APC機房空調總代理

APC機房空調供應

APC精密空調報價 APC精密空調廠家直銷 APC精密空調價格

APC精密空調稱市場對改善數據中心效率的不斷訴求，掀起了數據中心供電與制冷技術的創新浪潮。一種被廣泛討論的能源效率方案是將數據中心的電源架構從目前的交流架構轉換為直流架構。一些暢銷的報刊和技術雜志紛紛發表文章，暢談直流配電的優點，Intel、施耐德電氣旗下 APC 和 Sun Microsystems 等公司還參與了相關的技術演示項目。目前，能真正在數據中心內應用的配電方法共有五種，包括兩種基本的交流配電方法，以及三種基本的直流配電方法。與此相關的第 63 號白皮書《數據中心交流與直流配電綜述》對這五種類型進行了說明和分析。該白皮書的一個重要發現，是這五種配電方法中有兩種方法可提供出眾的電氣效率，其中一種是交流配電方法，另一種是直流配電方法。已發表的文獻也普遍支持這一結論。本白皮書專門針對這兩種效率高的配電方法進行比較。除非數據中心的供電技術發生大幅改進，否則這兩種方法中的一種將很可能成為未來數據中心的配電方法。本白皮書在介紹交流配電系統時，所用的效率性能數值均源自可在當今市場上購買到的實際設備。由于目前市場上尚未推出商業直流配電系統，因此直流配電系統的效率數值則基于新的樣本數據、估算數據和計算結果。本白皮書中使用的所有效率數值均輔有相應的例證和參考資料，以便讀者對分析結果進行獨立測試和驗證。配電效率的變化可影響數據中心的總耗電量。但是，這種影響很難通過數學方式進行量化，原因有兩點： 1. 配電效率的變化會影響熱量負載，進而影響空調的功耗。 2. 數據中心中有大量的功率負載并不通過所分析的配電系統供電。本白皮書將詳細介紹這些影響，并通過量化方式說明配電效率的提高如何降低總耗電量。背景目前，一些現有的數據中心由于采用了較差的架構設計以及舊式的配電技術，運行效率十分低下。施耐德電氣 發現，數據中心（不包括制冷系統）在運行時的供電系統的效率一般只有 30%，有時甚至更低。由于這種效率低下的狀況在很大程度是可以避免的，因而有大量的電能被白白浪費掉了。這種情況主要是由下列因素造成的： • IT 設備的電源效率低下 • 基于變壓器的配電柜（PDU) 效率低下 • UPS 系統效率低下 • 運行負載遠低于系統的額定設計，這進一步增加了以上各項的電能損耗在過去三年中，IT 設備的電源與 UPS 系統在效率方面得到了顯著改進。這意味著，現在安裝的交流配電系統通常比五年前安裝的系統要高效得多。此外，可擴展的模塊化 UPS 系統的問世，使數據中心可以根據負載輕松適當調整 UPS 的容量，有助于避免過去常常因整體利用率不足而造成電力效率低下的情況?；谧儔浩鞯呐潆姽?仍是造成北美很多數據中心出現電能損耗的一個重要根源，但北美之外的地區則沒有這種情況。本白皮書中分析的交流系統采用 400/230 V 的歐洲配電標準。有關在北美地區應用 400/230 V 交流配電標準的詳細討論，請參見第 128 號白皮書《應用改進型高密度配電系統提高數據中心效率》。有人認為，直流配電方法可以實現更高的效率，這基于下面三個假定： 1. 也許可以生產出效率比交流 UPS 更高的直流 UPS 2. 配電柜 (PDU) 中不再有變壓器，有助于減少電能損耗 3. 改進 IT 設備電源本身的效率也許比改進交流輸入設計更為有效簡介數據中心交流與直流配電綜述資源鏈接第 63 號白皮書應用改進型高密度配電系統提高數據中心效率資源鏈接第 128 號白皮書數據中心高效交流配電與直流配電的量化比較施耐德電氣 — 數據中心科研中心 第 127 號白皮書 版本 2 3 本白皮書對所有這些設想進行了量化分析，并得出以下結論： • 新一代交流 UPS 系統的能耗是舊式交流 UPS 的五分之一，沒有進一步證據表明，可以研制出效率更高的直流 UPS • 配電柜中的變壓器是效率低下的一個重要根源，但北美之外的地區并沒有在 配電柜中使用變壓器，且新型的高效交流配電架構中也沒有變壓器 • 在將 IT 設備的電源轉換為直流輸入后，其效率的實際改進程度要比初設想的低得多許多已發表的文章預期，直流配電方法在效率方面可比交流配電方法提高 10% 到 30%。但是，正如您不會將新型服務器技術與十年前生產的服務器進行性能對比一樣，將假想的直流配電系統與舊式的傳統交流配電系統進行效率對比，也是不恰當的。比較過去 與未來的可選方案并沒有多大意義，重要的是將現在 與未來的可選方案進行對比。本白皮書中的數據表明，目前好的交流配電系統已經與假想中的未來直流系統幾乎具備相同的效率，那些暢銷報刊中關于效率提升的大多數論述都不準確或存在誤導，甚至是錯誤的。與關于這一課題的幾乎所有其他文章和論文不同的是，本白皮書中使用的所有量化數據都輔有例證和參考資料。正如簡介中所述，要建造未來的高效數據中心，目前有兩種配電系統可供選擇。其中一種系統基于現有的主流 400/230 V 交流配電系統，目前北美和日本之外的所有數據中心幾乎都采用這一系統。