数据中心机房规划与建设关键技术入门学习材料

1目录数据中心发展回顾基础建筑电源系统制冷系统数据中心服务器网络系统其它系统数据中心节能设计12数据中心历史（1/2）2••••数据中心的根源来自早期计算机领域巨大的计算机房早期计算机系统体积非常大，本身占用很大的空间，运行和维护也都很复杂，需要在一个特殊的环境中运行，因此需要许多电缆连接所有的组件，如标准机架安装设备，高架地板和电缆盘。过去的计算机也需要大量的电力，会产生大量的热量，通过专用的计算机房和冷却系统可以对散热效果进行较好的控制。安全也很重要——那时计算机是很贵的，主要用于军事目的或重要的经济科研领域，因此对计算机的访问受到了严格的控制，美国为防止早期从美国进口的计算机被用于军事用途，往往派美国人来管控计算机房，外人上机还需要得到批准才行。因此，专用的计算机房是必须的，这就是数据中心早期机房的雏形。•••微机时代出现设计的“数据中心”到了上世纪80年代，微机市场一片繁荣，大量计算机被部署到世界各个角落，但很多时候很少有人关心过对这些计算机的运维要求。随着IT运维变得越来越复杂，数据丢失现象越来越普遍，所有公司开始意识到需要控制IT资源。随着90年代客户端/服务器计算模式的普及，微机（服务器）开始在过去的机房中寻找它们的位置，使用廉价的网络设备，加上标准的网络布线，人们开始采用分层设计，将服务器单独放在公司的一间特殊的房间中，于是就使用“数据中心”一词表示特殊设计过的机房，大约就是这个时候“数据中心”这个词开始流行开来。3数据中心历史（2/2）3互联网泡沫时期出现IDC公司在互联网泡沫期间，数据中心得到了蓬勃发展，公司需要在互联网上建立可以不间断访问的网站，而这要求具有快速和可靠的互联网连接。于是出现了许多互联网数据中心（IDC）公司，这种IDC的建设是非常昂贵的——物理房屋、设备、训练有素的管理人员使得这些大型的数据中心成本非常高。IDC采用了大量的新技术和手段为运维提供了可伸缩的能力，这些做法最后成功迁移到企业的私有数据中心里。数据中心逐步成熟截至2007年，数据中心的设计、建造和运维已经形成了非常规范的规程，如电信行业协会（TIA）等专业机构推出了被行业认可的设计标准。同时，数据中心的一些运行指标也被开发出来，用于评估中断对业务的影响。目前，仍然有大量的操作规程正在开发，而且绿色、节能、环保的数据中心也开始受到大家的广泛关注。。4机房IT设备的发展决定了数据中心的设计需求（1/2）4国内机房的发展历程：1960~1990

大型机、小型机时代1990~2000

服务器时代2000~2010

机架化时代2010~

未来一代5机房IT设备的发展决定了数据中心的设计需求（1/2）大型主机时代科学计算为主为某台计算机（大、中、小型机）建设无统一建设标准或规范供电由稳压器到UPS引进制冷由普通空调到精密空调洁净度控制由防尘到新风除尘系统稳定工作时间，几个小时到几周服务器时代IT技术应用普及服务器-客户端的网络模式网络通讯设备、数据存储设备的使用国家标准的制订供电系统的完善空调系统的完善防雷标准的完善综合监控系统的出现专门机房装修设计的出现IT稳定工作时间为几个月周服务器时代IT设备的进一步小型化所有IT设备上架业务对IT系统依赖性急增可靠性可用性（连续性）可扩展性可管理性可维护性部门内的标准化系统稳定几个月或连续稳定56数据中心总体构架物理层（电力、空调、综合布线等）网络层（路由器、交换机、防火墙等）资源层（计算、存储、带宽等）资源管理网络管理业务管理运营管理6数据中心涉及范围很广，包含土建、电气、消防、网络、运营等系统，从IDC的逻辑功能上来划分，IDC可分为物理层、网络层、资源层、业务层、运维管理层

5大逻辑功能模块。业务层（主机托管、数据备份等）运营管理层7数据中心等级与分类7按服务对象分类企业数据中心企业数据中心指由企业或机构构建并所有，服务于企业或机构自身业务的数据中心，它为企业、客户及合作伙伴提供数据处理、数据访问等信息服务。互联网数据中心。互联网数据中心由服务提供商所有，通过互联网向客户提供有偿信息服务。相对于企业数据中心来讲，互联网数据中心的服务对象更广，规模更大，设备与管理更为专业。按数据中心服务级别分类单级数据中心单级数据中心即指企业或机构以大集中方式进行数据中心建设，整个企业或机构只设立一个数据中心。多级数据中心企业或机构以多层次、分布式建设的数据中心是多级数据中心，总部级成为一级数据中心，直接下级单位为二级数据中心，再下级单位为三级数据中心，以此类推。目前，企业(机构)数据中心部署以单级和两级数据中心为主。8数据中心等级与分类8按安全等级分类GB50174-2008《电子信息系统机房设计规范》GB

50174-2008《电子信息系统机房设计规范》将机房划分为A、B、C三个等级，三个等级从高到低的排列顺序为A、B、CGB50462-2008《电子信息系统机房施工及验收规范》《电子信息系统机房环境检测标准》正在编制过程中09DX009国家标准设计图集《电子信息系统机房工程设计与安装》TIA-942《数据中心电信基础设施标准》由美国电信产业协会和TIA技术工程委员会(TR42)编写、美国国家标准学会(ANSI)2005年批准颁布的《数据中心电信基础设施标准》(即TIA-942标准)根据数据中心基础设施的实用性和安全性的不同要求把数据中心分为Tier1、Tier2，Tier3，Tier4四个等级。9数据中心等级与分类910几个重要行业组织TIA：电信工业协会（Telecommunications

IndustryAssociation，TIA）是全球通讯与信息技术工业中重要的同业协会。TIA是一个全方位的服务性国家贸易组织，有一个分支机构——多媒体通信协会（MMTA）。TIA也是经过ANSI认可的指定标准的组织，但其属于行会性质，除了标准工作外，其职责还包括为保护和促进会员厂家利益而影响政策、促进市场和组织交流。ASHRAE：American

Society

of

Heating,

Refrigerating

and

Air-Conditioning

Engineers,

Inc.，美国采暖、制冷与空调工程师学会。国际性组织。该学会唯一目的是造福社会公众，通过开展科学研究，提供标准、准则、继续教育和出版物，促进加热、通风、空调和制冷方面的科学技术的发展。GreenGrid：绿色格子联盟成立于2006年，是一个致力于节能、能效事业的非营利性组织，致力于在规划并推广数据中心在营运、建构以及设计等领域的最佳策略的同时，还能够有效降低数据中心与IT设施的耗电量。其成员包括AMD、APC、戴尔、惠普、IBM、英特尔、微软、Sun、VMware等IT巨头。Uptime

