UPS設(shè)備以及以它為核心的整個(gè)供電系統(tǒng)是滿足數(shù)據(jù)中心供電質(zhì)量的最核心部分，而蓄電池又是整個(gè)系統(tǒng)中最重要的組成之一，是整個(gè)供電系統(tǒng)的”最后一道屏障”。

在UPS系統(tǒng)的故障中，與蓄電池有關(guān)的原因占30%以上。目前數(shù)據(jù)中心蓄電池技術(shù)還是以閥控鉛酸電池為主，而且據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國(guó)生產(chǎn)的鉛酸電池已經(jīng)占全球產(chǎn)量的1/3，其中一部分原因是UPS電源市場(chǎng)的快速增長(zhǎng)。隨著互聯(lián)網(wǎng)+、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等上升為國(guó)家戰(zhàn)略，進(jìn)一步加快了數(shù)據(jù)中心行業(yè)的增長(zhǎng)，帶動(dòng)了數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施相關(guān)設(shè)備的快速增長(zhǎng)。本文從大型數(shù)據(jù)中心蓄電池規(guī)劃與應(yīng)用角度出發(fā)，借鑒國(guó)內(nèi)外數(shù)據(jù)中心行業(yè)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，探討蓄電池規(guī)劃設(shè)計(jì)和實(shí)際應(yīng)用中遇到的幾個(gè)問(wèn)題和痛點(diǎn)。

痛點(diǎn)一

目前規(guī)劃設(shè)計(jì)的大型數(shù)據(jù)中心電池間面積，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì), 約占總建筑面積的3%~10%，因大型數(shù)據(jù)中心建筑面積較大，所以絕對(duì)數(shù)量不少。對(duì)于越來(lái)越多的大型數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目而言，機(jī)房面積可以說(shuō)是寸土寸金，客戶希望最大化的提高機(jī)柜數(shù)量，基礎(chǔ)設(shè)施的占地盡量小。下圖為某大型數(shù)據(jù)中心案例的電池間布置，占據(jù)了一整層的面積。在這里我們不著重探討電池間的布置方案，僅從電池間面積的絕對(duì)數(shù)量及與總建筑面積之比，就可以感受到UPS蓄電池系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)中心工藝平面規(guī)劃設(shè)計(jì)的重要影響。

數(shù)據(jù)中心蓄電池規(guī)劃設(shè)計(jì)水平的提高，依賴于蓄電池技術(shù)的創(chuàng)新提高。

目前多數(shù)數(shù)據(jù)中心采用閥控鉛酸蓄電池，隨著電池技術(shù)的發(fā)展，比如磷酸鐵鋰電池技術(shù)，由于壽命長(zhǎng)、耐高溫、體積小、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，相比傳統(tǒng)鉛酸蓄電池技術(shù)，更能體現(xiàn)“節(jié)能”、“節(jié)材”、“節(jié)地”等節(jié)能減排需求。隨著新型電池性價(jià)比提高，其尺寸和占地面積越來(lái)越小，將會(huì)對(duì)未來(lái)數(shù)據(jù)中心的規(guī)劃設(shè)計(jì)產(chǎn)生革命性的影響，對(duì)IDC行業(yè)尤甚。

痛點(diǎn)二

電池監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用。

近年來(lái)國(guó)內(nèi)數(shù)據(jù)中心行業(yè)參考、學(xué)習(xí)了很多國(guó)外先進(jìn)的理念和技術(shù)，但是電池監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用還不完善，很多已建成機(jī)房的電池系統(tǒng)沒(méi)有監(jiān)測(cè)設(shè)備或者監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)不完善，存在很大的安全隱患。從最近幾起機(jī)房電池火災(zāi)爆炸事故可以看出，電池監(jiān)測(cè)系統(tǒng)早期報(bào)警，防患未然的重要性。

如果電池故障引起UPS系統(tǒng)宕機(jī)，關(guān)鍵業(yè)務(wù)中斷，將產(chǎn)生很大的政治經(jīng)濟(jì)損失，來(lái)自行業(yè)的調(diào)查機(jī)構(gòu)顯示：金融行業(yè)的數(shù)據(jù)中心每宕機(jī)一小時(shí)的損失為1495134美元，通訊行業(yè)的數(shù)據(jù)中心每宕機(jī)一小時(shí)的損失為2066245美元。

所以在數(shù)據(jù)中心規(guī)劃設(shè)計(jì)及應(yīng)用中，對(duì)電池監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)置應(yīng)引起足夠的重視。