另一種系統則基于概念型 380 V 直流配電系統，這種系統專為改造成可使用直流電的 IT 設備供電。圖 1 和圖 2 為這兩種系統的圖示。圖 1 表示種選擇。這是在北美和日本之外普遍采用的一種交流配電系統。請注意，在目前北美地區標準的配電系統中，UPS 電壓為 480 V 交流電，因此圖示中應添加另一個圖塊，以表示將 480 V 交流電轉換為 208/120 V 交流電的配電柜變壓器。此圖中略去了配電柜的變壓器及其關聯的損耗，因為在向 230 V 的 IT 負載供電時，沒有必要降低 UPS 的輸出電壓。圖 2 展示了第二種選擇。這是一種假想的 380 V 直流配電方法。為使這一假設成立，需要設計出以 380 V 直流電運行的 IT 設備。文獻中曾針對這種系統提出了多種不同的直流電供電電壓，例如 300 V、380 V、400 V 和 575 V。但是，各種文獻資料逐漸就此問題達成一致，認為應將 380 V 左右的電壓作為標準，本白皮書中的分析就是基于 380 V 的直流系統。請注意，對于同一系統而言，380 V 直流電和 400 V 直流電是兩個根本不同的概念。兩種高效的配電選擇交流 UPS IT 負載 400/230 V AC 圖 1 高效交流配電系統（在北美之外普遍使用）直流 UPS IT 負載 380 V AC 圖 2 高效直流配電系統（假想）數據中心高效交流配電與直流配電的量化比較施耐德電氣 — 數據中心科研中心 第 127 號白皮書 版本 2 4 分析概覽以下部分介紹本模型的總體結構，以及為支持這一模型而需要量化的數據。了解這些信息將有助于讀者理解本白皮書的內容。供電線路的三個部分圖 3 顯示了典型數據中心在采用高效配電系統時的基本供電線路。請注意，這里沒有配電柜，因為要分析的兩種配電方法都不需要 配電柜。此供電線路分為三個部分： • UPS • 配電布線 • IT 設備的電源 (PSU) 本模型的效率數據本白皮書的后續部分將分別考察這三個供電線路部分的效率數據并加以量化。其目標是將效率數據建立為負載的函數，從而繪制出供電線路中每個部分的效率曲線（如圖 3 底部的形狀所示）。隨后，這些效率數據將被納入分析模型，以便對現有電源配置與假想電源配置的效率進行比較。效率曲線上之所以標出負載為 50% 的位置，是因為本模型中的基準案例將使用負載達到 50% 時的效率數值。 IT devices 后續部分將分別考察每個部分的效率曲線 UPS 布線 電源圖 3 數據中心的供電線路：三個部分、三條效率曲線負載效率效率效率負載 負載設備數據中心高效交流配電與直流配電的量化比較施耐德電氣 — 數據中心科研中心 第 127 號白皮書 版本 2 5 本模型的基準運行負載 (50%) 以上數據清楚地表明，配電系統中的設備效率并非一成不變，而是隨著所應用負載的變化而變化。這就是效率應表示為一條曲線 而不是某個數字的原因。因此，如果不考慮供電線路中每個部分的實際運行負載，則計算出的任何配電效率都將是不全面的。在配電效率這一課題上，以前的大部分文章都沒有說明負載變化的影響，但這部分影響是非常重大的。在本白皮書中，我們將選擇一種能代表典型配置的基準負載，然后說明效率如何隨負載的變化而變化。通過選擇基準運行負載，有助于為比較交流配電與直流配電提供一個參照點，從而簡化初的討論。但是，這并不會限制實際模型的適用范圍，因為它將效率看成是一條隨負載一起變化的曲線。在實際配置中，這三個供電線路部分的運行負載（容量的一部分）彼此將是不同的，且在交互模型中還會發生動態變化（請參見圖 9）。以下部分在演示和比較交流配電與直流配電時，將選擇 50% 作為基準負載。此基準處于數據中心所有這三個部分的運行限制之內（請參見上面的圖 3）。下面分別介紹 50% 的負載與數據中心這三個部分之間的關系： • UPS 于非冗余 (1N) 系統，50% 是典型的運行負載。對于冗余 (2N) 系統，50% 表示大運行負載（即在兩個 2 個 UPS 之間分擔全負載）。 • 布線與 UPS 負載類似，50% 是非冗余 (1N) 布線的一個實際運行負載。對于雙路冗余 (2N) 布線系統，50% 是每路饋電的大負載（實際上，美國電氣標準將負載限制為 80%，從而將每路饋電的負載實際限制為 40%）。需要說明的是，無論在何種情況下，布線的運行負載對整體效率影響甚微，因為目前的布線效率處于一個狹窄的高位區間 99-100%。 • IT 電源 IT 設備一般擁有一到兩個內置電源。在配備單一電源的服務器中，50% 的運行負載處于運行范圍的中間位置（“空閑”負載的典型情況，服務器多數時候處于這一狀態）；對于配備雙電源的服務器，50% 表示大運行負載（即在 2 個電源之間分擔全負載）。正如本白皮書后面為這三個部分顯示的實際效率曲線所示，當運行負載處于 50% 標記附近時，相應的效率并沒有太大差異，因此 50% 負載的具體位置并不十分重要。 UPS 的效率交流配電架構以 UPS 作為起點，以形成交流配電總線；在直流配電架構中，將由直流 UPS（有時稱為“直流電廠”或“整流器”）形成直流配電總線。