Institute：国际正常运行时间协会是一家主要着重于信息技术产业研究（研究对象主要是“数据中心”datacenter）的会员组织，为企业提供信息环境的能源效率等相关的业务及技术咨询，成员主要为全球200强企业。LEED：Leadership

in

Energy

and

Environmental

Design，是一个评价绿色建筑的工具。宗旨是：在设计中有效地减少环境和住户的负面影响。目的是：规范一个完整、准确的绿色建筑概念，防止建筑的滥绿色化。LEED由美国绿色建筑协会建立并于2003年开始推行，在美国部分州和一些国家已被列为法定强制标准。10本材料仅供学习交流使用，丌得用于仸何商业用途11数据中心业务等级11各等级的划分条件和特点（参考）五星级IDC代表最高服务水平，通过严格的专业标准认证，提供全业务服务，价格及 服务体系在国内处于领先水平。可作为对数据安全有严格要求的政府部门、金融企 业、外资企业等重点客户的数据（灾备）中心。四星级IDC主要面向政府机关、大型企业、知名ISP/ICP，提供高质量的服务和优先 保证的资源，价格高于市场平均水平。三星级IDC主要面向中小型企业、ISP/ICP，提供较好的产品服务，价格处于市场平 均水平。二星级IDC提供基础业务和一般性服务，能够满足客户的一般业务需求，价格可略低 于市场平均水平。一星级IDC主要面向零散客户，价格较低。其中，承载全国重点客户的五星级、四星级IDC原则上应位于运营商骨干网或骨干网省内汇聚节点所在城市。不同等级的IDC对应相应地区的资费档次标准。12数据中心业务发展阶段，尤其是云计算技术引入后，数据中心突破了原有的场地出租、线路带宽共享、主机营降低能耗。云计算数据中心概念被提出，由此我们认为，云计算数据中心本质上还是在数据中心的物理基础设施上，采用虚拟化等云计算技术，提供传统的数据中心业务和各种新型网络应用服务。数据中心（DataCenter）的发展可以粗略划分为三个阶段。每一阶段服务形态有所不同，但都体现基础设施的特性。第一阶段主要是场地、电源、网络线路、通信设备等基础电信资源和设施的托管和线路维护服务，多由电信企业提供，客户包括行业、大型企业等。这个阶段被广泛称为外包业务。第二阶段是90年代中互联网的高速发展带动了网站数量的激增之后，各种互联网设备如服务器、主机、出口带宽等设备和资源的集中放置和维护需求提高，主机托管、网站托管是主要业务类型，这个阶段互联网数当据前中数心据（中I心DC处）于被从广第泛二认阶可段，向ID第C企三业围绕主机托管服务也提供包括数据存储管理、安阶全段管的理转、型网期络，互传连统、电出信口企带业宽和的ID网C

络选择等服务，IDC成为企业IT基础设施的核心。企业基于数据中心进行升级。多家领第三阶段的数据中心概念被扩展，大型化、先虚互拟联化网、企综业合则化采数用据新中技心术服建务设是大主规要特征模的新型数据中心。托管维护、应用托管等服务，更注重数据的存储和计算能力的虚拟化、设备维护管理的综合化。新型数据中心采用高性能基础架构,实现资源按需提供服务，并通过规模运121313全球IDC市场稳步增长2010-2011年，全球IDC市场保持稳步增长，Gartner预计市场规模会从2010年的

20亿美元提高到2015年的44.6亿美元，年复合增长率为14.3%。另据中国IDC圈估计，2010年全球IDC整体市场规模超过160亿美元，较2009年增速为18%，亚太地区是增长的主要贡献者。主机托管等基础IDC业务产品还是主要业务，但网页加速、网站安全管理等新型业务收入比例在扩大。20018016014012010080604020050%45%40%35%30%25%20%15%10%5%0%2005年 2006年 2007年 2008年 2009年 2010年

(E)全球（亿美元）

增速20本0材5-料2仅0供1学0年习交全流球使用I，DC丌市得用场于规仸何模商业用途14全球数据中心规模情况据Gartner统计，截止2010年底，全球的数据中心总量为339万个，这个数字包括了为第三方服务的IDC数据中心、行业和企业自建的数据中心，还包括大量企业自用的机房，其中美国和西欧的数量分别达到了96和68万，占全球总量接近一半。中国约有45.6万个，占全球总量8%。但从数字结构看，中国和发达国家，尤其是美国和日本有较大的差距。在中国，超过500个机架的大型数据中心有47个，占中国数据中心总量的万分之一，占全球大型数据中心的4%。低于日本的85个（占日本总量的万分之2.7），更远低于美国的571个，美国大型数据中心占全球大型数据中心总量的50%。从服务器数量看，2010年全球数据中心的x86服务器总量达到了3900万台，其中美国占了1560万台，日本有276万，中国约为316万台。美、日、中三个地区的服务器数量：数据中心的比值分别为：16、8.7和6.9。1415中国数据中心建设与发展情况IDC的统计数据显示，目前国内大概有55万个数据中心。其中低于500平米的中小型数据中心占据了超过80%。面积超过2000平米的大中型数据中心数量占比不足5%。工信部电信研究院数据显示，当前我国各类数据中心总量约43万个，可容纳服务器共约500万台。其中经营性数据中心机房921个，面积约88万平米，机柜数月17.7万个，可容纳服务器约200万台。由于网络用户主要集中在北京、上海、广东等地，最初大型数据中心主要集中在北、上、广、深。由于云计算的推进，二线城市青岛、西安、成都、天津、鄂尔多斯等也开始了新一轮的数据中心建设。截至2012年3月，全国已有13个省市自治区规划了约30个左右的10万台服务器以上规模的大型数据中心建设项目，项目总投资达2700亿元。建成后可容纳服务器数量超过1000万台，5倍于当前的数据中心总容量。1516各国政府对数据中心建设的支持情况16美国2011年初发布《联邦云计算策略》白皮书,包括云计算定义、云计算转移IT基本构架、云计算改变公共信息部门等方面内容。在这个策略发布后，美国政府主导下主要有几个动作。一是引导关闭部分低效率的政府数据中心，以提升美国政府IT基础设施的效率，并减少开支。二是鼓励建设新型的政府数据中心。三是资金的直接支持。欧盟欧洲的IDC起步较早，估计2010年市场规模约为33亿欧元。但由于土地租赁费用等固定成本的昂贵，数据中心进一步扩张的动力不足。欧盟于2010年正式开始启动下一代IDC研究项目框架租，并积极倡导面向未来互联网的IDC研究。1717各国政府对数据中心建设的支持情况亚洲韩国政府于09年12月公布《云计算全面振兴计划》，旨在14年前使韩国成为世界最高水准的云计算强国。一方面在政务办公方面推进云计算升级，另外一方面避免企业为开发环境进行投资造成浪费日本经济产业省于2010年8月发布了《云计算与日本竞争力研究》报告，报告称将从完善基础设施建设、改善制度、鼓励创新这三方面来推进云计算技术的发展。新加坡没有专门针对云计算的计划，但政府也在推进云计算技术的运用。2011年初，新加坡制定了一整套绿色数据中心标准，以帮助数据中心制定必要政策、体系和程序，来提升其能效、降低对环境的影响。中国《国家“十二五”规划纲要》和《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》均把云计算列为重点发展的战略性新兴产业；许多省市开展了以云计算产业园区为主要形式的数据中心的建设。据不完全统计，截至

