数据中心未来负载的估算方法

数据中心的负载不是一成不变的。在建成后的数据中心生命周期内，IT设备几乎一直处于一种不断变化的状态。

IT 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。

想要更合理的规划数据中心，尽可能节省电力设施方面的损耗，应该让 IT 组织对将来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“下游”元件，可以根据目前和未来的负载情况进行扩展或调整（请登陆www.apcc.com参阅 APC 第 37 号白皮书“避免数据中心和网络机房基础设施因过度规划造成的资金浪费”）。

用户必须充分估算为 NCPI 组件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IT 客户的期望可用性的前提下增加功率容量。在估算出未来负载量后，将其加到上面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。

UPS负载

假设需求评估中的可用性确定工作得出需要 UPS 电源的结论，那么总负载功率必须考虑 UPS 系统的效率损耗因数以及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。UPS 很少能够达到其广告中所宣称的效率。实际上，典型安装中的 UPS 效率约为 88%，该值相当准确。

电池充电也需要消耗大量电力，但不会连续消耗。在电池已充满电的正常操作状态下，可忽略电池充电负载。 但是，当电池已部分或完全放电后，电池充电功率可占额定 UPS 负载的 20%。尽管这样的负载极少出现，但 在估算发电机和线路入口容量时必须包含该负载。

照明设施负载

照明设施负载包括建筑物数据中心部分的全部照明设施，是数据中心地板面积的函数。此类型负载有一个很好的经验公式，每平方英尺 2 瓦或者每平方米 21.5 瓦。
 
制冷负载

有关数据中心环境中热负载的详细论述，请登陆www.apcc.com参阅 APC 第 25 号白皮书“计算数据中心的总制冷量”。使用该白皮书提供的表格可以计算要冷却 IT 设备所产生热量必需的制冷量。设计者还可以使用该表格创建支持已规划关键负载所需的制冷量。

估算电源系统的容量

上述方法中，我们已经确定了两个重要数字，它们可用来估算为数据中心环境供电的电力系统容量：总关键负载和总制冷负载。 一般而言，电源供给必须足以支持这两个负载之和，另外加上数据中心的相关照明设施负载。

数据中心内负载的稳态功耗决定了用于计算电力成本的功耗。但是，为数据中心供电的电力线路和发电机电源不能按稳定状态值估算。这些电源必须按负载峰值功耗估算，再加上标准或工程惯例所规定的降额系数或裕度。实际上，这会导致电力线路和发电机的设计容量大大高于期望值，详情介绍，请登陆www.apcc.com下载完整版APC 第三号白皮书“计算数据中心的总功率需求”。

最终电源容量计算

按照上述过程以千瓦为单位估算出总电源容量后，就可以进行两项关键计算：首先是估算为数据中心供电所需 的电力线路的容量，其次是估算为达到预期可用性所需的所有备用发电机的容量。

确定电力线路的容量

电力线路可按照以下方式计算：

1. 以千瓦为单位获得所需的总电力容量，并乘以 125% 以满足美国国家电气标准和类似规范组织的要求。
2. 确定供电公司提供的线路入口三相交流电电压。通常在美国是 480 伏交流电，在世界上其他大部分 国家/地区是 230 伏交流电。
3. 使用下面的公式确定为数据中心供电的电力线路容量，以安培为单位：

电流（安培）=（功率 (kW) x1000）/（电压（伏特）x 1.73） 这为数据中心提供了支持关键负载、制冷和建筑功能所需的电力线路容量。图 1 通过比较额定（峰值）功率和稳定状态功率的电力线路需求，强调了这二者间的重要区别。必须注意，这仅仅是估计值，而最终线路容量的确定在很大程度上取决于准确的现场详细信息。强烈建议您聘请有资质的专业咨询工程师核实初始估算数据并设计最终数据中心电力供给。您也可以登陆www.apcc.com下载完整版APC 第三号白皮书参阅数据中心需求估算数据表，了解更多评估方法。

图 1：典型 100 kW 关键负载的额定与稳态电力线路功率。
电力线路额定值几乎是稳定状态关键负载值的 4 倍

发电机备用电力系统的容量

确定了电力线路的容量后，就可以考虑估算相应备用发电机的容量，以便在市电故障时能够提供备用电源从而 提高数据中心的可用性。典型发电机安装如下面图 2 所示：

典型发电机系统

首先要注意上图中假设数据中心是唯一的负载，而且该负载受到备用电源的完全保护。“市电”供给可能只是标准商业电力配电系统的一部分，所以该图只是更大电力系统的一个子集。该子集是为关键 IT 负载供电的数据中心部分。

有些负载需要通过转换开关附加到发电机上，必须考虑这些负载的电力特性。例如，机械负载需要高启动电流，而且还会产生谐波电流，这会影响发电机提供所需电力容量的能力。如果 UPS 没有在高输入功率因数下运行，其本身可能会导致这样的问题，而且如果它将超前功率因数施加到发电机上，还可能导致发电机出故障。

某些 UPS 拓扑结构（如 delta 转换）对于发电机供电的系统是十分理想的，而且不会产生使用输入过滤电容的传统双转换系统的不良运行特性。在选择 UPS 时，仅是拓扑结构选择就会对所需的发电机容量产生重大影响，通常系数为 3（典型双转换 UPS 的发电机会是 Delta 转换 UPS 发电机的 1.75 倍到 3 倍）。与电力线路功率相同，通过比较额定（峰值）功率和稳定状态功率的发电机需求，图 3 强调了这二者间的重要区别。

在选择发电机时，为了方便，一般根据发电机的额定功率 (kW) 进行选择，但要注意发电机在设计中是以小于1 的功率因数（通常为 0.8）来运行负载。这意味着电流和电压的相位会稍微有些不同，发电机必须能够承受 这个差异。一个 1000 kW 的发电机，设计在运行负载功率因数为 0.8，那么其额定功率为 1200 kVA。不要将发电机的 kVA 额定值和实际功率容量相混淆，后者总是以 kW 来计算的。有关功率因数的详细信息，请登陆www.apcc.com参阅完整版 APC 第 15 号白皮书“瓦特和伏安：极易混淆的概念”。

图 3：典型 100 KW 关键负载的额定与稳态发电机功率。电力线路的额定值是 稳定状态关键负载值的 4 倍以上

对支持和冷却数据中心中的关键负载所需的电源功率进行评估，这在满足最终用户可用性预期的设备开发过程中十分重要。通过使用上述过程，可以做出功率需求的合理估算。这有助于指定网络关键物理基础设施组件的容量，以达到需求评估所确定的可用性。在做出了初步估算之后，就可以在有竞争力的 NCPI 系统供应商或咨询工程师（如果数据中心的规模足够大）的协助下开始概念设计和详细设计。根据上述功率需求评估过程确定的容量和可用性配置，随后就可以进行成本估算了。

全球各地数据中心的电源和冷却基础设施每年浪费的电力超过 6000 万兆瓦时，这部分电力在 IT 设备供电过程中未发挥任何作用。这对于整个行业来说是巨大的经济负担，同时也会造成严重的公共环境问题。点击下面连接您将获取一种可立即实现的新型商用数据中心架构，可大幅提高数据中心的电力效率。
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