在目前的交流 UPS 市場中，某些產品的性能是可以核實的，比如查閱它們已發布的效率規格，或對它們的性能進行測量。遺憾的是，施耐德電氣發現許多已發布的規格并不準確，并不能代表產品的實際性能。在本次分析中，我們將只采用那些額定效率級別已經過獨立實驗室測量和認證的知名 UPS 的效率數據。 圖 4 顯示了幾種商用交流 UPS 和直流 UPS 系統的效率。數據中心高效交流配電與直流配電的量化比較施耐德電氣 — 數據中心科研中心 第 127 號白皮書 版本 2 6 For convenience, the graph above is summarized in Table 1. UPS 負載 25% 50% 75% 100% APC Symmetra MW （Delta 轉換交流電） 94.1% 96.2% 96.9% 97.0% APC Symmetra PX （雙轉換交流電） 94.7% 95.7% 95.6% 95.3% APC Smart-UPS VT （雙轉換交流電） 95.3% 96.3% 96.3% 96.0% SatCon AE-75-60-PV-A （直流電） 94.5% 95.8% 95.6% 95.4% LBNL 的典型效率（雙轉換交流電） 87.3% 88.8% 88.8% 88.4% LBNL 的低效率（雙轉換交流電） 73.3% 81.9% 84.0% 84.1% 圖 4 幾種商用交流 UPS 和直流 UPS 系統的效率表 1 圖 4 中 UPS 效率數據的匯總 AC and DC UPS Efficiency Comparison 50% 55% 60% 65% 70% 75% 80% 85% 90% 95% 100% 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% Load Efficiency APC Symmetra MW 1000kVA Delta Conversion AC UPS APC Symmetra PX 160kVA Double Conversion AC UPS APC Smart-UPS VT 40kVA Double Conversion AC UPS SatCon AE-75-60-PV-A 75 kW DC UPS LBNL Typical Efficiency Double Conversion AC UPS LBNL Lowest Efficiency Double Conversion AC UPS Symmetra MW 的效率為 96.2% 交流 UPS 與直流 UPS 的效率比較效率 APC Symmetra MW 1000kVA Delta 轉換交流 UPS APC Symmetra PX 160kVA 雙轉換交流 UPS APC Smart-UPS VT 40kVA 雙轉換交流 UPS SatCon AE-75-60-PV-A 75 kW 直流 UPS LBNL 典型效率的雙轉換交流 UPS LBNL 低效率的雙轉換交流 UPS 負載數據中心高效交流配電與直流配電的量化比較施耐德電氣 — 數據中心科研中心 第 127 號白皮書 版本 2 7 交流 UPS 96.2% 直流 UPS 96.0% 模型的基準數值負載為 50% 時的效率本模型的交流 UPS 效率數值 1,000 kVA APC Symmetra MW Delta 轉換 UPS 在負載為 50% 時的效率級別為 96.2%；160 kVA Symmetra PX 雙轉換 UPS 在負載為 50% 時的效率級別為 95.7%；40 kVA APC SmartUPS VT 雙轉換 UPS 在負載為 50% 時的效率級別為 96.3%。所有這些效率值均已經過 TüV 測試實驗室 1 的認證。這些級別并不是在節能模式或旁路模式下得出的，而是通過可完全隔離輸入和輸出的在線式輸出逆變器重新生成輸出并加以調節后確定的。本次分析將使用 Symmetra MW，其在負載為 50% 時的交流配電效率為 96.2%。經美國加州能源委員會 2 認證，75 kW SatCon 逆變器的效率值為 95.8%。（包括這款逆變器在內的很多逆變器還可以用作整流器，它們在這兩種運行模式下應該可以提供類似的效率，因此也可以將這款逆變器視為直流 UPS。）其余兩條曲線顯示的是 LBLN 在 2005 年的一項研究中測量的傳統高效雙轉換 UPS 的效率級別。3 本模型的直流 UPS 效率數值在目前的直流 UPS 市場中，沒有產品符合備用電池采用 380 V 直流配電系統的要求。現在有一個重要的技術難題尚未完全解決，即如何將具有不同端接電壓的電池連接在穩定的 380 V 配電總線上。不過，Intel 與多家直流電源提供商合作，共同發布了一系列建議的設計，預期效率數值可達 97%；4 另一家供應商 Netpower Labs開發出了一款 350 V 直流 UPS，公布的效率數值為 96%；5 LBNL 公布了針對一款原型直流 UPS 的測量結果，其效率數值為 94%。