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數據中心的綠色節能照明分析
來源:綠色節能網
2011-10-30 22:15
 [導讀]當前照明節能電源產品的電壓調整機構分兩大類:一類是利用繼電器或接觸器切換的階梯式電壓調整,該技術由國外引進。優點是技術現成,結構簡單。
 

  
       一、數據中心照明節能的前景

  目前節能減排是一項國策,以往數據中心的照明問題一直沒得到很好地重視,總覺得用電比例太小。但現在隨著數據中心的集中,核心機房的面積越來越大,照明再也不是不足輕重的項目,比如一個10000m2的機房,照明按25W/m2計算,就是250kW,因是24h照明,每年就耗電2,191,250度,如果是采用電子鎮流器熒光燈,由于效率高,總損耗也在2,500,000度;由于電子鎮流器的可靠性問題尚未徹底解決,不少機房仍沿用電感整流器熒光燈照明,這種情況下的每年功耗幾乎是4,000,000度。目前已有照明節能電源解決這個問題,比如對于電感鎮流器熒光燈可節能30%以上,這就是1,200,000度;即使對電子鎮流器熒光燈也可節能20%,這就是400,000度。這些節能不僅僅是幾十萬元或上百萬元的問題,而是節約了污染環境的煤炭。

  一般燈具的壽命也就是一萬小時左右,兩年換一次就不錯了,有些地方甚至用不了一年。對于數據中心來說,更換燈管不是輕而易舉的事情,運行中的數據中心管理制度嚴格,往往不能隨壞隨換,頻閃的燈光會對工作人員形成干擾。另一方面,更換燈管的費用也不菲,上述機房需40W燈管數量:

  n==2191250/4054782(支)

  若以5元一支計算,就是273910元,每兩年就需有一筆這種開支。更換時的人工、運輸工具和垃圾處理費用尚需另算。而節能照明電源可將燈具的壽命延長至3~5倍,這是多么可觀的經濟效益和社會效益。

  二、照明燈具損壞的機制與解決方法

  1)氣體放電燈的特性

  數據中心所用熒光燈和高壓納燈、金屬鹵素燈和水銀燈等均屬氣體放電燈范疇,它們的連接和工作特性如圖42所示。比如在正常電壓U=220V時,熒光燈點燃,其工作點在圖1(b)對應電流Io點的Oo點,當外界用電量減小時,比如晚上11點后,電壓上升到240V,從圖上看到,燈管兩端的電壓變化很小,但電流卻從Io上升到Ih,即到了Oh點,由于燈管的功率和電流的平方(Ih2)成正比,由于過大的功耗對燈管造成了損害,使其壽命縮短;有時因電壓過低,使燈管滅火,尤其在啟動臨界電壓點,燈管頻頻閃爍,對燈管的損害更大,這就是燈管和其設計壽命很不吻合的主要原因。一般都是實際壽命遠遠小于設計壽命。

  2)節能和延長燈具壽命的途徑

  從上面的分析可以看出,延長燈具壽命的關鍵在于穩壓,使電壓不要做過高或過低的波動,只要把住了這一關,就保證了燈具不會因過負荷而導致過熱,也不會因電壓太低而頻繁啟動沖擊。

  節能的關鍵是降低燈具的工作電流,從圖1(b)可以看出,如果將工作點從對應Oo點的位置下移到Oe點,可以看出燈具兩端的電壓變化很小,但電流卻小了很多,相應地功耗也就小了很多。實驗證明在此情況下的亮度變化幾乎人的眼睛感覺不出來。

  如果工作點在Oe點穩定下來,即不隨著外電壓的變化而變化,那么節能和延長燈具壽命的功能就完全達到了。這就是照明節能電源的工作原理。

  3)當前照明節能電源的水平和產品

  由于高效節能燈莫過于氣體放電燈,這種燈都有一個起輝電壓,其會后的特性幾乎垂直,就是說,起輝后燈具兩端的電壓幾乎不變,變化的只是電流,這就保證了燈光亮度的穩定性。不像白熾燈那樣亮度隨電壓而變化。所以當前眾多的照明節能電源廠家的產品都是針對這種節能燈的二次節能產品

  這種照明節能電源產品的主要工作過程就是在正常電壓下將燈起輝,而后再將電壓調整下降到指定電壓,并穩定下來。

  當前照明節能電源產品的電壓調整機構分兩大類:一類是利用繼電器或接觸器切換的階梯式電壓調整,該技術由國外引進。優點是技術現成,結構簡單。缺點是調整不平滑、壽命短、切換時所產生的電火花對外有干擾;另一種就是在上述技術基礎上發展起來的IGBT調整電路,其優點是調整平滑、切換時無火花產生、壽命長等,由于技術比較先進、器件為半導體,價格稍微貴一些,但這是發展方向。目前的功率已做到500kW。

  三、EPS的誤導

  現代有一種聲稱照明必備的設備EPS(EmergencyUninterruptableSupply)實際上就是大功率的后備式UPS。如圖2所示就是在線式UPS和后備式UPS性能比較。從圖2(a)可以看出,無論UPS的輸入波形和大小如何變化,它的輸出的都是一個非常穩定的電壓波形;而圖2(b)的EPS則不然,在市電未異常前它的輸出電壓就是輸入電壓,只有市電異常比如斷電時才輸出穩定的正弦波。這個特性就不能保護燈具,更不能延長燈具的壽命和節能;一般EPS的標配旁路開關都是接觸器之類,如ATS,這個開關平常時將市電直接引到燈具上,一旦市電斷電就切換到逆變器上,這類開關的切換時間比較長,尤其是功率大一些的更是這樣。往往因為它的切換時間大于氣體放電燈允許的斷電時間4~5mS而導致燈熄滅,氣體放電燈的特性是一旦熄滅,再要起輝大約需要5min,如果遇到消防問題,這5min將是最關鍵的,奧運前期有的場館采用了EPS,在一次比賽中就因切換問題而導致該場館黑場10min,造成不良國際影響。后來采取緊急措施將EPS幾乎全部改用在線式UPS,這才保證了后來的奧運會順利進行。因此,在不得不選用EPS時,須考慮這些隱患。

  如果用在線式UPS為這些燈具供電,它的穩壓性能就可延長燈具壽命,若在UPS后面接入照明節能電源又增加了節能的功效,況且在線式UPS的旁路開關神靜態開關,在切換時是不間斷的,這就完全避免了燈熄滅的問題。

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