痛點(diǎn)三

有關(guān)閥控鉛酸蓄電池間是否按防爆設(shè)計(jì)的問(wèn)題，有關(guān)的設(shè)計(jì)規(guī)范并未統(tǒng)一，對(duì)規(guī)范解讀的差異，導(dǎo)致從規(guī)劃設(shè)計(jì)到各地消防審批及驗(yàn)收的尺度不一。

通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YD5003-2014《通信建筑工程設(shè)計(jì)規(guī)范》中的7.9條，蓄電池室設(shè)計(jì)指出：選用閥控蓄電池時(shí),樓地面、墻面、頂棚面、門(mén)窗、通風(fēng)等可按通信機(jī)房的要求設(shè)計(jì)。

11.3.6條規(guī)定：閥控式蓄電池室的照明，可按一般通信機(jī)房設(shè)計(jì)。當(dāng)蓄電池室選用防酸隔爆式蓄電池時(shí)，房間燈具采用防爆型安全燈，室內(nèi)不應(yīng)安裝電氣開(kāi)關(guān)、插座等，管線的出口和接線盒等安裝時(shí)應(yīng)密封，燈具不應(yīng)布置在電池組的正上方。

YD5003-2014這本通信行業(yè)規(guī)范認(rèn)為選用閥控鉛酸蓄電池的蓄電池室可以按正常環(huán)境設(shè)計(jì)。

國(guó)標(biāo)GB50055-2011《通用用電設(shè)備配電設(shè)計(jì)規(guī)范》中的6.0.2條規(guī)定：除固定型閥控式密閉鉛酸蓄電池、鎘鎳蓄電池外,鉛酸蓄電池與其充電用整流設(shè)備不宜裝設(shè)在同一房間內(nèi)。

國(guó)標(biāo)GB50055-2011的條文解釋指出：固定型閥控式密閉（免維護(hù)）鉛酸蓄電池與堿性鎘鎳蓄電池在充放電過(guò)程中排出的電解液氣體及氫、氧氣很少，故其充電用整流設(shè)備可裝設(shè)在同一房間內(nèi)。這條規(guī)范規(guī)定閥控鉛酸電池可以和整流設(shè)備設(shè)在一個(gè)房間，整流設(shè)備如UPS等均為非防爆設(shè)備，可以理解為閥控鉛酸電池和整流設(shè)備布置到一個(gè)房間時(shí)，可按正常環(huán)境考慮。

國(guó)標(biāo)GB50172-2012《電氣裝置安裝工程 蓄電池施工及驗(yàn)收規(guī)范》第3章“基本規(guī)定”第3.0.7條規(guī)定：蓄電池室應(yīng)采用防爆型燈具、通風(fēng)電機(jī)，室內(nèi)照明線應(yīng)采用穿管暗敷，室內(nèi)不得裝設(shè)開(kāi)關(guān)和插座。

該條的條文解釋：“為確保人身安全和設(shè)備安全，本條規(guī)定為強(qiáng)制性條文。蓄電池充、放電和運(yùn)行時(shí)，會(huì)有少量的氫氣逸出，開(kāi)關(guān)插座在操作過(guò)程中有可能產(chǎn)生電火花而引發(fā)氫氣爆炸。為了防止氫氣發(fā)生爆炸對(duì)人身安全和設(shè)備安全造成危害，規(guī)定室內(nèi)不得裝設(shè)開(kāi)關(guān)、插座，并應(yīng)采用防爆型電器”。該條表明蓄電池室存在比空氣輕的可燃?xì)怏w氫；蓄電池室整個(gè)的電力裝置設(shè)計(jì)要求按爆炸性氣體環(huán)境設(shè)計(jì)。該規(guī)范并未按照GB50058-2014 《爆炸危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求，對(duì)爆炸環(huán)境范圍進(jìn)行劃分，也未對(duì)可燃?xì)怏w濃度是否達(dá)到爆炸濃度下限進(jìn)行說(shuō)明。國(guó)標(biāo)GB50172-2012中這一強(qiáng)制性條文常常被引用作為電池室應(yīng)按防爆環(huán)境設(shè)計(jì)的依據(jù)，也作為施工驗(yàn)收的重要依據(jù)。

那么，國(guó)內(nèi)已實(shí)施數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目的實(shí)際的情況怎樣呢？以電信運(yùn)營(yíng)商為代表、以及其它大型數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目的UPS、配電柜和電池架經(jīng)常是放到一個(gè)房間，有些場(chǎng)地情況比較緊張的項(xiàng)目也采取合并房間的設(shè)計(jì)。但是UPS、配電柜、精密空調(diào)是不防爆的，那么光燈具、開(kāi)關(guān)等按防爆要求設(shè)計(jì)，是否有自相矛盾之嫌呢？

