淺析數(shù)據(jù)中心照明系統(tǒng)方案分析與應(yīng)用

任運(yùn)業(yè)

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：數(shù)據(jù)中心在我國屬于用電大戶，其耗電量占全社會的2%左右。數(shù)據(jù)中心耗電量較高的主要部分是照明系統(tǒng)，若未對照明系統(tǒng)能耗采取有效的控制措施，將導(dǎo)致數(shù)據(jù)中心的運(yùn)維成本增加，在情況嚴(yán)重時(shí)，甚至將破壞環(huán)境。為了控制數(shù)據(jù)中心的能源消耗，文章以數(shù)據(jù)中心的照明系統(tǒng)作為切入點(diǎn)，研究照明系統(tǒng)的不同照明方案（包括傳統(tǒng)照明系統(tǒng)、檢測式照明系統(tǒng)以及智能照明系統(tǒng)方案1和方案2），并從多個(gè)角度對比照明系統(tǒng)的應(yīng)用效果。*終確定智能照明系統(tǒng)方案2更適合用于數(shù)據(jù)中心，可促進(jìn)數(shù)據(jù)中心的節(jié)能降耗。

關(guān)鍵詞：智能照明系統(tǒng)；照明模式；數(shù)據(jù)中心

     在我國能源緊缺問題不斷惡化的背景下，數(shù)據(jù)中心照明系統(tǒng)易造成能源浪費(fèi)，降低其照明系統(tǒng)能耗逐漸受到社會關(guān)注。智能照明系統(tǒng)是以多項(xiàng)先進(jìn)手段為基礎(chǔ)的照明系統(tǒng)，其能夠科學(xué)控制照明，降低照明系統(tǒng)產(chǎn)生的能耗，為數(shù)據(jù)中心的整體效益提供保障。為了提高智能照明系統(tǒng)的應(yīng)用效果，應(yīng)深入研究該系統(tǒng)，科學(xué)建設(shè)智能照明系統(tǒng)，從而滿足數(shù)據(jù)中心的照明需求，進(jìn)而促進(jìn)社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。

1.1傳統(tǒng)照明系統(tǒng)

      傳統(tǒng)照明系統(tǒng)結(jié)合使用照明配電箱與照明開關(guān)控制燈具。在數(shù)據(jù)中心的機(jī)房一般結(jié)合機(jī)柜布局設(shè)置燈具，將燈具排列到冷通道與熱通道。在通常情況下，考慮到照明燈具在控制與路線方面的需求，工作人員在設(shè)置數(shù)據(jù)中心機(jī)房的照明時(shí)，大多選用1路燈具共用斷路器與按鈕開關(guān)的設(shè)置方式。在傳統(tǒng)照明系統(tǒng)的照明配電箱中，總斷路器將控制房間內(nèi)部全部燈具的供電，而按鈕開關(guān)與分支開關(guān)將控制1路或多路燈具。

1.2檢測式照明系統(tǒng)

     檢測式照明系統(tǒng)能夠在原有照明配電模式的基礎(chǔ)上，引入相應(yīng)的控制器與傳感器。檢測式照明系統(tǒng)可根據(jù)性質(zhì)分為手動(dòng)模式與自動(dòng)模式兩種模式。在實(shí)際應(yīng)用中，若控制器處在自動(dòng)模式，傳感器將接收信號，控制器將在傳感器接收信號后選擇是否開啟燈具。工作人員通過設(shè)定控制器與傳感器的邏輯控制燈具，不需要采用按鈕開關(guān)燈具[1]。若控制器處在手動(dòng)模式，傳感器將無法參與照明系統(tǒng)的運(yùn)行過程，需要通過按鈕控制燈具的開關(guān)。

1.3智能照明系統(tǒng)

      智能照明系統(tǒng)能夠充分結(jié)合網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、傳感器技術(shù)與智能控制技術(shù)等，并深層次挖掘不同技術(shù)的核心價(jià)值，以此控制照明燈具，全面提高能源節(jié)省效果，保障數(shù)據(jù)中心的整體效益。分析市場，可發(fā)現(xiàn)較為成熟的智能照明系統(tǒng)大多具備工作模式管理、能源管理及遠(yuǎn)程操作等多項(xiàng)功能，且具有良好的應(yīng)用效果。