6 在這三個已公布的效率值（94%、96% 和 97%）中，我們將選擇中間的數值進行本次分析。請注意，Netpower Labs 開發的直流 UPS 的效率 (96%) 可能是佳數值，因為資料來源并未指定負載百分比。這樣，在負載為 50% 時，其效率可能低于 96%。布線的效率交流 UPS 或直流 UPS 與 IT 負載之間的布線一般都有電能損耗。損耗的大小取決于三個因素：工作電流、布線規格和纜線長度。每個數據中心都有幾百條乃至數千條不同的線纜，必須將每條線纜的損耗加在一起，才能計算出總損耗。 1 Symmetra MW - TüV 測試報告編號 _010，2005 年 9 月 26 日。Symmetra PX - TüV 測試報告 IS-EGN-MUC/ed，2007 年 6 月 12 日。Smart-UPS VT - TüV 測試報告編號 _008，2005 年 11 月 11 日。 2 美國加州能源委員會報告中的 SatCon 數據。 /erprebate/inverter_tests/summaries/ 3 美國勞倫斯伯克萊國家實驗室報告：“High Performance Buildings:Data Center – Uninterruptible Power Supplies (UPS)”（高性能建筑：數據中心 - 不間斷電源 (UPS)），2005 年 12 月，圖 17。 /documents/UPS/Final_UPS_ 4 A. Pratt 和 P. Kumar 合著的“Evaluation of Direct Current Distribution in Data Centers to Improve Energy Efficiency”

APC機房空調總代理

（評估數據中心的直流配電系統以提高能源效率），The Data Center Journal，2007 年 3 月。 5 由 Stefan Lidstrom 在 Netpower Labs 直流數據中心股東大會上所做的演示，組織者為美國勞倫斯伯克萊國家實驗室，2007 年 7 月 12 日，請參見復合 PDF 的第 31 頁（共 67 頁）第 8 張幻燈片。 /presentations/dc-powering/dc-stakeholders/ 6 美國勞倫斯伯克萊國家實驗室：摘要“DC Power for Improved Data Center Efficiency”（直流電源可提高數據中心的效率）第 5 頁，2007 年 1 月，表 ES1。 /documents/DATA_CENTERS/ 數據中心高效交流配電與直流配電的量化比較施耐德電氣 — 數據中心科研中心 第 127 號白皮書 版本 2 8 交流電 布線 99.5% 直流電 布線 99.5% 模型的基準數值負載為 50% 時的效率對于典型配置，一般可以估計出布線的損耗。線纜規格可由電路的額定容量得出，而且線纜的平均長度通常也是知道的。布線損耗的設計數值通常為全負載時負載功率的 1%。布線中的損耗與負載的平方成正比。每當負載降低一半時，布線損耗將減少到原來的四分之一。對于負載為 50% 的數據中心，布線效率一般可達 99.5%。因此，大多數數據中心內的布線損耗都是可以忽略不計的。請注意，不論是直流配置，還是交流配置，布線損耗都一樣。雖然所用銅纜的數目可能稍有不同，但效率并無差別。布線損耗不會導致交流系統與直流系統之間出現任何效率差別。 IT 電源的效率現代的 IT 設備都配有一個或多個內置電源 (PSU)，用于將輸入的交流電轉換為 12 V 的直流總線，進而為機箱中的各種卡或子系統供電。7 這些 PSU 為改進效率提供了機會。在早期的服務器中，PSU 在負載為 50% 時的效率大約為 75%（請參見圖 6）8 。但是，根據 Sun Microsystems（圖 7）9 和 惠普公司（圖 8）10公布的電源效率數據，現在大多數新設計在多種運行負載下的效率一般都是 90% 或更高。 7 在這種“分布式電源系統架構”中，各種卡或子系統將使用板載電源逆變器根據 12 V 總線生成自己特定的本地功率需求（例如 1.1 V、3.3 V、5 V）。PSU 通常是插在機箱中的一個模塊，用戶可自行更換。 8 美國勞倫斯伯克萊國家實驗室：“High Performance Buildings:Data Centers – Server Power Supplies ”（高性能建筑：數據中心 - 服務器電源），2005 年 12 月。 /documents/PS/Final_PS_ 9 由 Mike Bushue 在 Sun Microsystems 直流數據中心股東大會上所做的演示，組織者為美國勞倫斯伯克萊國家實驗室，2007 年 7 月 12 日。 /presentations/dc-powering/dc-stakeholders/ 10 由 Paul Perez 代表惠普公司在正常運行時間學術研討會上所做的演示，2007 年 3 月 5 日。 /jsymp/?option=com_content&task=view&id=45&Itemid=61 圖 5 布線的效率曲線布線效率 98.0% 98.5% 99.0% 99.5% 100.0% 0% 20% 40% 60% 80% 100% 負載效率布線 - 全負載時損耗的 1% 50% 數據中心高效交流配電與直流配電的量化比較施耐德電氣 — 數據中心科研中心 第 127 號白皮書 版本 2 9 圖 6 美國勞倫斯伯克萊國家實驗室（LBNL）公布的早期服務器 PSU 的效率 7 圖 7 Sun Microsystems 服務器電源效率與負載的關系曲線，說明了不同輸入電壓對效率的影響 8 50% 占銘牌功率輸出的百分比效率百分比所有服務器的均值使用 380 V 直流電時的效率為 91.0% 使用 220 V 交流電時的效率為 89.5% 數據中心高效交流配電與直流配電的量化比較施耐德電氣 — 數據中心科研中心 第 127 號白皮書 版本 2 10 交流電 IT 電源 90.25% 直流電 IT 電源 91.75% 模型的基準數值負載為 50% 時的效率在 Sun Microsystems 的示例中，負載為 50% 時的交流電源效率是 89.5%，在惠普公司的示例中為 91%。鑒于這些電源可作為未來服務器電源的代表（承認 400/230 V 交流電源將使服務器以 230 V 的電壓運行），我們取這兩個示例的平均值 90.25% 作為本模型中新服務器電源的基準交流供電效率。在圖 7 的 Sun Microsystems 電源效率圖中，還包括一條針對轉換為提供 380 V 直流電的電源的效率曲線。圖中顯示，在負載為 50% 時，該曲線比 220 V 交流電源的效率曲線高大約 1.5%。許多研究中都已采用此 1.5% 的效率改進，我們將它與基準的交流電源效率數值 90.25% 相加，從而計算出本模型的直流電源效率數值 91.75%。在本白皮書的后續部分中，我們將對這一改進的可能大小進行詳細分析。具有更高效率（高達 94%）的電源預計在 2008 年初面市。由于有關這些電源的數據尚未公布，因此本研究中無法引證。我們預計，這些電源在以 380 V 直流電進行供電時，效率改進幅度大約會降低 1%。供電線路的整體效率等于上述 UPS 效率、布線效率以及 IT 電源效率之積。這項計算十分簡單，如表 2 所示： UPS 布線 IT 電源 整體效率直流配電 96.0% X 99.5% X 91.75% = 87.64% AC 96.2% X 99.5% X 90.25% =86.39% 供電線路整體 效率的比較圖 8 惠普服務器電源效率與負載的關系曲線，說明了不同輸入電壓對效率的影響 9 表 2 負載為 50% 時的整體配電效率計算比較高效的交流配電方法和 360 V 直流配電方法 50% 負載 1.25% 數據中心高效交流配電與直流配電的量化比較施耐德電氣 — 數據中心科研中心 第 127 號白皮書 版本 2 11 因此，與高效交流系統相比，高效直流系統在配電效率方面擁有 1.25% 的效率優勢。此分析基于所有供電線路上的所有部分的運行負載為 50%。從圖中可以看出，效率曲線在負載為 50% 時的形狀相對平緩，這說明在 50% 附近的負載范圍內，不存在大的效率變化。這種效率差異針對的只是配電系統，它對數據中心整體功耗的影響還有待進一步分析，詳見下一節。配電系統中的任何效率提升百分比都不會直接轉化為整個數據中心所節省功耗增加的百分比。通過減少配電損耗，可以降低數據中心的溫度，進而降低制冷負載。因此，配電系統中節省的每一瓦電能，實際上可令數據中心的整體功率需求降低一瓦以上。但是，配電效率提升 1%，并不能使數據中心的總體效率提高 1% 以上。實際上，配電效率提升 1%，相應整體效率的提升幅度則只在 1% 以內。因配電效率變化而導致電能損耗減少幅度的實際計算過程如下： ΔP = P – P' ΔP = 1 – [(1 – Δη PD) x (ITP + PDP + ACPP) + LP + ACFP] 其中，P 為基準交流系統功耗（以 1 作為參照），P' 為配電效率變化后的功耗。表 3 對公式中的其他值進行了定義，并提供了它們的典型值。在將這些值輸入上面計算數據中心整體功耗下降幅度的公式后，可以算出，終的整體功耗變化與配電效率變化之比為 0.75 比 1。這意味著，配電效率提高 1%，將導致整體功耗下降 0.75%。數據中心功耗的整體變化小于配電效率的變化。這一結論應該不足為奇，因為數據中心的大部分功耗（尤其是制冷系統）并不是源自配電系統，并且降低配電損耗不會影響制冷損耗的固定 部分，而只會影響制冷損耗中的成比例變化 部分（隨制冷負載的變化而變化）。如果對上一節中得出的交流配電與直流配電的效率結果應用這一計算過程，我們就會發現，因交流電轉換為直流電而提高的配電效率 (1.25%) 將使總耗電量降低 0.94%。