數(shù)據(jù)中心的綠色節(jié)能照明分析
當前照明節(jié)能電源產(chǎn)品的電壓調(diào)整機構(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)由國外引進。優(yōu)點是技術(shù)現(xiàn)成，結(jié)構(gòu)簡單。
一、數(shù)據(jù)中心照明節(jié)能的前景
目前節(jié)能減排是一項國策，以往數(shù)據(jù)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(xiàn)在隨著數(shù)據(jù)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(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(jié)能電源解決這個問題，比如對于電感鎮(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)能不僅僅是幾十萬元或上百萬元的問題，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(shù)據(jù)中心來說，更換燈管不是輕而易舉的事情，運行中的數(shù)據(jù)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(shù)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(jié)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(jīng)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(shù)據(jù)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(yīng)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(shè)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(shè)計壽命。
2)節(jié)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(guān)鍵在于穩(wěn)壓，使電壓不要做過高或過低的波動，只要把住了這一關(guān)，就保證了燈具不會因過負荷而導(dǎo)致過熱，也不會因電壓太低而頻繁啟動沖擊。
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，如果將工作點從對應(yīng)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(yīng)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(wěn)定下來，即不隨著外電壓的變化而變化，那么節(jié)能和延長燈具壽命的功能就完全達到了。這就是照明節(jié)能電源的工作原理。
3)當前照明節(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(wěn)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(jié)能電源廠家的產(chǎn)品都是針對這種節(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。
當前照明節(jié)能電源產(chǎn)品的電壓調(diào)整機構(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)由國外引進。優(yōu)點是技術(shù)現(xiàn)成，結(jié)構(gòu)簡單。缺點是調(diào)整不平滑、壽命短、切換時所產(chǎn)生的電火花對外有干擾;另一種就是在上述技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的IGBT調(diào)整電路，其優(yōu)點是調(diào)整平滑、切換時無火花產(chǎn)生、壽命長等，由于技術(shù)比較先進、器件為半導(dǎo)體，價格稍微貴一些，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(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才輸出穩(wěn)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(jié)能;一般EPS的標配旁路開關(guān)都是接觸器之類，如ATS，這個開關(guān)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(guān)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(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，如果遇到消防問題，這5min將是最關(guān)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(dǎo)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(wěn)壓性能就可延長燈具壽命，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)，在切換時是不間斷的，這就完全避免了燈熄滅的問題。■