1.3.1方案1

      智能照明系統(tǒng)的方案1如圖1所示。方案1使用PoE交換機(jī)將能源輸送到傳感器中，在傳感器傳輸與探測信號的過程中，能夠持續(xù)為燈具供電，滿足其對電能的需求。在信號被PoE交換機(jī)接收后，該設(shè)備將根據(jù)自身的工作模式，科學(xué)管控?zé)艟撸瑑Υ媾c分析全部燈具的運(yùn)行信息，實(shí)施閾值告警。智能照明系統(tǒng)能夠與數(shù)據(jù)中心的動(dòng)力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)連接，進(jìn)而為工作人員統(tǒng)一化管理基礎(chǔ)設(shè)施提供保障。

       在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)綜合考量后設(shè)置*低照度。在機(jī)房內(nèi)部無人的情況下，將照度控制在正常照度的1/5；在人員進(jìn)入傳感器的范圍時(shí)，應(yīng)確保燈具的照度轉(zhuǎn)變成正常數(shù)值；在人員離開傳感范圍后的1min，使燈具的照度自動(dòng)變成1/5的正常照度。

圖1智能照明系統(tǒng)方案1

 

1.3.2方案2

      智能照明系統(tǒng)的方案2如圖2所示。方案2結(jié)合圖1智能照明系統(tǒng)方案1了安防系統(tǒng)，在實(shí)際應(yīng)用中，系統(tǒng)中的紅外攝影機(jī)能夠調(diào)查內(nèi)部人員的移動(dòng)信息，發(fā)送能夠使燈具開啟的信號。動(dòng)力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)能夠依照需要傳遞信號，使信號到達(dá)相應(yīng)的控制箱。控制箱能夠結(jié)合信號的具體內(nèi)容，開啟對應(yīng)區(qū)域的燈具；在人員未在區(qū)域內(nèi)移動(dòng)時(shí)，控制箱會使區(qū)域內(nèi)的燈具關(guān)閉。該智能照明系統(tǒng)利用科學(xué)利用數(shù)據(jù)中心現(xiàn)有系統(tǒng)，為跨系統(tǒng)結(jié)合提供支持，提升系統(tǒng)的智能化程度，合理控制成本，減少資源浪費(fèi)問題。

圖2智能照明系統(tǒng)方案2

      照明系統(tǒng)在數(shù)據(jù)中心有重要地位，但部分工作人員未正確認(rèn)識照明系統(tǒng)的重要性。為幫助工作人員對照明系統(tǒng)形成正確認(rèn)知，提高照明系統(tǒng)的科學(xué)性及合理性，實(shí)現(xiàn)能耗控制，文章展開研究，分析、對比不同照明系統(tǒng)的應(yīng)用。數(shù)據(jù)中心的照明系統(tǒng)主要包括日常照明與應(yīng)急照明。其中，日常照明能夠使用市電供電；應(yīng)急照明能夠使用自身的后備電源，并在供電出現(xiàn)故障問題時(shí)，依舊保持良好的工作狀態(tài)。在文章研究的案例中，4個(gè)機(jī)房的照明系統(tǒng)組成均是10路照明[2]。

2.1供電方式

      傳統(tǒng)照明系統(tǒng)、檢測式照明系統(tǒng)及智能照明系統(tǒng)方案2均利用220V市電供電，但也有差別。檢測式照明系統(tǒng)中有控制器與傳感器，通過配合使用控制器與傳感器，為照明系統(tǒng)電源的開斷提供保障，工作人員在突發(fā)狀況發(fā)生時(shí)，將通過手動(dòng)方式控制照明電源；智能照明系統(tǒng)方案2中，燈具可以使用配電箱，可以增設(shè)控制模塊，保證燈具處在正常工作狀態(tài)。

      在智能照明系統(tǒng)方案1中，所有燈具能夠與相應(yīng)的電源系統(tǒng)建立聯(lián)系，并使用交換機(jī)達(dá)到正常供電的目的。在管理主機(jī)電源與交換機(jī)建立聯(lián)系的情況下，系統(tǒng)各部分將保持在管理范圍內(nèi)，并成為綜合布線的組成部分。

      除智能照明系統(tǒng)方案1以外的其他系統(tǒng)，均能夠以UPS的方式供電（日常照明使用市電），這使供電系統(tǒng)的復(fù)雜程度顯著提高；智能照明系統(tǒng)方案1中用于應(yīng)急與日常生活的照明能夠通過UPS的方式供電，供電系統(tǒng)不復(fù)雜，但UPS的容量足夠大。

