数据中心通信机房为什么耗电那么多？（内附计算方法）

数据中心通信机房为什么耗电那么多？（内附计算方法）

 

数据中心是个非常耗电的庞大的家伙,据《中国数据中心能耗现状白皮书》显示，2015年数据中心的电耗达1000亿度，年耗电量超过全社会用电量的1.5%

 

 

 

一、数据中心能耗结构

数据中心一般由所在地电网或专用的发电设施提供电力供应，经过变、配电等环节处理后，为数据中心的用电设备提供电源。目前，数据中心耗电量占全球耗电总量的1%。2011年，美国数据中心的耗电量已达1000亿度，占全美总耗电量的2.5%，中国也达到了2.4%。资源环境问题已成为数据中心发展的瓶颈。

 

数据中心的能耗由以下几部分组成。

（1）IT设备。

（2）制冷系统设备。

（3）供配电系统设备。

（4）其他设备。

典型数据中心能耗构成如图所示。其中，数据中心能耗比重最大的部分为IT设备，其次为制冷系统设备、供配电系统设备及其他消耗电能的数据中心设施。

 

1. IT设备

IT设备包括数据中心的计算、存储、网络等不同类型的设备，用于承载在数据中心中运行的应用系统，并为用户提供信息处理和存储、通信等服务，同时支撑数据中心的监控管理和运行维护。

IT设备的具体类型如下。

（1）服务器类：如机架式、刀片式（含机框）或塔式等不同形式服务器。

（2）存储类：包括磁盘阵列、SAN交换机等存储设备及磁带库、虚拟带库等备份设备。

（3）网络类：包括交换机、路由器，以及防火墙、VPN、负载均衡等各类专用网络设备。

（4）IT支撑类：主要包括用于运行维护的KVM、监控管理等附属设备。

2. 制冷设备

数据中心制冷设备是为保证IT设备运行所需温、湿度环境而建立的配套设施，主要包括以下类型。

（1）机房内所使用的空调设备，包括机房专用空调、行间精密空调、湿度调节设备等。

（2）提供冷源的设备，包括风冷室外机、冷水机组、冷却塔、水泵、水处理等。

（3）如果使用新风系统，还包括送风风扇、回风风扇、风阀等。

3. 供配电系统

数据中心供配电系统用于提供满足设备使用的电压和电流，并保证供电的安全性和可靠性。供配电系统通常由变压器、配电柜、发电机、UPS、HVDC、电池、机柜配电单元等设备组成。

4. 其他设施

数据中心其他消耗电能的基础设施，包括照明设备、安防设备、灭火、防水、传感器及相关数据中心建筑的管理系统等。

 

 

二、机房工作站、存储等占地面积计算

机房面积计算公式：

A(主机房面积) = F单台占用面积3.5～5.5㎡ /台(取中间值4.5) * N机柜总台数 

例子：主机房面积=4.5(㎡/台) * 30台 =135㎡

 

三、UPS选型指标

(1)  机房内设备的用电量。

例子：机房计划安装30台机柜，每个机柜按照3KW功耗计算，机房内机柜设备的耗电将在3KW * 30台=90KW。

(2)  机房内其它设备(消防、监控、应急照明) 监控、应急照明和消防设备耗电大约在8000W左右（举例估计值）。 

不间断电源系统的基本容量可按下式计算： 

E≥1.2P

式中

  E——不间断电源系统的基本容量(不包含冗余不间断电源设备) 

  P——电子信息设备的计算负荷[(KW/KVA)]

P=1)+2)=90KW+8KW=98KW

E≥1.2P

E≥1.2*98 KW

E≥110.4KVA

考虑UPS运行在60%和70%之间是最佳状态，建议在上面的计算结果除以0.7进行再一次放大。

110.4KVA/0.6≈184KVA。根据机型手册选择靠近功率的机型，因此选择200KVA的UPS。为了电源端的安全可靠性，建议采用UPS机器配置1+1冗余方案，因此需要两台200KVA的UPS。

所以在选型上：选择两台200KVA UPS做1+1并机。

以上例子的数据仅供参考，也可以网络上搜索软件“动力助手”来计算，它是一款小巧实用的专业化电气元件选型工具，动力助手v2.0功能强大，可以轻松进行电气相关选型计算，提供了UPS相关计算、UPS额定电流计算、空调相关计算功能。

实际值以设备厂家给出的方案、技术建议为准。

 

四、空调选型指标

方法1、经验采用“功率及面积法”计算机房冷负荷。 

Qt=Q1+Q2

其中，Qt总制冷量(KW)

Q1室内设备负荷=UPS功耗×0.8

Q2环境冷负荷=0.12～0.18KW/㎡ ×机房面积

因此，得出机房的制冷量为：

Q1室内设备负荷=200KVA*0.8=160KW

Q2环境冷负荷=0.15KW/㎡ *251 ㎡=37.5KW

Qt=Q1+Q2=160KW+37.5KW=197.5KW

所以：机房内所需制冷量197.5KW，建议在制冷量上做40%冗余。采用320KW的制冷空调(制冷功率80KW空调4台)

