4.2 设备用电负荷计算

数据中心工程设计中的负荷计算常用的两个方法有单位指标法和需要系数法。根据GB 51348—2019《民用建筑电气设计标准》对工程负荷计算方法的相关规定，在一个数据中心建设中，工程可行性研究阶段或方案设计阶段的负荷统计计算采用单位指标法；工程初步设计阶段和施工图设计阶段（含一阶段设计阶段）则采用需要系数法。

4.2.1 单位指标法

单位指标法分为单位面积功率法（又称负荷密度估算法）和单位设备指标法两种，在数据中心工程可行性研究或方案设计阶段中，用来对数据中心各建筑物的所有负荷进行估算。建筑用电负荷宜采用单位面积功率法计算；电子信息设备用电负荷宜采用单位设备指标法计算。

1.单位面积功率法

单位面积功率又称为单位面积负荷密度，是指负荷在数据中心单位建筑面积上的需求容量，此功率为有功功率，它是指一个数据中心建筑物的所有建筑负荷在单位面积的平均需求容量。不同建筑类型的建筑负荷在单位面积上的需求容量也不相同，其估算某一建筑物的所有建筑用电负荷 P _c 的计算公式为

式中 P ₀ ——建筑物单位面积功率，即负荷密度（W/m ² ）；

A ——建筑面积（m ² ）。

采用单位面积功率法计算出的负荷应该为估算负荷，其估算的准确度取决于单位面积功率 P ₀ 的准确程度，一般数据中心工程设计中， P ₀ 由建筑电气专业负责提出。由于我国南北气候差异很大，南方和北方两个同一类型的数据中心建筑物的单位面积建筑用功率有所不同，在选择确定一个建筑物单位面积功率时，应综合考虑多方面的因素。

在数据中心建筑负荷采用单位面积功率法计算时，其一般建筑负荷密度指标按30~70W/m ² 计算；车库的建筑负荷密度指标按8~15W/m ² 计算。

2.单位设备指标法

单位设备指标法可用来估算数据中心的电子信息设备用电负荷，即已知某类电子信息设备平均有功功率，乘以此类电子信息设备安装台数得到其用电负荷量。多台电子信息设备总的有功功率 P 的计算公式为

式中 P _e均 ——某类设备平均有功功率（W）；

N ——设备台数。

在电子信息设备功率估算时，设备平均有功功率应为设备平均运行有功功率。

数据中心的电子信息设备的平均有功功率一般在3~10kW/柜范围之间选取。

4.2.2 需要系数法

需要系数法适用于数据中心工程项目的初步设计阶段和施工图（一阶段）设计阶段的负荷计算，是数据中心变压器、备用发电机组、无功补偿容量计算的重要步骤，也是数据中心供配电系统的配置依据。

1.需要系数

一台设备或一个设备组的用电负荷计算不能简单地以一台设备或一组设备的每一台设备的额定功率之和计算，一台设备或一个设备组的需要系数与以下几个因素有关：

1）设备组的所有设备不可能同时运行。

2）每台设备的运行功率小于或等于额定功率。

3）各设备运行时产生的功率损耗。

4）配电线路产生的功率损耗。

这里需要说明的是，在数据中心各类用电设备中，常常出现备用设备。备用设备分为冷备用和热备用，冷备用设备是指那些系统正常运行时，备用设备不工作，又称为明备用；热备用是指那些系统正常运行时，也投入运行的备用设备，又称为暗备用，暗备用实际上是两个工作电源的互为备用，双重市电电源就是热备用市电电源或暗备用市电电源。

在计算变压器负荷时，冷备用设备功率不参与计算，热备用设备参与计算，但它的需要系数应合理取定。

当一台设备或一个设备组的需要系数在这台设备或这个设备组的每一台设备全部同时连续运转且以额定功率运行时才为1。实际上，数据中心每台设备或每个设备组的需要系数均小于1。由于需要系数是设备运行功率的真实反映，因此，需要系数的取值是否准确对于一个工程项目来说非常重要。

在数据中心供电系统设计中，ICT设备组的功率及需要系数由ICT设备专业提交给供配电专业。ICT设备功率通常有以下两种功率，一是铭牌功率（即额定功率），二是典型运行功率，而典型运行功率一般为铭牌功率的0.65~0.68，所以，如果提供给电源专业的ICT设备功率为铭牌功率时，其设备组的需要系数应合理设置为0.65~0.68；若提供的ICT设备功率为典型运行功率时，其功率已经考虑了需要系数，在负荷计算时，其设备组的需要系数应设置为1。现网很多数据中心配置的UPS系统出现的低带载率现象多数是由于ICT设备负荷计算偏差过大，需要系数选择不合理造成的，ICT设备的需要系数的科学取值对于数据中心用电负荷计算是非常重要的。

数据中心空调（主用）设备的需要系数应符合相关专业的负荷要求。

2.设备功率确定与计算

采用需要系数法计算设备用电负荷，首先要知道系统中的一台设备或一个设备组的额定功率（ P _e ），但设备在实际运行中所消耗的功率并不一定是额定功率。设备实际运行功率和额定功率之间的关系，取决于设备的工作状态、环境条件、设备是否有附加元件（即附加损耗）等因素。一台设备或一个设备组的功率和需要系数确定后，即可确定该设备或设备组的实际运行功率。一台设备或设备组的实际运行功率的计算公式为

式中 P _运行 ——设备或设备组的运行功率（kW）；

K _d ——设备或设备组的需要系数；

∑ P _e ——设备或设备组的额定功率之和（kW）。

4.2.3 同时系数

同时系数与需要系数的性质类似，但它们所用之处不同。一般来说，同时系数是在单台变压器容量计算时或整个建筑总负荷计算时使用；需要系数一般是在单台设备或一个设备组负荷计算时使用。

在数据中心设计时，同时系数通常是指多类多种设备用电的最大值不会同时出现，同时系数一般小于1.0。在数据中心供配电设计中，根据变压器所带负荷类别，变压器容量计算中的同时系数的取值范围为0.5~1。

数据中心用单台变压器容量计算时的同时系数取值原则如下：

1）变压器所带设备均为电子信息设备时，同时系数取0.9~1。

2）变压器所带设备为空调设备时，同时系数取0.85~0.9。

3）变压器所带设备为建筑用电设备时，同时系数取0.5~0.75。

4）变压器所带设备为混合设备时，同时系数取0.75~0.95。 8R9P/0eGxGo4uvFE7ffEXUvTbGnTaj0OgMFfhZ8tmw2gvfswXXtcBEa4v93u4ZUm