2.2設(shè)計(jì)復(fù)雜程度

      智能照明系統(tǒng)方案1組成部分較多，主要有管理平臺、網(wǎng)絡(luò)及傳感器等，且對設(shè)計(jì)有較高的要求，復(fù)雜程度較高；智能照明系統(tǒng)方案2的組成主要有以聯(lián)動(dòng)的形式調(diào)試的安防及照明系統(tǒng)，其較依賴安防系統(tǒng)的信號，且具有較高的調(diào)試操作難度；檢測式照明系統(tǒng)中存在傳感器及控制器，在設(shè)計(jì)方面的復(fù)雜度略高于傳統(tǒng)照明系統(tǒng)；傳統(tǒng)照明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)*簡單。

2.3施工難度

       在施工難度方面，智能照明系統(tǒng)方案1能夠保持在綜合形式的布線范圍內(nèi)，正式應(yīng)用時(shí)，其能夠依照具體狀況合理運(yùn)用布線橋架，且施工難度較低；方案2的施工難度與傳統(tǒng)照明系統(tǒng)的施工難度差不多，均不高；考慮到檢測式照明系統(tǒng)具有的各項(xiàng)特征，其合理設(shè)置控制器與信號線等，并接入配電箱，故而檢測式照明系統(tǒng)的施工難度顯著高于其他系統(tǒng)。

2.4調(diào)試難度

      在調(diào)試難度方面，傳統(tǒng)照明系統(tǒng)的調(diào)試中僅需要檢測照明燈具與強(qiáng)電線路，難度*低；檢測式照明系統(tǒng)不僅需要檢測強(qiáng)電線路與燈具，還要做好對安裝位置等的調(diào)試操作，合理調(diào)整不同設(shè)備的相應(yīng)參數(shù)，如傳感器的靈敏度；智能照明系統(tǒng)方案1的調(diào)試檢測弱電線路、傳感器功能、燈具等，智能照明系統(tǒng)方案2與安防系統(tǒng)建立聯(lián)系，因此智能照明系統(tǒng)的調(diào)試難度較高。

2.5成本

     在成本方面，智能照明系統(tǒng)方案1的成本是傳統(tǒng)照明系統(tǒng)的2～3倍；檢測式照明系統(tǒng)的成本是傳統(tǒng)照明系統(tǒng)的1.5倍左右；智能照明系統(tǒng)方案2的成本與傳統(tǒng)照明系統(tǒng)大致相同。

2.6運(yùn)維管理

     目前數(shù)據(jù)中心的各方面正在不斷發(fā)展，其運(yùn)維管理的標(biāo)準(zhǔn)化與規(guī)范化水平正在不斷提高，且運(yùn)維管理人員對數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施的重視程度也在不斷增加。從現(xiàn)實(shí)角度出發(fā)，可發(fā)現(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施出現(xiàn)故障的可能性較高，在發(fā)生故障問題的情況下，運(yùn)維管理人員采取相應(yīng)措施，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和定位故障，并對其進(jìn)行科學(xué)處理，防止故障問題的發(fā)生與處理對其他設(shè)備與系統(tǒng)的正常運(yùn)作產(chǎn)生影響。

      智能照明系統(tǒng)方案2、傳統(tǒng)照明系統(tǒng)及檢測式照明系統(tǒng)的燈具多應(yīng)用串聯(lián)形式，即通過1個(gè)開關(guān)控制1路燈具。這種形式不具備科學(xué)性及合理性，可能受到機(jī)房系統(tǒng)故障的干擾[3]。在智能照明系統(tǒng)方案1中，管理平臺可以利用聲音或短信的方式，輸送不同燈具與傳感器存在問題的信息，確保負(fù)責(zé)運(yùn)維的人員能夠在短時(shí)間內(nèi)發(fā)現(xiàn)設(shè)備的問題，進(jìn)而開展故障定位及處理操作。在落實(shí)運(yùn)維管理操作時(shí)，工作人員通過第三方監(jiān)控系統(tǒng)對傳統(tǒng)照明系統(tǒng)、檢測式照明系統(tǒng)及智能照明系統(tǒng)方案2的能效實(shí)施監(jiān)管，而智能照明系統(tǒng)方案1的處理方案較成熟，其相應(yīng)的后臺軟件能夠依據(jù)具體需要開展能源管理工作，并全面分析數(shù)據(jù)內(nèi)容，支持工作人員分析數(shù)據(jù)中心的能效。