2011年底全国已有至少13个城市明确提出建设云计算数据中心园区的计划，各地园区规划总面积超过150平方公里，其中哈尔滨“中国云谷”规划到50平方公里，重庆云计算产业基地规划66平方公本里材，料仅鄂供尔学多习交斯流“使草用，原丌硅得谷用于”仸规何划商业面用积途10平方公里。18数据中心建设与发展趋势18数据集中IT成本过高、复杂性过大、资源利用率过低……，IT资源进行整合和集中，集中化的数据更便于备份、冗余和控制。安全与可信初始阶段就应该构建可靠的灾难恢复方案，或建立异地的灾难备份中心，计算与存储虚拟化通过虚拟化进行数据中心资源整合是数据中心的发展趋势，改善IT资源的再利用和提高灵活性绿色低碳在机械、照明、用电和计算机系统等方面的设计为的是最大程度提升能源利用效率和最小程度造成对环境的污染和影响流程自动化实现IT管理流程自动化，是降低数据中心IT操作成本和复杂性快速部署快速部署应用软件，为业务系统提供支持，提升行业/企业的竞争实力19目录数据中心发展回顾基础建筑电源系统制冷系统数据中心服务器网络系统其它系统数据中心节能设计数据中心选址建筑参数要求1920数据中心的业务与规模20数据中心的含义本身是很广义的，从几万几十万平的大型云计算数据中心，到几十平米的企业数据机房，都属于数据中心的范畴。不同规模与业务需求的数据中心对于数据中心的建设要求也会有绝大的差别。对于企业级的小型数据中心，便于维护管理、安全等方面往往是最多考虑的因素。对于大型IDC业务公司建设的数据中心，政策支持情况、环境影响、能源供给、网络接入等方面往往是考虑最多的因素。因此，在考虑数据中心的基础建筑要求之前，应该合理规划数据中心的建设规模。21数据中心选址关键因素21过去单位和企业在数据中心选址时，更多的考虑企业自身一些便利条件，往往忽略了数据中心是一项成本较大、人才密集、技术集中、要求高度可用性的系统工程。从选址的角度，一般认为数据中心的可用性会受到以下7个方面要素的影响：社会经济人文环境的优越性(包括：经济发展水平，人文发展水平)当地的自然地理条件(包括：地震、台风、洪水等自然灾害记录，政治和军事地域安全性)高科技人才资源条件(包括：高校数据、IT人员数量，其他科技教育机构数量)配套设施条件(包括：交通、水电气供应、消防等)成本因素(包括：人力成本、水电气资源成本、土地成本、各种个人消费成本)周边环境(包括：粉尘、油烟、有害气体特，有腐蚀性、易燃、易爆物品的工厂，远离强振源和强噪声源、避开强电磁场干扰)政策环境(包括：土地政策、人才政策、税收政策)22数据中心选址关键因素分析22通过结合德尔菲方法，业内专家对数据中心选址的7大要求按重要性排序为：自然地理条件、配套设施、周边环境、成本因素、政策环境、高科技人才资源环境、社会经济人文环境。按照上述7大要素再去评估传统数据中心选址，会发现以下问题：选择北京、上海会直接导致成本显著提高；选择成都可能会没有认真评估成都地区的地震断裂带的影响；一些小型城市，人力资源可能会成为瓶劲。除这些比较明显的问题，比过这些要素，我们会发现现有数据中心选址中还存在大量的不足和潜在问题。如：自然地理条件较差、数据中心将面临较高的地震等自然灾害风险;配套设施条件不足，将导致水电等关联成本的提升;周边环境的恶化有可能导致高科技设备的可用性降低，以及危及运维人员的安全。选择成本较高的区域，将导致本来就投资大、效益小的数据中心投入产出予盾更为突出。从目前国内大多数数据中心的选扯条件看，上述问题都或多或少存在，这对数据中心而言，蕴藏着巨大的投资风险。23相关规范对数据中心选址的要求23GB

50174

2008《电子信息系统机房设计规范》对选址的要求：•1电力供给应稳定可靠，交通通信应便捷，自然环境应清洁；•2应远离产生粉尘、油烟、有害气体以及生产或贮存具有腐蚀性、易燃、易爆物品的场所；•3远离水灾火灾隐患区域；•4远离强振源和强噪声源；•5避开强电磁场干扰。项目技术要求备注A级B级C级机房位置选择距离停车场的距离不应小于20m不宜小于20m没有要求距离铁路或高速公路的距离不应小于800m不宜小于800m没有要求距离机场、有危险的实验室、化学工厂中的危险区域、掩埋式垃圾处理场河岸、海岸或水坝的距离不应小于400m不应小于400m不宜小于400m不包括各场所自身使用的机房距离军火库不应小于1600m不应小于1600m不宜小于1600m不包括军火库自身使用的机房距离核电站的危险区域不应小于1600m不应小于1600m不宜小于1600m不包括核电站自身使用的机房有可能发生洪水的地区不应设置机房不应设置机房不宜设置机房地震断层附近或有滑坡危险区域不应设置机房不应设置机房不宜设置机房机场航道不应靠近不宜靠近没有要求高犯罪率的地区不应设置机房不应设置机房没有要求24相关规范对数据中心选址的要求24国际ANSI/TIA-942-2005标准中关于数据中心选址的有关参考：1.数据中心不应靠近附近机场的飞行航线2.与铁路及高速公路距离大于800m，以保证降低化学物质溅落危险3.与军事基地距离大于800m，与核设施、国际设施大于1600m序号选址注意事项T3级标准T4级标准1接近洪水危险区域不在百年一遇的水灾危险区域内，或者离🖂十年一遇的水灾危险区域的距离不小于90m离百年一遇的水灾危险区域的距离不小于90m2接近海岸或者内陆水路距离不小于90m距离不小于800m3接近主要交通要道距离不小于90m距离不小于800m4接近机场距离在1.8km～48km之间。距离在1.8km～48km之间。5接近主要大城市不超过48km不超过48km25Google数据中心选址Google芬兰数据中心2亿7千3百万的数据中心，将芬兰的一处老旧的造纸厂改造成了一处巨型的数据处理中心；坐落于哈米纳(Hamina)，开创了互联网公司因所在地属高寒地带而建设数据中心的先河，共斥资

2亿欧元（约2.73亿美元）的资料中心已开始启用。当地气候寒冷与电价低廉，透过当地天然的低温与海水以调降资料中心温度，具有环保与节电的效果，是吸引Google的主要原因。Google数据中心选址标准：大量廉价的电力绿色能源，更注重可再生能源；靠近河流或湖泊（设备冷却需大量水）用地广阔（隐秘、安全）25和其他数据中心的距离税收优惠26Facebook数据中心选址Facebook瑞典数据中心：瑞典的吕勒奥(Lulea)，这是一个只有5万名居民的小城。与其处于同一纬度的城市还有美国阿拉斯加的费尔班克斯市。这里的常年平均气温仅为华氏36度(约2摄氏度)。而在过去的50年里，吕勒奥超过华氏86度(约摄氏30度)的时间总共只有短短的24个小时。充沛的水力发电资源以及为造纸厂供电的完善的电网；政府的大力支持欲吸引更多跨国公司前来。Facebook选址标准Facebook的数据中心目前比Google少，但是其选址同样首先考虑的能源；有效利用自然冷源为设备散热等。2627中国目前数据中心选址热点•••哈尔滨“中国云谷”2010年11月正式启动，总规划面积50平方公里，计划到2015年，建成百万平方米规模的云计算中心集群，培育形成产值1000亿元以上的云计算产业形态。