 

方法2

计算表格参考如下：

机房面积			63	M2
IT 设备负载			110	kW
人数			2	个
	机房内部负载	热量形式	来源	系数		数量		结果	单位
1	IT负载-机柜1列	显热	100% IT负载	80%	X	0.6	=	0.48	kW
	IT负载-机柜2列	显热	100% IT负载	80%	X	20	=	16	kW
	IT负载-机柜3列	显热	100% IT负载	80%	X	30	=	24	kW
	IT负载-机柜4列	显热	100% IT负载	80%	X	60	=	48	kW
2	UPS/PDU 负载	显热	IT负载的7%	0.07	X	110	=	7.7	kW
3	照明负载	显热	27 W/M2 面积	0.027	X	63	=	1.701	kW
4	人体散热	显热	70 W / 人	0.07	X	2	=	0.14	kW
5	人体散热	潜热	60 W / 人	0.06	X	2	=	0.12	kW
	外部负载 负载	热量方式	来源
6	墙壁，维护，窗体换热等	显热	30 W/M2 地板面积	0.03	X	63	=	1.89	kW
7		潜热	20 W/M2 地板面积	0.02	X	63	=	1.26	kW
	合计		总制冷量				=	101.29	kW

 

 

 

五、机房总用电量

实际总用电量 = UPS用电功率+空调用电功率+照明+其它

UPS设备耗电：200KVA=200KW

精密空调耗电：制冷量/2.5=320KW/2.5=128KW

照明：P(每平米的照明功率)* S(机房面积)

20W*251平米=5KW 其他设备：10KW

实际总用电量=(200KW) +(128KW)+5KW+10KW =343KW

机房建设时要考虑余量一般为25%，实际配电总功率450KW

 

 

六、机房整体面积（举个例子）

(1)  机房工作站、存储等占地面积135.5㎡

(2)  UPS、配电及电池占地面积

UPS系统延时单台30分钟需选用12V-200AH电池32节，两台需要64节。

以上合计28㎡此数据为设备实际占地，无维修空间，维修空间的面积为设备实际占地面积的2-3倍倍。所以UPS、配电及电池占地面积约70㎡。

(3)  空调占地面积 空调选用4台空调，单台空调占地面积为2.1㎡，空调为全正面维护，实际占地为空调本身的一倍就可以约为4㎡。4台空调共16㎡。

(4)  机房总面积 机房工作站、存储等占地面积135㎡+UPS、配电及电池占地面积70㎡+空调占地面积16㎡=221㎡

消防占地面积为机房面积：30㎡

机房总面积约为：251㎡

 

七、如何做好机房用电量检测
要做到用电的节能首先要做好机房用电的检测，精确掌握机房用电是节能省电的第一步。大多数的移动基站均采用无人值守，但这些通信网络机房里的各种电子设备，是需要在一定的温度环境下(机房环境国家标准GB50174-93规定长年机房温度为18℃～27℃)，才能长期正常地运行，为了达到机房标准的环境温度，每个通信网络机房均配备了两台左右的空调，而这些空调长年处于开机状态，那么对机房的用电量就是很大的一块消耗。

想要精确统计机房设备用电，可以借助电力测量设备或管理软体，就像是使用电力计量器、UPS或PDU，针对单台设备，我们可以自行连接三相电表，并且由P=I×V公式来推估耗电功率，不过这样只能测得瞬间的功耗，一旦设备的耗电量非固定值，就无法统计、分析或换算成用电度(千瓦×小时)，而且操作和连接方式也较复杂。

 

 

要注意的是，与设备耗电功率有关的数字有有效功率(瓦特，)和总消耗功率(伏特安培，)，通常我们指的耗电量，或是台电计算电费时用的指标，都是使用有效功率，而变电站统计的用电度数(千瓦小时，)，也是利用有效功率计算出来的，因此可以直接换算成电费。不过根据这款设备说明书中提供的数据，用电度数的统计结果，与实际电费的误差约在0.5%到2%之间，然而，这样的检测方式只适用於一台台设备去检测，也无法搭配集中管理软体来分析、统计，因此如果想要同时得知多台机器的耗电，还是必须透过专门的电源管理设备来统计，像是不断电系统(UPS)或PDU电力分配器。

 

小结：

利用设备能全面掌握机房设备用电情形，管理也容易，但需付出的一次性成本偏高，设备通常都在数十万元以上，较适合大型机房或设备较多的环境，而针对单一产品设计的电力测量计（例如带有功率监测的PDU），售价仅数千元，如果需要监控的设备较少，则可以使用这种类型的产品，再用人工的方式记录数值。