      工作人員處理傳統(tǒng)照明系統(tǒng)的故障問題時(shí)，可以在短時(shí)間內(nèi)完成故障的定位與排除操作。在檢測式照明系統(tǒng)中，考慮到控制器與傳感器的問題將對機(jī)房照明系統(tǒng)造成不良影響，故障的定位與處理難度將顯著提高。在排查智能照明系統(tǒng)方案2的故障問題時(shí)，工作人員結(jié)合使用安防系統(tǒng)，以高效排查問題。在智能照明系統(tǒng)方案1中，傳感器、燈具與PoE交換機(jī)將以放射狀的形式連接，工作人員在工作過程中將高效完成相應(yīng)問題的排查與處理工作。在線路出現(xiàn)故障時(shí)，工作人員僅需要更換網(wǎng)線。更換PoE交換機(jī)時(shí)，其他照明回路的正常使用將不受影響。此外，在智能照明系統(tǒng)方案1中，燈具使用12V低電壓供電，在開展維護(hù)工作時(shí)，維護(hù)人員的生命健康安全將得到保障。

2.7能耗

     傳統(tǒng)照明系統(tǒng)主要通過手動(dòng)方式開啟或熄滅燈具，若工作人員在日常工作中忘記熄滅燈具，則全部燈具將長期保持開啟狀態(tài)，造成嚴(yán)重的能源浪費(fèi)。檢測式照明系統(tǒng)能夠通過傳感器控制回路。在日常工作中，工作人員如果進(jìn)入通道內(nèi)部，傳感器將根據(jù)人員移動(dòng)信息開啟照明系統(tǒng)。若人員僅以1個(gè)通道為基礎(chǔ)移動(dòng)，則亮起的照明回路將保持在1個(gè)；在人員離開感知范圍時(shí)，回路將在1min后熄滅。智能照明系統(tǒng)方案1能夠?qū)为?dú)的傳感器進(jìn)行設(shè)置，并在傳感器感知到人員移動(dòng)時(shí)，將照度調(diào)整到正常范圍，而其他燈具將繼續(xù)保持以往的工作狀態(tài)；在人員離開感知范圍后，燈具的照度將在1min內(nèi)轉(zhuǎn)變成正常照度的1/5。智能照明系統(tǒng)方案2能夠使用攝像頭偵測機(jī)房內(nèi)部的人員實(shí)際狀況，并控制機(jī)房內(nèi)部的燈具開關(guān)。

      分析不同照明系統(tǒng)的能耗可發(fā)現(xiàn)，檢測式照明系統(tǒng)的月平均用電量為57.42kW·h；智能照明系統(tǒng)方案2的月平均用電量為55kW·h；智能照明系統(tǒng)方案1有較強(qiáng)的優(yōu)化價(jià)值，對其采取優(yōu)化措施后，照明系統(tǒng)的能耗將降低，如在實(shí)際工作中將該系統(tǒng)設(shè)置成“人來燈亮，人走燈滅"的照明模式，則系統(tǒng)的月平均用電量為25kW·h。

3.1軟件介紹

      數(shù)據(jù)中心人流較少，面積大，機(jī)房多，合理使用照明控制系統(tǒng)，通過感應(yīng)控制做到人來燈亮，人走燈滅或保持地強(qiáng)度照明，盡量解決照明用電。

      系統(tǒng)在配電箱內(nèi)的模塊主要有總線電源、開關(guān)驅(qū)動(dòng)器、IP網(wǎng)關(guān)、耦合器、干接點(diǎn)輸入模塊等。這些模塊使用35mm標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌安裝。

      安裝在控制現(xiàn)場的模塊主要有光照度傳感器、紅外傳感器和智能面板。有人經(jīng)過可以設(shè)定紅外感應(yīng)控制亮燈，人離開后在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)熄燈，智能面板等手動(dòng)控制設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、現(xiàn)場控制和值班室遠(yuǎn)程控制相結(jié)合。

3.2 智能照明系統(tǒng)

 

     綜上所述，智能照明系統(tǒng)方案2與現(xiàn)有機(jī)房照明系統(tǒng)具有較高的匹配度，因此在數(shù)據(jù)中心中應(yīng)該重點(diǎn)應(yīng)用智能照明系統(tǒng)方案2，對其進(jìn)行合理應(yīng)用，以此控制數(shù)據(jù)中心能耗，保障整體效益，全面降低成本費(fèi)用。

【參考文獻(xiàn)】 

【1】董淑紅.數(shù)據(jù)中心照明系統(tǒng)方案對比分析[J].光源與照明,2022(5):92-94

【2】蔣歡.智能照明系統(tǒng)的優(yōu)勢及應(yīng)用[J].光源與照明,2021(1):21-22.

【3】安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊2022.5版

作者簡介：任運(yùn)業(yè)，男，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要從事數(shù)據(jù)中心的設(shè)計(jì)與應(yīng)用。