UPS設(shè)備以及以它為核心的整個供電系統(tǒng)是滿足數(shù)據(jù)中心供電質(zhì)量的相當(dāng)核心部分，而蓄電池又是整個系統(tǒng)中相當(dāng)重要的組成之一，是整個供電系統(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，中國生產(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電源市場的快速增長。隨著互聯(lián)網(wǎng)+、云計算、大數(shù)據(jù)等上升為***戰(zhàn)略，進一步加快了數(shù)據(jù)中心行業(yè)的增長，帶動了數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施相關(guān)設(shè)備的快速增長。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)，借鑒國內(nèi)外數(shù)據(jù)中心行業(yè)經(jīng)驗教訓(xùn)，探討蓄電池規(guī)劃設(shè)計和實際應(yīng)用中遇到的幾個問題和痛點。
數(shù)據(jù)中心行業(yè)供電系統(tǒng)之痛
痛點一
目前規(guī)劃設(shè)計的大型數(shù)據(jù)中心電池間面積，據(jù)不完全統(tǒng)計， 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***數(shù)量不少。對于越來越多的大型數(shù)據(jù)中心項目而言，機房面積可以說是寸土寸金，客戶希望相當(dāng)大化的提高機柜數(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***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)對數(shù)據(jù)中心工藝平面規(guī)劃設(shè)計的重要影響。
數(shù)據(jù)中心蓄電池規(guī)劃設(shè)計水平的提高，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、耐高溫、體積小、無污染等優(yōu)點，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。隨著新型電池性價比提高，其尺寸和占地面積越來越小，將會對未來數(shù)據(jù)中心的規(guī)劃設(shè)計產(chǎn)生革命性的影響，對IDC行業(yè)尤甚。
痛點二
電池監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用。
近年來國內(nèi)數(shù)據(jù)中心行業(yè)參考、學(xué)習(xí)了很多國外先進的理念和技術(shù)，但是電池監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用還不完善，很多已建成機房的電池系統(tǒng)沒有監(jiān)測設(shè)備或者監(jiān)測數(shù)據(jù)不完善，存在很大的安全隱患。從最近幾起機房電池火災(zāi)爆炸事故可以看出，電池監(jiān)測系統(tǒng)早期報警，防患未然的重要性。
如果電池故障引起UPS系統(tǒng)宕機，關(guān)鍵業(yè)務(wù)中斷，將產(chǎn)生很大的政治經(jīng)濟損失，來自行業(yè)的調(diào)查機構(gòu)顯示：金融行業(yè)的數(shù)據(jù)中心每宕機一小時的損失為1495134美元，通訊行業(yè)的數(shù)據(jù)中心每宕機一小時的損失為2066245美元。
所以在數(shù)據(jù)中心規(guī)劃設(shè)計及應(yīng)用中，對電池監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)置應(yīng)引起足夠的重視。
痛點三
有關(guān)閥控鉛酸蓄電池間是否按防爆設(shè)計的問題，有關(guān)的設(shè)計規(guī)范并未統(tǒng)一，對規(guī)范解讀的差異，導(dǎo)致從規(guī)劃設(shè)計到各地消防審批及驗收的尺度不一。
通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YD5003-2014《通信建筑工程設(shè)計規(guī)范》中的7.9條，蓄電池室設(shè)計指出：選用閥控蓄電池時，樓地面、墻面、頂棚面、門窗、通風(fēng)等可按通信機房的要求設(shè)計。
11.3.6條規(guī)定：閥控式蓄電池室的照明，可按一般通信機房設(shè)計。當(dāng)蓄電池室選用防酸隔爆式蓄電池時，房間燈具采用防爆型安全燈，室內(nèi)不應(yīng)安裝電氣開關(guān)、插座等，管線的出口和接線盒等安裝時應(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。
國標(biāo)GB50055-2011《通用用電設(shè)備配電設(shè)計規(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)。
國標(biāo)GB50055-2011的條文解釋指出：固定型閥控式密閉(免維護)鉛酸蓄電池與堿性鎘鎳蓄電池在充放電過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)備布置到一個房間時，可按正常環(huán)境考慮。
國標(biāo)GB50172-2012《電氣裝置安裝工程 蓄電池施工及驗收規(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，室內(nèi)照明線應(yīng)采用穿管暗敷，室內(nèi)不得裝設(shè)開關(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)定為強制性條文。蓄電池充、放電和運行時，會有少量的氫氣逸出，開關(guān)插座在操作過程中有可能產(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氣體氫;蓄電池室整個的電力裝置設(shè)計要求按爆炸性氣體環(huán)境設(shè)計。該規(guī)范并未按照GB50058-2014 《爆炸危險環(huán)境電力裝置設(shè)計規(guī)范》的要求，對爆炸環(huán)境范圍進行劃分，也未對可燃氣體濃度是否達到爆炸濃度下限進行說明。國標(biāo)GB50172-2012中這一強制性條文常常被引用作為電池室應(yīng)按防爆環(huán)境設(shè)計的依據(jù)，也作為施工驗收的重要依據(jù)。
那么，國內(nèi)已實施數(shù)據(jù)中心項目的實際的情況怎樣呢?以電信運營商為代表、以及其它大型數(shù)據(jù)中心項目的UPS、配電柜和電池架經(jīng)常是放到一個房間，有些場地情況比較緊張的項目也采取合并房間的設(shè)計。但是UPS、配電柜、精密空調(diào)是不防爆的，那么光燈具、開關(guān)等按防爆要求設(shè)計，是否有自相矛盾之嫌呢?
從這一問題可以看出，當(dāng)規(guī)范的更新落后于行業(yè)的快速發(fā)展時，它可能會成為一種阻礙。
由衷的希望有關(guān)規(guī)范能夠及時地更新，更具有前瞻性，讓規(guī)范真正起到對規(guī)劃設(shè)計和實施的指導(dǎo)意義，還規(guī)范的本來面目。
痛點四
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)的進步。蓄電池技術(shù)的革命一定會深刻地影響數(shù)據(jù)中心行業(yè)未來的發(fā)展，大容量、長壽命電池技術(shù)的研發(fā)，需要研究數(shù)據(jù)中心行業(yè)特點，與數(shù)據(jù)中心生命周期對接，從而更符合數(shù)據(jù)中心行業(yè)的需要。
2.科學(xué)的運維，監(jiān)測。通過對蓄電池系統(tǒng)科學(xué)的運維管理，監(jiān)測維護，及時發(fā)現(xiàn)故障隱患，從而客觀上延長了蓄電池的使用壽命，降低了總體擁有成本。
痛點五
蓄電池對于環(huán)境的耐受性提高，有利于數(shù)據(jù)中心降低能耗。目前，鉛酸蓄電池對于環(huán)境溫度的要求還是比較高的，其相當(dāng)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，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，電池可用容量迅速降低。高溫型閥控電池的研究為進一步降低能耗帶來了曙光。目前在野外，通信基站機房已經(jīng)有應(yīng)用高溫型閥控電池的案例。未來隨著高溫型電池制造成本的降低，再考慮對空調(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)會是未來數(shù)據(jù)中心采用的一種技術(shù)方向。
痛點六
在UPS及電池廠商二次深化過程中，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。
因為各廠家UPS技術(shù)的不同，一般在項目中標(biāo)后會有二次深化的過程，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，前列廠家相對更可靠。已經(jīng)有因電纜及附件問題導(dǎo)致火災(zāi)事故的情況，需要引起足夠的重視。