数据中心的绿色节能照明分析

　　一、数据中心照明 节能的前景

　　目前节能减排是一项国策，以往数据中心的照明问题一直没得到很好地重视，总觉得用电比例太小。但现在随着数据中心的集中，核心机房的面积越来越大，照明再也不是不足轻重的项目，比如一个10000m2的机房，照明按25W/m2计算，就是250kW，因是24h照明，每年就耗电2,191,250度，如果是采用电子镇流器荧光灯 ，由于效率高，总损耗也在2,500,000度;由于电子镇流器的可靠性问题尚未彻底解决，不少机房仍沿用电感整流器荧光灯照明，这种情况下的每年功耗几乎是4,000,000度。目前已有照明节能电源解决这个问题，比如对于电感镇流器荧光灯可节能30%以上，这就是1,200,000度;即使对电子镇流器荧光灯也可节能20%，这就是400,000度。这些节能不仅仅是几十万元或上百万元的问题，而是节约了污染环境的煤炭。

　　一般灯具的寿命也就是一万小时左右，两年换一次就不错了，有些地方甚至用不了一年。对于数据中心来说，更换灯管不是轻而易举的事情，运行中的数据中心管理制度严格，往往不能随坏随换，频闪的灯光会对工作人员形成干扰。另一方面，更换灯管的费用也不菲，上述机房需40W灯管数量：

　　n==2191250/4054782（支）

　　若以5元一支计算，就是273910元，每两年就需有一笔这种开支。更换时的人工、运输工具和垃圾处理费用尚需另算。而节能照明电源可将灯具的寿命延长至3～5倍，这是多么可观的经济效益和社会效益。

　　二、照明灯具损坏的机制与解决方法

　　1）气体放电灯 的特性

　　数据中心所用荧光灯和高压纳灯、金属卤素灯和水银灯等均属气体放电灯范畴，它们的连接和工作特性如图42所示。比如在正常电压U=220V时，荧光灯点燃，其工作点在图1（b）对应电流Io点的Oo点，当外界用电量减小时，比如晚上11点后，电压上升到240V，从图上看到，灯管两端的电压变化很小，但电流却从Io上升到Ih，即到了Oh点，由于灯管的功率和电流的平方（Ih2）成正比，由于过大的功耗对灯管造成了损害，使其寿命缩短;有时因电压过低，使灯管灭火，尤其在启动临界电压点，灯管频频闪烁，对灯管的损害更大，这就是灯管和其设计寿命很不吻合的主要原因。一般都是实际寿命远远小于设计寿命。

　　2）节能和延长灯具寿命的途径

　　从上面的分析可以看出，延长灯具寿命的关键在于稳压，使电压不要做过高或过低的波动，只要把住了这一关，就保证了灯具不会因过负荷而导致过热，也不会因电压太低而频繁启动冲击。

　　节能的关键是降低灯具的工作电流，从图1（b）可以看出，如果将工作点从对应Oo点的位置下移到Oe点，可以看出灯具两端的电压变化很小，但电流却小了很多，相应地功耗也就小了很多。实验证明在此情况下的亮度变化几乎人的眼睛感觉不出来。

　　如果工作点在Oe点稳定下来，即不随着外电压的变化而变化，那么节能和延长灯具寿命的功能就完全达到了。这就是照明节能电源的工作原理。

　　3）当前照明 节能电源的水平和产品

　　由于高效节能灯莫过于气体放电灯 ，这种灯都有一个起辉电压，其会后的特性几乎垂直，就是说，起辉后灯具两端的电压几乎不变，变化的只是电流，这就保证了灯光亮度的稳定性。不像白炽灯那样亮度随电压而变化。所以当前众多的照明节能电源厂家的产品都是针对这种节能灯的二次节能产品。

　　这种照明节能电源产品的主要工作过程就是在正常电压下将灯起辉，而后再将电压调整下降到指定电压，并稳定下来。

　　当前照明节能电源产品的电压调整机构分两大类：一类是利用继电器或接触器切换的阶梯式电压调整，该技术由国外引进。优点是技术现成，结构简单。缺点是调整不平滑、寿命短、切换时所产生的电火花对外有干扰;另一种就是在上述技术基础上发展起来的IGBT调整电路，其优点是调整平滑、切换时无火花产生、寿命长等，由于技术比较先进、器件为半导体，价格稍微贵一些，但这是发展方向。目前的功率已做到500kW。

　　三、EPS的误导

　　现代有一种声称照明必备的设备EPS（EmergencyUninterruptableSupply）实际上就是大功率的后备式UPS。如图2所示就是在线式UPS和后备式UPS性能比较。从图2（a）可以看出，无论UPS的输入波形和大小如何变化，它的输出的都是一个非常稳定的电压波形;而图2（b）的EPS则不然，在市电未异常前它的输出电压就是输入电压，只有市电异常比如断电时才输出稳定的正弦波。这个特性就不能保护灯具，更不能延长灯具的寿命和节能;一般EPS的标配旁路开关都是接触器之类，如ATS，这个开关平常时将市电直接引到灯具上，一旦市电断电就切换到逆变器上，这类开关的切换时间比较长，尤其是功率大一些的更是这样。往往因为它的切换时间大于气体放电灯允许的断电时间4～5mS而导致灯熄灭，气体放电灯的特性是一旦熄灭，再要起辉大约需要5min，如果遇到消防问题，这5min将是最关键的，奥运前期有的场馆采用了EPS，在一次比赛中就因切换问题而导致该场馆黑场10min，造成不良国际影响。后来采取紧急措施将EPS几乎全部改用在线式UPS，这才保证了后来的奥运会顺利进行。因此，在不得不选用EPS时，须考虑这些隐患。

　　如果用在线式UPS为这些灯具供电，它的稳压性能就可延长灯具寿命，若在UPS后面接入照明节能电源又增加了节能的功效，况且在线式UPS的旁路开关神静态开关，在切换时是不间断的，这就完全避免了灯熄灭的问题。

　　编辑：小叶