中国移动哈尔滨数据中心：总投资120亿元以上，占地1000亩，预计提供4万个机架的服务能力，为互联网、物联网、信息化等业务提供云计算支撑平台。

除中国移动全国云计算中心外，国际金融数据中心、互联网数据中心、神码思特奇信息产业园、曙光哈尔滨云计算中心、Intel宇光信息产业园、苏宁物联网基地、省移动信息产业园、光明云媒等云计算项目已签约入驻“中国云谷”•••鄂尔多斯：鄂尔多斯国际绿色IDC基地项目总投资200亿元。根据合作协议，中国电信集团公司内蒙古分公司与中兴能源有限公司就IDC项目一期业务运营开展合作。鄂尔多斯市智慧互联科技有限公司投资建设的鄂尔多斯超级云计算数据中心在迅迈城投公司投资开发的云计算信息产业园区；国内第三方中立数据中心世纪互联，在全国33个城市运营51个数据中心，鄂尔多斯大型云计算数据中心将成世纪互联的第52个数据中心。规划30万平方米，整个项目采用先进的的模块化数据中心技术、大规模Free

Cooling技术，总计发挥得天独厚的地理位置和气候特点、电力和水资源丰富、科技研发人才充裕、人力能源成本鄂尔多斯鲜有洪灾、地震等严重自然灾害。当地电力、风能、太阳能等能源产业丰富。低廉的电价及适宜气候（12个模块化数据中心运营，可支持超过100万台服务器同时工作。本材料仅供学习交流使用，丌得用于仸何商业用途27年均平均温度3.5度）也为数据中心运营提供了成本优势。28《云计算白皮书2012》中的选址建议28对于全国云计算数据中心的建设布局，要统筹兼顾多种因素，既要考虑用户体验和产业支撑要求，也要考虑能源供应和绿色节能要求。对主要用于在线交互和缓存分发的中小型数据中心，一般应根据市场情况，由企业在带宽充裕和用户集中的地区分散建设，布局优化主要靠市场调节。对于大规模云计算数据中心，由于其规模庞大，能源消耗问题非常突出，因此应由国家统筹规划指导，在布局时应重点考虑在气候适宜和能源富集地区建设。气候地理条件：全球最大的12家数据中心中，在北纬35～45度的有6家，所处地区大多平均气温在-5°C～28°C之间。研究显示，一般的数据中心约有30%～40%电能用于设备和机房散热，如果能够利用当地较低的温度实现自然冷却，可以节省大量能源。例如对于同样规模和配置的数据中心，在广州比在哈尔滨全年空调制冷耗电量多

79.3%，总能耗多出24%～32%。能源供应情况：数据中心能源消耗巨大，一个10万台服务器规模的数据中心的功率4.5万KW，年耗电约4亿度。如此巨大的电力需求，对一些能源短缺省市提出了巨大挑战。即便能够通过外地送电得以满足，也要消耗10%的长距离电力配送损耗。因此，考虑到能源供应和减少输电损耗的要求，应尽可能将大型数据中心建设在能源富集地区。29目录数据中心发展回顾基础建筑电源系统制冷系统数据中心服务器网络系统其它系统数据中心节能设计数据中心选址建筑参数要求2930数据中心机房建筑要求30主机房净高应根据机柜高度及通风要求确定，且不宜小于2.6m。主机房宜设置单独出入口，当与其它功能用房共用出入口时，应避免人流、物流的交叉。电子信息系统机房内通道的宽度及门的尺寸应满足设备和材料运输要求，建筑的入口至主机房应设通道，通道净宽不应小于1.5m。面积大于100m2的主机房，安全出口应不少于两个，且应分散布置。主机房内的装修，应选用气密性好、不起尘、易清洁，符合环保要求、在温、湿度变化作用下变形小、具有表面静电耗散性能的材料。不得使用强吸湿性材料及未经表面改性处理的高分子绝缘材料作为面层。门窗、墙壁、顶棚、地（楼）面的构造和施工缝隙，均应采取密闭措施。主机房、UPS室荷载：8-10

kN/m2电池室荷载：16

kN/m231机房面积需求（GB50174-2008）31主机房的使用面积应根据设备的数量、外形尺寸和布置方式确定，并预留今后业务发展需要的使用面积。在设备外形尺寸不完全掌握的情况下，主机房的使用面积可按下列方法确定：当电子信息设备已确定规格时，可按下式计算：

A=K∑SA—电子信息系统主机房使用面积（㎡）;K—系数，取值为5～7;S—电子设备的投影面积（㎡）。当电子信息设备尚未确定规格时，可按下式计算：

A=KNK―单台设备占用面积，可取3.5－5.5(㎡/台）;

N—计算机主机房内所有设备的总台数。辅助区的面积宜为主机房面积的0.2~1倍。用户工作室可按每人3.5－4㎡计算。硬件及软件人员办公室等有人长期工作的房间，可按每人5~7㎡计算。32设备布置需求（GB50174-2008）32当机柜或机架上的设备为前进风/后出风方式冷却时，机柜和机架的布置宜采用面对面和背对背的方式。主机房内和设备间的的距离应符合下列规定：用于搬运设备的通道净宽不应小于1.5m

。面对面布置的机柜或机架正面之间的距离不应小于1.2m；背对背布置的机柜或机架背面之间的距离不应小于lm；当需要在机柜侧面维修测试时，机柜与机柜、机柜与墙之间的距离不应小于1.2m

。成行排列的机柜，其长度超过6m

时，两端应设有出口通道；当两个出口通道之间的距离超过15m

时，在两个出口通道之间还应增加出口通道；出口通道的宽度不应小于lm

，局部可为0.8m33建筑设计中需要关注的主要问题

需考虑可能运输的机柜/设备高度和重量，建议门高>2.6m，载重>2T。33设备区层高数据中心设备区的层高需求主要收机柜高度，走线架规划，是否采用空调风管，是否采用活动地板等因素的影响。在机房功率密度较低时层高问题并不是十分突出，但是随着单机架功耗的不断提升，层高将直接影响通风散热方式的设计。目前一般建议主设备去层高在4.5m以上；电力、制冷区根据实际的建设方案确定，一般要求更高。活动地板的影响活动地板高度要求大于400mm，有些设置达到1m，建议地板区的高度预先设计下沉，避免在机房中修建斜坡通道。电池室的面积电池室的承重要求更高，因此必须预留充足。货梯规格34关于活动地板的两种观点34活动地板是实现数据中心绿色节能的必要手段活动地板形成静压室冷气分配系统活动地板下送风方式可以灵活的调整送风的具体位置，比风管灵活如有水管铺设需求，地板下是想对最好的位置活动地板已不适应新时代数据中心需求地震等重大灾害时，活动地板的破坏性更强现在的布线经常变换调整，不适合铺设在地板下增加了楼层净高需求安全性不好，地板本身质量问题以及可能的藏身问题成本高、难清洁实践中需根据总体设计，尤其是所选择的制冷方式，来决定是否应该采用活动地板。35防静电地板35CapacityPerforatedGrateAireDirectAireCFM

