數(shù)據(jù)中心的綠色節(jié)能照明分析

    當(dāng)前照明節(jié)能電源產(chǎn)品的電壓調(diào)整機(jī)構(gòu)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(diào)整，該技術(shù)由國(guó)外引進(jìn)。優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)現(xiàn)成，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。 

    一、數(shù)據(jù)中心照明節(jié)能的前景

    目前節(jié)能減排是一項(xiàng)國(guó)策，以往數(shù)據(jù)中心的照明問(wèn)題一直沒(méi)得到很好地重視，總覺得用電比例太小。但現(xiàn)在隨著數(shù)據(jù)中心的集中，核心機(jī)房的面積越來(lái)越大，照明再也不是不足輕重的項(xiàng)目，比如一個(gè)10000m2的機(jī)房，照明按25W/m2計(jì)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(zhèn)流器熒光燈，由于效率高，總損耗也在2,500,000度;由于電子鎮(zhèn)流器的可靠性問(wèn)題尚未徹底解決，不少機(jī)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(jié)能電源解決這個(gè)問(wèn)題，比如對(duì)于電感鎮(zhèn)流器熒光燈可節(jié)能30%以上，這就是1,200,000度;即使對(duì)電子鎮(zhèn)流器熒光燈也可節(jié)能20%，這就是400,000度。這些節(jié)能不僅僅是幾十萬(wàn)元或上百萬(wàn)元的問(wèn)題，而是節(jié)約了污染環(huán)境的煤炭。

    一般燈具的壽命也就是一萬(wàn)小時(shí)左右，兩年換一次就不錯(cuò)了，有些地方甚至用不了一年。對(duì)于數(shù)據(jù)中心來(lái)說(shuō)，更換燈管不是輕而易舉的事情，運(yùn)行中的數(shù)據(jù)中心管理制度嚴(yán)格，往往不能隨壞隨換，頻閃的燈光會(huì)對(duì)工作人員形成干擾。另一方面，更換燈管的費(fèi)用也不菲，上述機(jī)房需40W燈管數(shù)量：

    n==2191250/4054782(支)

    若以5元一支計(jì)算，就是273910元，每?jī)赡昃托栌幸还P這種開支。更換時(shí)的人工、運(yùn)輸工具和垃圾處理費(fèi)用尚需另算。而節(jié)能照明電源可將燈具的壽命延長(zhǎng)至3～5倍，這是多么可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

    二、照明燈具損壞的機(jī)制與解決方法

    1)氣體放電燈的特性

    數(shù)據(jù)中心所用熒光燈和高壓納燈、金屬鹵素?zé)艉退�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(shí)，熒光燈點(diǎn)燃，其工作點(diǎn)在圖1(b)對(duì)應(yīng)電流Io點(diǎn)的Oo點(diǎn)，當(dāng)外界用電量減小時(shí)，比如晚上11點(diǎn)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(diǎn)，由于燈管的功率和電流的平方(Ih2)成正比，由于過(guò)大的功耗對(duì)燈管造成了損害，使其壽命縮短;有時(shí)因電壓過(guò)低，使燈管滅火，尤其在啟動(dòng)臨界電壓點(diǎn)，燈管頻頻閃爍，對(duì)燈管的損害更大，這就是燈管和其設(shè)計(jì)壽命很不吻合的主要原因。一般都是實(shí)際壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)壽命。

    2)節(jié)能和延長(zhǎng)燈具壽命的途徑

    從上面的分析可以看出，延長(zhǎng)燈具壽命的關(guān)鍵在于穩(wěn)壓，使電壓不要做過(guò)高或過(guò)低的波動(dòng)，只要把住了這一關(guān)，就保證了燈具不會(huì)因過(guò)負(fù)荷而導(dǎo)致過(guò)熱，也不會(huì)因電壓太低而頻繁啟動(dòng)沖擊。

    節(jié)能的關(guān)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(diǎn)從對(duì)應(yīng)Oo點(diǎn)的位置下移到Oe點(diǎn)，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(yīng)地功耗也就小了很多。實(shí)驗(yàn)證明在此情況下的亮度變化幾乎人的眼睛感覺不出來(lái)。

    如果工作點(diǎn)在Oe點(diǎn)穩(wěn)定下來(lái)，即不隨著外電壓的變化而變化，那么節(jié)能和延長(zhǎng)燈具壽命的功能就完全達(dá)到了。這就是照明節(jié)能電源的工作原理。

    3)當(dāng)前照明節(jié)能電源的水平和產(chǎn)品

    由于高效節(jié)能燈莫過(guò)于氣體放電燈，這種燈都有一個(gè)起輝電壓，其會(huì)后的特性幾乎垂直，就是說(shuō)，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(wěn)定性。不像白熾燈那樣亮度隨電壓而變化。所以當(dāng)前眾多的照明節(jié)能電源廠家的產(chǎn)品都是針對(duì)這種節(jié)能燈的二次節(jié)能產(chǎn)品。

    這種照明節(jié)能電源產(chǎn)品的主要工作過(guò)程就是在正常電壓下將燈起輝，而后再將電壓調(diào)整下降到指定電壓，并穩(wěn)定下來(lái)。

    當(dāng)前照明節(jié)能電源產(chǎn)品的電壓調(diào)整機(jī)構(gòu)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(diào)整，該技術(shù)由國(guó)外引進(jìn)。優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)現(xiàn)成，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)是調(diào)整不平滑、壽命短、切換時(shí)所產(chǎn)生的電火花對(duì)外有干擾;另一種就是在上述技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的IGBT調(diào)整電路，其優(yōu)點(diǎn)是調(diào)整平滑、切換時(shí)無(wú)火花產(chǎn)生、壽命長(zhǎng)等，由于技術(shù)比較先進(jìn)、器件為半導(dǎo)體，價(jià)格稍微貴一些，但這是發(fā)展方向。目前的功率已做到500kW。

    三、EPS的誤導(dǎo)

    現(xiàn)代有一種聲稱照明必備的設(shè)備EPS(EmergencyUninterruptableSupply)實(shí)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(wú)論UPS的輸入波形和大小如何變化，它的輸出的都是一個(gè)非常穩(wěn)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(shí)才輸出穩(wěn)定的正弦波。這個(gè)特性就不能保護(hù)燈具，更不能延長(zhǎng)燈具的壽命和節(jié)能;一般EPS的標(biāo)配旁路開關(guān)都是接觸器之類，如ATS，這個(gè)開關(guān)平常時(shí)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(guān)的切換時(shí)間比較長(zhǎng)，尤其是功率大一些的更是這樣。往往因?yàn)樗�的切換時(shí)間大于氣體放電燈允許的斷電時(shí)間4～5mS而導(dǎo)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(wèn)題，這5min將是最關(guān)鍵的，奧運(yùn)前期有的場(chǎng)館采用了EPS，在一次比賽中就因切換問(wèn)題而導(dǎo)致該場(chǎng)館黑場(chǎng)10min，造成不良國(guó)際影響。后來(lái)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(lái)的奧運(yùn)會(huì)順利進(jìn)行。因此，在不得不選用EPS時(shí)，須考慮這些隱患。

    如果用在線式UPS為這些燈具供電，它的穩(wěn)壓性能就可延長(zhǎng)燈具壽命，若在UPS后面接入照明節(jié)能電源又增加了節(jié)能的功效，況且在線式UPS的旁路開關(guān)神靜態(tài)開關(guān)，在切換時(shí)是不間斷的，這就完全避免了燈熄滅的問(wèn)題。■