如果對上一節中得出的交流配電與直流配電的效率結果應用這一計算過程，我們就會發現，因交流電轉換為直流電而提高的配電效率 (1.25%) 將使總耗電量降低 0.94%。變量 說明 典型值 Δη PD 配電效率的變化 輸入變量 ITP IT 負載的功耗在數據中心總功耗中所占的比重（百分比） 45% PDP 基準配電功耗在數據中心總功耗中所占的比重（百分比） 5% ACPP 空調損耗（隨負載變化而變化）在數據中心總功耗中所占的比重（百分比） 25% LP 照明負載的功耗在數據中心總功耗中所占的比重（百分比） 2% ACFP 固定空調損耗在數據中心總功耗中所占的比重（百分比） 23% 對數據中心整體 功耗的影響表 3 計算電力負載下降幅度時使用的變量數據中心高效交流配電與直流配電的量化比較施耐德電氣 — 數據中心科研中心 第 127 號白皮書 版本 2 12 請注意，這一發現明顯與其他研究中公布的信息相佐。很多膚淺的分析認為，轉換為 380 V 直流電后所節省的每一瓦電能，將對數據中心的整體功耗產生“兩倍到四倍的影響”。11實際上，除了配電系統外，節省的功耗只是空調損耗中隨負載一起變化的部分（成比例變化的損耗）。對于設計已比較完善的現代數據中心，12這些可變損耗大約是 IT 負載的 20%，因此配電系統中節省的每一瓦電能，只能使數據中心的整體功耗節省 1.2 瓦。圖 9 中的 TradeOff Tools™權衡工具用于確定供電線路的效率，以及輸入電源在四種不同的方案下減少的整體百分比。借助此工具，可以分析供電線路中不同部分的效率變化對供電線路效率的影響，以及對輸入電源損耗整體下降幅度的影響?；鶞驶騻鹘y交流系統代表的是交流 UPS、配電柜 和 IT 電源都具有典型效率值的舊數據中心，并假定 IT 電源以 208 V 交流電供電。佳方案交流系統代表的是配有新一代高效交流 UPS、配電柜 和 IT 電源的新數據中心。400 V 交流系統也采用佳方案交流系統的現代配備，但它沒有配電柜（及其關聯的變壓器損耗），并假定 IT 電源以 230 V 交流電供電，其效率比 208 V 交流系統高 0.5%（圖 8 中綠色曲線與黃色曲線之間的距離）。380 V 直流系統采用假想的直流 UPS，它沒有 配電柜，其 IT 電源的效率比 208 V 交流系統高 1.5%（如圖 7 所示）。所有這些方案都假定布線效率相同。在此效率計算器中，影響效率的所有關鍵變量均可通過拖動滑塊來進行調節。此工具一開始會使用所有變量的默認值，正如本白皮書所述，這些值都基于 50% 的負載。此計算器工具中提供的默認“每單元熱負載的制冷損耗” 值均為 50% IT 負載的典型值。當模型中的運行負載接近 100% IT 負載的時，用戶應以手動方式向下調節“每單元熱負載的制冷損耗”，以反映全負載時制冷效率的提高。在計算減少的輸入功耗時，本模型假定照明負載為 2%。如果存在其他的固定負載（例如網絡操作中心），則上述所有方案中輸入電源損耗減少的百分比還要下降。 11 2007 年 Intel 研發成果發布會演示，“Data Center Energy Efficiency Research @ Intel Day”（Intel 研發成果發布會 - 數據中心能源效率研究），作者 Guy AlLee、Milan Milenkovic 和 James Song，2007 年 6 月。 /pressroom/kits/research/poster_Data_Center_Energy_ 12 Intel 白皮書“Air-Cooled High-Performance Data Centers:Case Studies and Best Methods”（風冷高性能數據中心：案例研究與佳方法），作者 Doug Garday 和 Daniel Costello，2006 年 11 月。 /it/pdf/ 交流系統與直流 系統的效率比對計算器 > 使用交流系統與直流系統的效率比對計算器這是本白皮書中嵌入的一部交互式計算器需要安裝 Flash Player 版本 7 或更高版本—單擊 此處確定您已安裝的版本。若要下載 Flash Player，請單擊此處。單擊圖 9 中的圖像可訪問數據中心交流系統與直流系統計算器。數據中心高效交流配電與直流配電的量化比較施耐德電氣 — 數據中心科研中心 第 127 號白皮書 版本 2 13 一般而言，北美地區的數據中心配電效率要低于世界上的其他地區，因為該地區一直在使用基于變壓器的配電柜 (PDU)。在北美地區，UPS 電源通常使用三相 480/277 V 交流電，此電壓將由配電柜的變壓器降至三相 208/120 V 交流電，再傳輸給各項 IT 負載。與此相比，北美之外的大多數地區都使用三相 400/230 V UPS 電源，此電源可直接為負載供電，而不需要任何降壓變壓器。在大多數設計中，降壓變壓器都會造成很大一部分損耗，尤其是因為降壓變壓器的總額定功率通常比 UPS 的額定功率大得多，這意味著這些變壓器未得到充分利用。