(no

damper)74620962594CFM(w/

damper)*90

–664252

–1865311

–2309TAC50%50%93%CFM

to

Rack45

–332126

–933292

–2167Kw

/

Rack0–31

–72

–17*

Damper

Closed

-Open36防静电地板3637小结数据中心选址，由于基础设施的集中化、大型化趋势，数据中心的选址考虑时，对于能源、气候条件等方面的考虑权重越来越大；同时政府的政策影响也不看忽视；基础设施的具体规划建设方面，机房建筑的净层高、空调送风方式、电池室面积等是很重要的因素；其它方面在标准要求的基础上，可根据具体需求进行规划。3738目录数据中心发展回顾基础建筑电源系统制冷系统数据中心服务器网络系统其它系统数据中心节能设计电源容量规划设计总体配电方案传统交流UPS模块化UPS

飞轮UPS高压直流油机电力布线防雷与接地3839电力需求如何提出？数据中心的电是如何消耗的？在总的电力消耗中，IT设备用电以及制冷散热用电是居于绝对主导；

其它如照明、监控等用电站总体的比例一般不超过2%。本材料仅供学习交流使用，丌得用于仸何商业用途3940IT设备的耗电需求估算（1/2）40对于数据中心建成后，所需安装的设备比较明确的情况，可以根据具体设备的功耗情况，进行IT设备总体功耗需求的测算。比如Facebook的数据中心，数据中心内需要安装的服务器基本上都是定制的，每台服务器哦的平均功耗约300W，每个机架可安装30台服务器，假定一个新的数据中心的设计规模为5000个机柜容量，则服务器部分的总功耗为

300*30*5000=45000KW；除了服务器之外，其它的设备，如组网设备、存储等，在有明确的规划的前提下，同样可根据具体的设备参数以及数量，经过计算得出其功耗。各类设备总的功耗之和及为主设备功耗。41IT设备的耗电需求测算方法（2/2）41

日本407～525w/m2[350～450k本c材al料/h仅²供m学2]习交流使用，丌得用于仸何商业用途很多时候在数据中心规划建设初期，并不能准确知道后续里面会安装什么类型的设备，数量是多少，甚至具体多少个机柜都没有提出，在这种情况下一般根据总建筑面积-〉机柜数量-〉机柜功率密度估算-〉设备功耗的方法进行测算。例如一个新建的数据中心，规划的设备区建筑面积为1万平米；平均每机柜占用约4平米，如果按4平米计算，则总共可安装10000/4=2500个标准机柜；2500个机柜按高中低功率密度分别为8KW、5KW、3KW，数量比例为20%、30%、50%，则设备功耗需求为2500*20%*8+2500*30%*5+2500*50%*3=11500KW；实际上在以前的机房设备功耗估算中，即直接按每建筑平米功率密度*建筑平米数，如功率密度根据具体项目情况，一般在300W~1000W之间，比如对于1万平米数据中心，若规划功率密度为100W/m2，功耗需求为10000*100=10000KW。以前的功率密度参考值中国机房在单层建筑内

290～350w/m2

[250～300kcal/h²m2]机房在多层建筑内

175～290w/m2

[150～250kcal/h²m2]前苏联450～565w/m2

[390～485kcal/h²m2]美国350～405w/m2

[300～350kcal/h²m2]42本材料仅供学习交流使用，丌得用于仸何商业用途42空调能耗估算空调能效比概念能效比是在额定工况和规定条件下，空调进行制冷运行时实际制冷量与实际输入功率之比。这是一个综合性指标，反映了单位输入功率在空调运行过程中转换成的制冷量。空调能效比越大，在制冷量相等时节省的电能就越多。(1)EER是空调器的制冷性能系数，也称能效比，表示空调器的单位功率制冷量。(2)COP是空调器的制热性能系数，表示空调器的单位功率制热量。(3)数学表达式为：EER=制冷量/制冷消耗功率COP=制热量/制热消耗功率(4)EER和COP越高，空调器能耗越小，性能比越高。我国空调能效等级划定2.6～2.8五级2.8～3.0四级3.0～3.2三级3.2～3.4二级3.4及以上一级欧洲的能效标准，空调能效水平分为A、B、C、D、E、F、G共7个级别。其中A级最高，能效比为3.2以上；D级居中，介于2.8～2.6之间；E级以下属于低能效空调。目前我国绝大多数空调处于欧洲E级水平。而在日本国内的空调器的能效比现在一般都在4.0～5.0左右。而能效比低于2.8,不准在美国市场销售。43机房专用空调能效比43机房空调，顾名思义其是一种专供机房使用的高精度空调，因其不但可以控制机房温度，也可以同时控制湿度，因此也叫恒温恒湿空调机房专用空调机，另因其对温度、湿度控制的精度很高，亦称机房精密空调。风冷型机房精密空调水冷型机房专用空调机房精密空调的特点包括：高显热比、高能效比、高可靠性、高精度等。项目机房空调舒适性空调服务对象计算机人恒温恒湿有无显热比0.9-1.00.6-0.7能效比>3.0>2.6空气过滤中高效低效换气次数30次/h5-15次/h风速高低运行费用低高自动监控有无自动管理有无使用寿命10年以上3-5年44空调的功耗估算44IT设备是数据中心的主要热源，而且IT设备的耗能几乎接近100%转换为热能。其它的环境热源、灯光照明、人的活动等也是热源，但是与IT设备相比占比很小，在粗略的估算中可忽略或按很小比例估算。按之前的IT设备功耗估算，假定最后计算的结果是IT设备功耗为10000KW，空调的能效比按3.0，则空调的功耗需求至少为10000KW/3.0=3333KW。在实际项目中为了保险起见，空调的容量设计一般会考虑一定的冗余系数。45其它配套能耗估算45办公区：按目前的用电习惯，办公区用电需求的可按100W/m2估算；环境监控、门禁系统：与IT设备功耗相比，占比很小，估算时可忽略；其它：如餐厅可按70W/m2、厨房设备等可按用电可以取300W/M2；以上只是部分常规通用的估算方法，在有明确的特殊需求时，则需按特定的需求进行功耗需求计算。比如特定的大功率设备，特定的空调，指定的照明系统，或者特殊的办公区要求等等。46目录数据中心发展回顾基础建筑电源系统制冷系统数据中心服务器网络系统其它系统数据中心节能设计电源容量规划设计总体配电方案传统交流UPS模块化UPS