從這一問(wèn)題可以看出，當(dāng)規(guī)范的更新落后于行業(yè)的快速發(fā)展時(shí)，它可能會(huì)成為一種阻礙。

由衷的希望有關(guān)規(guī)范能夠及時(shí)地更新，更具有前瞻性，讓規(guī)范真正起到對(duì)規(guī)劃設(shè)計(jì)和實(shí)施的指導(dǎo)意義，還規(guī)范的本來(lái)面目。

痛點(diǎn)四

鉛酸蓄電池壽命普遍在5~6年，好的在7~8年。如何更好的與數(shù)據(jù)中心生命周期匹配，從而降低總的應(yīng)用成本，是擺在數(shù)據(jù)中心行業(yè)人士面前的一道難題。

可能的兩條途徑：

1.依靠技術(shù)的進(jìn)步。蓄電池技術(shù)的革命一定會(huì)深刻地影響數(shù)據(jù)中心行業(yè)未來(lái)的發(fā)展，大容量、長(zhǎng)壽命電池技術(shù)的研發(fā)，需要研究數(shù)據(jù)中心行業(yè)特點(diǎn)，與數(shù)據(jù)中心生命周期對(duì)接，從而更符合數(shù)據(jù)中心行業(yè)的需要。

2.科學(xué)的運(yùn)維，監(jiān)測(cè)。通過(guò)對(duì)蓄電池系統(tǒng)科學(xué)的運(yùn)維管理，監(jiān)測(cè)維護(hù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障隱患，從而客觀上延長(zhǎng)了蓄電池的使用壽命，降低了總體擁有成本。

痛點(diǎn)五

蓄電池對(duì)于環(huán)境的耐受性提高，有利于數(shù)據(jù)中心降低能耗。目前，鉛酸蓄電池對(duì)于環(huán)境溫度的要求還是比較高的，其最佳工作溫度為20~25 ℃。有關(guān)資料顯示，當(dāng)環(huán)境溫度在25℃時(shí)，溫度每升高6~10 ℃，閥控蓄電池的壽命縮短一半，電池循環(huán)壽命縮短。當(dāng)環(huán)境溫度降低時(shí)，電池可用容量迅速降低。高溫型閥控電池的研究為進(jìn)一步降低能耗帶來(lái)了曙光。目前在野外，通信基站機(jī)房已經(jīng)有應(yīng)用高溫型閥控電池的案例。未來(lái)隨著高溫型電池制造成本的降低，再考慮對(duì)空調(diào)需求的降低所產(chǎn)生的節(jié)能效益，相信高溫型電池技術(shù)會(huì)是未來(lái)數(shù)據(jù)中心采用的一種技術(shù)方向。

痛點(diǎn)六

在UPS及電池廠商二次深化過(guò)程中，電池系統(tǒng)直流電纜及連接條等附件的選擇是否滿足放電要求，安裝質(zhì)量是否滿足要求,這些如果處理不好，可能成為事故的故障點(diǎn)。

因?yàn)楦鲝S家UPS技術(shù)的不同，一般在項(xiàng)目中標(biāo)后會(huì)有二次深化的過(guò)程，其電池系統(tǒng)電纜及附件等往往成套由UPS廠商提供，這樣做的好處是工程的接口少，有利于責(zé)任的劃分。不利之處在于：其配套選型能力及附件質(zhì)量完全依靠其技術(shù)能力和信譽(yù)，頂尖廠家相對(duì)更可靠。已經(jīng)有因電纜及附件問(wèn)題導(dǎo)致火災(zāi)事故的情況，需要引起足夠的重視。

數(shù)據(jù)中心行業(yè)正經(jīng)歷著前所未有的建設(shè)熱潮，在這樣的大背景下，本文拋磚引玉，從大型數(shù)據(jù)中心蓄電池規(guī)劃與應(yīng)用角度出發(fā)，探討與總結(jié)了蓄電池規(guī)劃設(shè)計(jì)和實(shí)際應(yīng)用中遇到的幾個(gè)問(wèn)題和痛點(diǎn)，同時(shí)也為蓄電池新技術(shù)在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用提出新的思考和展望。如果本文中某個(gè)觀點(diǎn)能為大家?guī)?lái)啟發(fā)，就達(dá)到了本文的目的。數(shù)據(jù)中心電氣技術(shù)如浩瀚海洋，需要不斷學(xué)習(xí)，拙文恐有欠妥之處，望不吝指正，共同提高。

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