另外，在高密度的數據中心里，這些變壓器還會占據很大一部分地板空間，同時極大地增加了地板所承受的重量。有關此問題以及如何在北美地區采用 400/230 V 配電系統的詳細討論，請參見 第 128 號白皮書《應用改進型高密度配電系統提高數據中心效率》。在北美地區的某些配置中，可能需要安裝自耦變壓器，以便將現有的 480/277 V 電源調整為 400/230 V 標準。使用自耦變壓器意味著，變壓器的額定功率 (kVA) 僅為系統額定功率的 17%，從而可使變壓器以高效運行。對于北美地區需要使用自耦變壓器的系統，配電系統的效率將因為自耦變壓器的損耗而有所降低。在北美地區，某些交流配電系統的效率將因此降低大約 1%。但是，OEM 制造商建議擴大電源的輸入范圍，以使其包括北美 480/277 V 系統中已有的 277 V 交流輸入值。如果這一設想能夠實現，不僅沒有必要使用自耦變壓器，而且正如圖 8 中的電源效率針對北美地區的特殊注意事項應用改進型高密度配電系統提高數據中心效率資源鏈接第 128 號白皮書圖 9 交流與直流系統計算器工具用于比較不同的配電架構數據中心高效交流配電與直流配電的量化比較施耐德電氣 — 數據中心科研中心 第 127 號白皮書 版本 2 14 曲線所示，這還會顯著提高電源的效率（紅色曲線與黃色曲線之間的距離），進而導致交流配電系統的整體效率與 380 V 直流系統大體相同或略高于后者。 IT 負載變化對效率的影響本白皮書中進行的供電線路效率比較一直是按 IT 負載為 50% 計算的。配電系統的效率會隨 IT 負載的變化而變化，進而導致數據中心的整體效率發生改變。效率和 IT 負載之間的關系可通過模型來準確表示，詳見第 113 號白皮書《數據中心的電力效率建模》。本白皮書中的效率比較包括比較 IT 設備中 PSU（供電單元）的效率。當實際數據中心內的總 IT 負載發生變化時，主要是因為 IT 設備的數量 發生了變化，而不只是現有 IT 設備的負載發生了變化。因此，數據中心內總 IT 負載的變化將反映在 UPS 和布線系統的負載上，而一般與各個 PSU 的運行負載無關。雖然 UPS 中的電流需要流經布線和 IT 電源才能到達 IT 負載，但這并不意味著，所有這些設備都以額定容量的相同百分比運行（即以相同的運行負載工作）?？傠娏魍ǔ魅牒芏嗄酥翑狄郧в嫷?IT 設備。請考慮一個以 5% 的容量運行的數據中心。您可以合理地認為，其 UPS 的運行負載為 5%（即數據中心容量的 5%），但是從這一數字并無法獲知任何有關各個下游 IT PSU 的運行負載信息。 UPS 上 5% 的負載可能源自以下方面： • 只有為數不多的幾臺 IT 設備以其額定輸入功率的 100% 運行；或者 • 20 倍于現有數目的 IT 設備以其額定輸入功率的 5% 運行；或者 • 100 倍于現有數目的 IT 設備以其額定輸入功率的 1% 運行。 UPS 上 5% 的運行負載顯然與受其供電的所有 IT 設備的總運行負載有關，但 IT 設備的各個工作負載彼此并不關聯，且與 UPS 上 5% 的運行負載的關聯程度也不一樣。這意味著，在數據中心供電線路的三個部分中，由于布線對效率的影響甚微（不論負載如何），因此隨著 IT 負載（無論使用交流電還是直流電）的變化，UPS 效率 的變化將對數據中心的整體效率產生大的影響。從上述分析可以得知，IT 負載變化對效率的影響非常小，沒有理由認為交流系統或直流系統在不同的 IT 運行負載下比對方有任何優勢。因此，IT 負載變化的影響對本白皮書的分析和結論都不重要。結論的可信度用于建立直流與交流配電系統效率模型的數據計算是無可爭辯的。另一點毋庸置疑的是，沒有哪一臺配電設備的效率大于 100%。這就直接限制了假想的直流架構的效率優勢，媒體中公布的數據普遍都偏高了。正如本白皮書所述，只有三個關鍵值可對效率分析產生重大影響，它們是： 1. 交流 UPS 系統的效率 2. 直流 UPS 系統的效率 3. 通過將 IT 電源 (PSU) 轉換為直流供電而可能提高的效率這三個值的不確定性將影響效率比較的結論。因此，我們需要考慮，隨著研究的進一步深入或新技術的問世，這些值是否可能會發生顯著變化。數據中心的電力效率建模資源鏈接第 113 號白皮書數據中心高效交流配電與直流配電的量化比較施耐德電氣 — 數據中心科研中心 第 127 號白皮書 版本 2 15 交流 UPS 的效率關于交流 UPS 的效率，本白皮書中使用的數值基于目前市場上的實際產品，其效率性能已經過第三方認證。在 施耐德電氣，我們可以知道在即將面市的其他產品中，哪些可能實現類似或稍高的性能。現在市場上無疑還有很多舊式的交流 UPS 產品，與其他產品相比，它們的效率要低得多。因此，要建造高效的數據中心，就應當確保采用高效的 UPS。目前，我們預計一流的交流 UPS 的效率在接下來的幾年中不會有大幅提升。 