飞轮UPS高压直流油机电力布线防雷与接地4647数据中心配电系统总览市电油机转换屏低压配电屏高压市电－－不间断－－可短时间中断－－允许中断变压器备用发电机组移动电站监控接地交流配电屏交流配电屏交流配屏其他直流供电系统蓄电池蓄电池整流器直流配电屏通信设备通信设备通信设备保证建筑负荷一般建筑负荷UPS通信用空调整流器直流配电屏AC

380

V(b)AC

380

V(b)电AC

380

V(b)AC

220

/380

V

(b)通信用空调AC

220

/380

(b)AC

220

/380

V(c)AC

220

/380

V(b)蓄电池AC

220

/380

V(a)DC

-48

V(a)DC

-48

V(a)低压配电屏4748市电分类48市电类别月停电次数每次故障时间供电回路数1≤1≤0.5h独立可靠两路2≤3.5≤6h可靠一路3≤4.5≤8h一路4经常昼夜停电、供电无保证一路49数据中心发展回基础建筑电源系统制冷系统数据中心服顾务器网络系统其它系统数据中心节能设计目录电源容量规划设计总体配电方案传统交流UPS模块化UPS飞轮UPS

高压直流油机电力布线防雷与接地UPS基础概念

UPS分类UPS关键器件

UPS工作模式

UPS设计蓄电池4950UPS概念50定义：UPS是英文UninterruptablePowerSupply的缩写，中文译为“ 不间断电源”，它是能够实现两路电源之间不间断地相互切换的电气装 置。它的功能是保证向负载提供持续不间断高质量的交流电源。原理：AC-DC-AC，输出的交流电更干净；作用：无间断切换、电压变换(稳压)、频率变换(稳频/滤波)、提供一定 后备时间；按工作方式分：在线式和后备式；并机方式一般为双机冗余功率均分热备份；51电网中存在的干扰分析51噪声(Noise)：在正弦电压波形上叠加的一些尖脉冲（毛刺）；电压变化(Voltage

Variation)：正弦电压的幅值过高、过低或波动；频率变化(Frequency

Variation)：正弦波的频率不是标准50Hz，过高、过低或波动；瞬间间断(Micro-break)：正弦波的短暂不连续，一般指小于300毫秒的间断；停电(Outage)：正弦波的长时间不连续,一般指大于300毫秒的间断；谐波(Harmonics)：在50Hz电网的标准频率上叠加了50Hz整数倍或非整数倍的 成分，使正弦波形严重失真。52我国电网和发达国家电网比较52配电网运行、管理国内现状国际先进水平供电可靠度用户平均年停电时间99.96%9.77h东京20min，法国94min，美国58min纽约10min，荷兰10min，香港、新加坡20min配电线路架空线为主，少量电缆，存在大量的低压配电线路城市主要用电缆，低压线路短，或局限于建筑物内网络结构简单辐射式，少数双回路，缺少规划主干线，自动化环网结构，网络式结构配电设备少油，真空，少量SF6定期维护、检测“无油化”，全部为真空或SF6免维护，极少检修自动化程度手动、自动兼有，手动操作为主自动、远动，可实现自动故障识别，隔离，网络重构故障停电时间几个小时<1min线路损耗8.60%5％～6％53对UPS的基本要求（1/2）53UPS的容量、规格:输出容量宜按实际负荷的1.3～1.5倍配置；规格包括电压、频率、配电需求（单进单出、三进单出、三进三出）；UPS对电网的适应能力：主要指输入电压幅值的变化范围，一般在15％之内，但超过10％时不能转旁路，如遇到电压变化较大的区域，可在前端加一级同容量的稳压器；输入电压频率变化范围和UPS的频率跟踪及同步锁相能力，不仅在电网输入 也在柴油机输入、及前端有频率特性不稳定的稳压设备时发挥作用；不对电网产生污染；UPS的输出性能指标能满足负载的基本要求：应注意不是超出需要的最高要 求。54对UPS的基本要求（2/2）

UPS的智能管理和通信能力本材料仅供学习交流使用，丌得用于仸何商业用途54UPS的输出能力和可靠性指标：输出功率因素输出电流的峰值系数过载能力MTBF工作效率及各种保护功能UPS的系统配置能力冗余并机能力可扩充能力长延时后备供电能力UPS对机房物理环境的适应能力温度湿度海拔高度55UPS的性能指标—输入特性输入特性（表示UPS对输入电网的具体要求），主要有：输入电压：输入电压指标表示UPS正常运行时所要求的电网电压范围，该指标实际上可分为保证UPS发挥其最大的效能，UPS输入电压应在额定电压的±10%内。有些产品仅标输入电压达±20%以上，实际上只是一个不确切的数值。输入频率：输入频率指标表示UPS正常运行时所要求的电网频率范围，该指标实际上同上述输入电压一样，同样存在着旁路切换所要求的频率范围，超过该范围，将禁止旁路切换。因而一般UPS均给出适合旁路切换要求的频率范围(一般为±5%左右)。输入功率因数和输入电流谐波含量：大的谐波含量和低的功率因数将产生大的无功功率，严重的还会影响其它用电设备的正常运行，因而欧洲已于九十年代初，制定了有关电气设备输入因数和谐波含量的标准，标准要求功率因数在0.95以上才能使用。输入保护：输入电源发生故障或输入电压、频率超过规定范围，能立即转为蓄电池供电，转换时间是：后备式UPS一般必须小于4ms，在线式UPS，在同步情况下不应该出现间断。5556UPS的性能指标—输出特性（1/2）56输出电压：UPS输出电压通常有两个指标，一个表示UPS输出电压的稳定度，一般其变化范围为220V的±1％～±5％；另外一个表示UPS输出电压的瞬变特性，即负载从0到100％（或100％到0）阶跃变化时输出电压的变化量以及恢复正常电压所需的时间。输出容量：UPS的输出容量指其输出电压有效值U与输出电流有效值I的乘积，称为视在功率S，即S=UI。输出频率：UPS的输出频率表示当市电中断时，逆变器由蓄电池提供直流电能工作时的输出频率，一般后备式UPS的输出频率为50Hz±5％，在线式UPS的输出频率为50Hz±0.5％输出波形与波形失真度：UPS的输出波形一般有准方波和正弦波两种，后备式UPS的输出波形多为准方波，在线式UPS的输出一般为正弦波。失真度表示当负载为线性负载时，输出波形中谐波含量与正弦波含量之比，由于准方波的谐波含量很大，一般不给出失真度指标，而正弦波输出的UPS其失真度为3％左右。额定负载功率因数：功率因数cosφ为UPS输出的有功功率P与其标称功率即视在功率S之比，表示为cosφ=P/S，cosφ一般为0.8或0.85，以0.8最为普遍。在功率因数为0.8时，电压与电流之间的夹角为φ=cos－10.8≈36.9°，这时有无功电流在线路中来回流动，这时无功功率Q=UIsinφ。57UPS的性能指标—输出特性（2/2）57额定输出功率：UPS输出功率通常以VA数表示，是输出电压和额定输出电流的乘积，称为视在功率，包含两个部分：在功功率和无功功率。一般在选择UPS的输出功率时，要留一定的余量，不要使UPS满负荷运行。过载能力：指逆变器承受输出过流的能力，通常有过载125%时的能承受过载的时间和过载150%左右时的能承受过载的时间。整机效率：UPS的输出功率（含蓄电池充电功率）与输入功率的比值称为整机效率，效率是UPS的一个关键指标，尤其是大功率电源设备。若UPS的效率为86％，这意味着14％的功率转变成热能，提高了机房的环境温度，而且为了将这些持续不断的热量排出去以保持温度不过限，必须购置足够的空调设备，这就加大了设备的投资和耗能费用。后备时间：后备时间表示交流市电断电后UPS还能继续工作多长时间，是UPS的关键指标，一般中小型UPS满载时后备时间为10～15min，半载时后备时间为30min。工作噪音：它表示UPS在市电正常、负载为线性满载、逆变器工作时，以UPS为中心，以

