRAE建议将电力设备设计为至少满足IEC61439的温度和湿度要求，并且最好达到ASHRAE A3级空气温度上限40°C（104°F）。此建议很重要，因为数据中心为节省冷却成本，IT设备工作环境条件变化较缓。现在，许多数据中心的运行温度略高于空气温度，有些甚至利用外界空气来节约成本。本书已针对主要类型的电力设备提出了一系列建议，以改善其与IT设备的热兼容性和可靠性。
下表为总结目前国内相关配电系统的能耗指标，供大家参考：
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