直流 UPS 的效率關于直流 UPS 的效率，本白皮書中使用的數值均源自一家制造商公布的數據，事實上并沒有一種已知的直流 UPS 可使數據中心的配電系統獲得更高的效率。盡管如此，探討是否存在具有更高效率的直流 UPS 系統，仍具有重要意義。直流 UPS 必須將交流電轉換為直流電，它必須能提供穩定的輸出，并向市電提供經功率系統校正的輸入。在這些限制下，可以認為設計出效率高于 96% 的直流 UPS 系統是可能的，但這些想法無一得到證實。目前，實際中類似于直流 UPS 的商用設備的例子是光電設備交互式逆變器，這種逆變器的效率已經過優化，從技術角度而言，它們是使用逆電流運行的直流 UPS。通過分析美國加州能源委員會公布的一份數據發現，這些逆變器在負載為 50% 時的效率處于 94% 到 96%（高效率）之間。本模型中假定直流 UPS 的效率為 96%，上述數據無疑為這一假設的有效性提供了重要佐證。不過，施耐德電氣的研究發現，終使直流 UPS 系統的效率略高于 96% 是可能的。因此我們認為，經過優化的直流 UPS 可以提供與商用交流 UPS 同樣的高效率。如果實現這一設想，那么佳的直流與交流配電系統將具有基本相同的效率，的區別在于 IT 電源因轉換為直流供電而可能會使效率有些許提高。通過將 IT 電源轉換為直流供電而可能提高的效率普遍認為，通過將 IT 電源 (PSU) 轉換為 380 V 直流輸入可以提高效率。正如本白皮書所述，新型交流電源的效率數值在較大的負載范圍內均可達到 90% 以上。實際上，某些將在 2008 年面市的型號已達到了 94% 的效率峰值。這意味著，即使直流電源的效率為 100%，直流電源的大理論效率優勢也只有 6% (100% – 94% = 6%)。本白皮書在分析時采用的效率提升數值為 1.5%，這是基于 Sun Microsystems 的結論而確定的。實際上，這些效率提升數值的獲取并沒有回答以下問題：1.5% 的效率提升是否處于預期之內，或可能實現多大幅度的改進。關于電源在轉換為直流供電后可使效率提升多大幅度，以下討論為這一問題的確定提供了理論基礎。 PSU 主要有兩項功能： • 在計算電路與輸入電源之間提供安全隔離 • 將輸入的交流電轉換為穩定的 12 V 直流電采用直流配電系統后，同樣需要進行安全隔離，以及提供穩定的 12 V 直流電。但是，如果采用了直流配電系統，將可以省去 PSU 中負責將交流電轉換為直流電的部分電路。近，Sun Microsystems 公布了一份資料，其中對 PSU 在從交流輸入轉換為直流輸入后可能實現的效率提升進行了量化分析。圖 10 13顯示了有關服務器 PSU 中電力使用情況的明細。標記為“在直流系統中已消除”的項是指在 PSU 轉換為直流輸入后，可以確定消除的一些部件的損耗。標記為 “在直流系統中已減少”的項是指在 PSU 轉換為直流輸入后，因需要反向饋電保護而無法完全消除，但多可以減少一半的損耗。 13 由 Mike Bushue 在 Sun Microsystems 直流數據中心股東大會上所做的演示，主持方為美國勞倫斯伯克萊國家實驗室，2007 年 7 月 12 日，請參見復合 PDF 的第 19 頁（共 67 頁）第 9 張幻燈片。 /presentations/dc-powering/dc-stakeholders/ 數據中心高效交流配電與直流配電的量化比較施耐德電氣 — 數據中心科研中心 第 127 號白皮書 版本 2 16 從圖 10 中可以看出，通過轉換為直流輸入，可以消除 PSU 中大約 20% 的損耗。若要確定這些減少的損耗可使電源效率提升多大幅度，可以采用下列計算方法： Δη = η' – η = (1 – 損耗') –η = (1 – (1 – η) x (1 – PSLR)) – η = (η + PSLR – η x PSLR) – η = PSLR x (1 – η) 其中，η 是交流電源的效率，η' 是改為直流輸入后的效率，PSLR 是因轉換為直流輸入而減少的電源損耗。鑒于佳電源效率為 91.5%，而轉換為直流輸入后減少的電源損耗為 20%，因此效率的提升幅度為 1.58%。需要說明的是，效率提升主要受電源啟動效率的影響；因此，對于效率較低的電源，其在轉換為直流輸入后的效率提升幅度可能更大。但是，對于未來高效的數據中心，我們必須承認其中會不可避免地采用高效電源，因此相應的效率提升幅度也就只有 1.5% 左右。新一代 IT 設備的 PSU 效率都在 90% 以上，因此通過計算可以看出，將 IT 設備的電源轉換為直流輸入后的效率提升幅度預計在 1.6% 左右。此發現與 Sun Microsystems 在近期一次演講中的結論是一致的，該結論指出，“直流/直流電源的效率通常比交流/直流電源高 1-3%”14。此外，這一發現與 LBNL 在直流供電數據中心演示項目中的結論也是一致的，該結論表明，采用直流系統后的效率提升幅度大約為 2%。15 14 由 Mike Bushue 在 Sun Microsystems 直流數據中心