1m为半径，高度为1.3m处所测量出的噪音分贝数。一般来说，UPS的噪声在55dB左右就可以直接放在计算机机房内使用环境条件、辐射干扰58数据中心发展回基础建筑电源系统制冷系统数据中心服顾务器网络系统其它系统数据中心节能设计目录电源容量规划设计总体配电方案传统交流UPS模块化UPS飞轮UPS

高压直流油机电力布线防雷与接地UPS基础概念

UPS分类UPS关键器件

UPS工作模式

UPS设计蓄电池5859UPS基本构成．整流器/充电器．逆变器．电池．静态开关．手动维修旁路开关．主电源输入开关．静态旁路开关逆变器输出开关．电池电路开关．旁路输入隔离变压器．输出隔离变压器．输入谐波滤波器．计算机通讯接口．调制解调器接口．输入配电柜和保护开关．输出配电柜和保护开关通讯接口板整流器/充电器电池主电源输入旁路电源输入逆变器静态开关市电电网监控用机滤波器选件输入配电和保护开关输出配电和保护开关维修旁路Modem

板旁路隔离变压器选件5960UPS分类60按动静分类：旋转式(飞轮)、静止型按功率分类：小功率(<3KW)、中功率、大功率（>10KW）按输出波形分类：方波、准正弦波、正弦波按输出电压的相数分类：单相、三相按不停电时间分类：标准机型（10～15min）、长延时机型按功率器件分类：可控硅、功率晶体管、MOS场效应管、IGBT（绝缘栅场效应晶体管）按逆变器工作频率分类：工频机、高频机按不停电供电方式分类：在线式、后备式、在线互动式按输入输出的相数分类：单进单出、三进单出、三进三出61后备式UPS的性能特点市电正常时工作效率极高，98%以上本身不附加对电网的干扰输出能力特强抗高频干扰的能力主要取决于输入输出端的高频滤波器输出切换时间取决于继电转换开关的动作时间，一般4～10ms由于开关受容量限制和动作时间限制，一般用于小容量的场合，多在2kVA以下；市电掉电后，逆变器输出多为方波或准正弦波，对计算机负荷多是可用的；电路简单，可靠性高，价格低廉缺点：频率不可调，对市电的要求较高充电器电池负载交流输入滤波器或调节器逆变器正常供电方式电池供电方式逆逆变变器器不工工作作6162在线互动式UPS的性能特点市电正常时工作效率极高，98％以上本身不附加对电网的干扰输出能力强输出电压精度和稳定性均差，但满足一般负荷要求逆变器直接连接在UPS输出端，处于热备份状态，对输出电压的尖峰干扰有抑制作用电路简单，可靠性高，价格低廉逆变器是双向的，充电能力强输出切换时间一般4～6ms缺点：频率不可调，对市电的要求较高负载主电源输入旁路电源输入也可能只有一路输入电

池

逆

变

器旁路开关静态开关电池供电方式旁路供电方双双向向逆逆变变整逆流变工工作作正常供电方6263双变换在线式UPS的性能特点一般情况下，负荷由逆变器全部提供，电源输出质量高切换时间为0输出能力有限制，指对负荷有限制条件，如负荷电流的峰值因素、过载能力和输出功率因素输入功率因素较低，一般为

0.7~0.8无功损耗大，一般30％以上整机效率低，一般80％～90％如果只有一路供电,则联接主/旁路电手动维修旁路开关正常供电方式电池供电方式旁路供电方式整流器电池负载主电源输入旁路电源输入静态旁路整/流充电器器工作逆逆变变器器工作636464DELTA变换在线式UPS的性能特点DELTA变换器等同于双向变换器，工作频率10～15kHZ主逆变器也是双向的DELTA变换器和主变换器均对电池充电切换时间为0正常情况下只补充输出电压差值和输入电压波形失真，逆变回路只承担20％的有功功率输出能力强，远优于传统双变换DELTA变换器等效于一个典型的正弦波源输入功率因素高，99％输入协波成份低，3％市电正常时，整机效率高达96％滤波器ACDCDCACC滤波器C对输入端进行功率因数补偿，抑制输入电流谐波；吸收或输出功率补偿电压；与主变换器一起电池充电。主变C换器整流，监视输出端，并与Dleta变换器参与主电路电压的调整，可向负载提供高质量本材料仅供学习交流使用，丌得的用电于能仸；何电商池业充用电途。6565可靠性及输出能力指标负荷要求及相关标准后备式在线互动式中小功率传统双变换式大功率传统双变换式DELTA变换式6脉冲整流12脉冲整流整机效率越高越好98%98%80％～85％90％～92％＜90％＞95％负荷电流峰值因素越大越好不限制不限制3：13：13：1＞5：1负荷电流浪涌系数越大越好不限制不限制转旁路启动转旁路启动转旁路启动不限制允许的负载功率因素越宽越好不限制不限制-0.7-0.7-0.7市电－0.6~+0.9电池－0.7逆变器长延时工作能力任意低低低一般高高过载能力150％1min2~4：1本材料2~4：1仅供学习交流2~4：1使用，丌得用于2~4：1仸何商业用途1.5：11.5：1不同结构UPS比较（1/2）UPS指标电网要求（相关标准）后备式在线互动式传统双变换式DELTA变换式6脉冲整流12脉冲整流高频整流输入功率因素≥0.95等于负荷功率因数等于负荷功率因数≤0.80.950.990.99输入电流谐波成份≤10％等于负荷电流谐波成份等于负荷电流谐波成份≥30％10%＜5％＜5％对电网能量利用率无功功率小则利用率高低低低一般高高与柴油发电机容量比2~4：12~4：12~4：12~4：11.5：11.5：1不同结构的UPS的输出能力和可靠性不同结构UPS对电网污染比较66不同结构UPS比较（2/2）不同结构UPS输出电性能指标输出性能指标负载要求及相应标准后备式在线互动式传统双变换式DELTA变换式电压波形正弦波准正弦波方波、准正弦波、正弦波正弦波准正弦波正弦波正弦波电压稳定精度±5％～±10％±5％～±10％±5％～±10％±1％±1％电压波形失真度＜5％与电网和负荷有关与电网和负荷有关＜3％线性负载＜5％非线性负载＜3％线性负载＜5％非线性负载瞬态电压动态范围±5

％＜±5％＜±5％＜±5％＜±5％瞬态响应时间（ms）20～6010～2010～202020负载不平衡度100%100%100%三相电压幅值不平衡度≤5％≤1％线性负载≤3％非线性负载≤1％线性负载≤3％非线性负载市电－电池切换时间（ms)＜10≤10≤600逆变器旁路切换时间（ms)＜2＜2并机负载不平衡度＜5％2％～5％1%双向抗干扰能力差差较强强输出单台容量（kVA）≤2≤51～80010～5006667数据中心发展回基础建筑电源系统制冷系统数据中心服顾务器网络系统其它系统数据中心节能设计目录电源容量规划设计总体配电方案传统交流UPS模块化UPS飞轮UPS

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UPS设计蓄电池6768UPS主要元器件—整流器半波整流全波整流6料仅供学习交流使用，丌得用于仸何商业用途8本材6969UPS主要元器件—三相整流器三相半波整流三相全波整流三相半波整流的脉动周期是120°，而三相全波的周期是60°三相半波输出电压平均值374V，三相全波平均值514VUPS整流电路中都采用三本材相料全仅波供学整习流交。流使用，丌得用于仸何商业用途70UPS主要元器件—6脉冲整流器6脉冲整流电路采用二极管的三相全波是不稳压的，因此在UPS中都采用晶闸管整流器（可控硅），代替二极管整流器。晶闸管的导通是有条件的，只有晶闸管的触发信号加载才导通；通过每个脉冲周期中导通的时间就能实现稳压，就是所谓的相控整流。7071UPS主要元器件—12脉冲整流器12脉冲整流电路两个整流器结构一样，都是三相6脉冲整流。整流器的输入变压器结构不同，一个是Y型，一个Δ型，两者的相位相差30°。6脉冲的脉动周期是60°，因此12脉冲整流的脉动周期是30°，18脉冲是20°……脉动周期越小，输出电压越高，均值越接近峰值。7172

增加整流脉冲数可以减少高次谐波的次数及数值，若采用6脉冲叠加的方式，6脉冲、12脉冲、18脉冲、24脉冲，随着脉冲数增加电源侧输入谐波电流也随之降低，但会导致整流结构复杂，成本增加，可靠性降低。一般大于12脉冲的情况很少使用。

IGBT整流电路

IGBT整流电路单相波形变化•在固定（或自由）开关频率的脉宽内控制IGBT的导通和关闭时间•正弦波覆盖的面积等于方波脉冲的面积•开关频率越高拟合的直流波形间断越少，效果越理想本材料仅供学习交流使用，丌得用于仸何商业用途UPS主要元器件—IGBT整流传统UPS的基本结构(工频机)：可控硅整流电池直接直流母线IGBT逆变器升压变压器全IGBT

UPS结构(高频机)：不控整流DC/DC倍压环节独立充电器逆变器工频机与高频机的概念主要是对整流部分而言，工频机是可控整流，传统技术最好可做到12拍整流；而高频机的整流是二极管不控整流+IGBT的高频直流升压环节。对逆变器而言都是IGBT的SPWM高频逆变工作方式。7273三种整流方式比较目前主流厂商都已经有IGBT产品，但是目前采用IGBT整流技术的UPS还存在着价格高、大功率元件生产困难、成品率低等缺点。随着生产技术的发展，这种技术先进、环保节能的UPS会越来越普及。73--《UPS的IGBT整流技术》王力坚74UPS主要元器件—逆变器整流器已将交流输入电压变成直流电压，而负载所需的是交流电压，就必须有一种电路再将该直流电压变回交流，执行这个任务的装置就叫逆变器。逆变器电路的种类很多，在有推挽变换器、半桥逆变器、全桥逆变器、双向变换器等。目前应用最多的是采用IGBT的SPWM逆变器。三相全桥逆变器7475UPS主要元器件—静态开关为了进一步提高UPS电源的可靠性，UPS上均装有静态开关，将市电作为UPS的后备电源，在UPS发生故障或维护检修时，无间断地将负载切换到市电上，由市电直接供电。静态开关的主电路一般由两只晶闸管开关反并联组成，一只晶闸管用于通过正半周电流，另一只晶闸管则用于通过负半周电流。同步切换：先通后断；能保证在切换的过程中供电不间断；但在切换的过程中，逆变器必须跟踪市电的频率、相位和幅值，防止产生环流，烧坏逆变器。非同步切换：先断后通，会造成负载短时间断电。触发电压触发电压

触发电压阻断阻断触发电压7576数据中心发展回基础建筑电源系统制冷系统数据中心服顾务器网络系统其它系统数据中心节能设计目录电源容量规划设计总体配电方案传统交流UPS模块化UPS飞轮UPS

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UPS设计蓄电池7677UPS并机模式（1/3）ACDCACDCACDCDCAC负载市电输入主从串联热备份供电模式不存在要求两台UPS均分负荷的问题。对UPS单机频率同步跟踪特性要求不高。主从机之间互换较困难，造成从机电池长期空载。从机要有带阶跃性负载的能力，否则主机切从机，从机切旁路连续动作，可能造成时间过长。从连接的角度，扩机较为困难。阻触断发导通7778UPS并机模式（2/3）并联热备份供电模式也分主从机，但主从机可互换。正常情况下，主机带100％负荷，从机不带负荷。在极端情况下，可以主机整流，从机逆变或主机逆变，从机整流，结构较灵活。从机要有带阶跃性负载的能力，否则主机切从机，从机切旁路连续动作，可能造成时间过长。具有可扩容能力。ACDCACDCACDCACDC负载市电输入7879UPS并机模式（3/3）功率均分供电模式不分主从机。正常情况下，两台机器各带50％负荷。对UPS单机带阶跃性负载的能力要求远低于前两种。具有可扩容能力。过载能力强，但也存在过载较难预知的危险。部分厂家要求并机柜，可能会是故障瓶颈和扩容瓶颈。ACDCACDCACDCACDC负载市电输入7980UPS冗余供电模式（1/4）80单机满载冗余方式UPS接在电网与负载之间对负载进行保护，是最基本、最简单的保护模式。如果UPS出故障，或者负载过载，UPS就会切换到旁路方式运行。负载就在市电直通方式下运行，为了对UPS进行维修，尽快排除故障，一般采用外部旁路（维修旁路盘）对UPS进行隔离，以便在负载不断电的方式下进行UPS的维修。但是这种方式有其局限性，主要是当负载在UPS工作在旁路方式下时，缺乏可靠的电源保护。81UPS冗余供电模式（2/4）81隔离冗余方式隔离冗余方式是指一台或者多台UPS作为第一级电源保护设备，另外一台机器作为二级电源，备用使用。一级电源有各自的负载总线,二级电源为所有一级电源设备提供旁路电源。工作时二级电源空载运行，但是，在一个周波的时间内要求它可以承担从0%到100%的负载。当一级电源从市电模式切换到旁路模式时，转换开关会自动将其与二级电源断开。前面在UPS并机模式中提到的主从串联热备份供电模式、并联热备份供电模式均属于隔离冗余模式82UPS冗余供电模式（3/4）82并联冗余方式并联冗余方式一般由2台或者多台相同功率的UPS组