数据中心能耗构成、能耗计算指标及节能技术措施

数据中心能耗构成、能耗计算指标及节能技术措施

2016年9月20日，国家标准《数据中心 资源利用 第3部分：电能能效要求和测量方法》GB/T 32910.3-2016正式发布。该标准是在国家标准化管理委员会和工业和信息化部的共同指导下，由全国信标委信息技术与可持续发展分技术委员会具体归口管理，由中国电子技术标准化研究院牵头，在国家机关事务管理局、国家能源局、清华大学、武汉大学、国家发改委能源研究所等几十家单位和部门历时3年的编制验证最终制定完成。

该标准对电能使用效率（EEUE）的测量、计算方法进行了统一的规定，明确提出我国数据中心电能能效要求，将数据中心按其电能使用效率值的大小分为节能、较节能、合格、较耗能、高耗能共5级。同时，此标准中在充分结合我国国情的基础上，为补偿系统差异考虑数据中心采用制冷技术、使用负荷率、安全等级、所处地域不同产生的差异而制定了能耗效率值调整模型。通过该调整模型可以实现进行不同数据中心的比较，从而形成全国范围内数据中心能效的统一比对标准。

该标准的发布为推动我国数据中心行业的绿色健康发展奠定了基础。

一、数据中心能耗构成

数据中心能耗主要来源于IT 设备、照明系统、空调系统、供配电系统等。关于数据中心能耗构成的比例，国内外很多企业和学者都做了大量的调查与研究，虽然研究结果中各部分占比不尽相同，但能耗构成因素及排序基本相同。

1. IT 设备：由服务器、存储和网络通信设备等所构成的IT 设备系统所产生的功耗约占数据中心总功耗的约45%。其中服务器系统约占50% 左右，存储系统约占35%，网络通信设备约占15%。
2. 空调系统：由它所产生的功耗约占数据中心总功耗的40% 左右。空调系统已成为数据中心最大的能耗来源之一，常常被认为是当前数据中心提高能源效率的重点环节。
3. 电源系统：由输入变压器和ATS 开关所组成的UPS 输入供电系统，以及由UPS 及其相应的输入和输出配电柜所组成的UPS 供电系统，它们的功耗约占数据中心总功耗的10%左右。其中约7% 来源于UPS 供电系统，3% 左右来源于UPS输入供电系统。
4. 照明系统：数据中心照明系统约占数据中心机房总功耗的3% 左右。

二、数据中心能耗计算指标

1、PUE

PUE（Power Usage Effectiveness，电能利用效率）是国内外数据中心普遍接受和采用的一种衡量数据中心基础设施能效的综合指标，由Christian Belady 于2006 年提出，其计算公式为：

PUE = PTotal / PIT

其中，PTotal 为数据中心总耗电，PIT 为数据中心中IT设备耗电。

PUE 的实际含义，指的是计算在提供给数据中心的总电能中，有多少电能是真正应用到IT 设备上。数据中心机房的PUE 值越大，则表示制冷和供电等数据中心配套基础设施所消耗的电能越大。PUE 定义简单、易于操作，是目前业界接受程度最高、使用最广的数据中心整体能效评估指标，也是最符合“能源效率”通用定义的指标。

国外先进的数据中心机房PUE 值通常小于1.6，而我国的大多数数据中心的PUE 值大于2.0，平均值则在2.5 以上，这意味着IT 设备每耗1 度电，就有多达1.5 度的电被非IT 设备消耗掉了。

2、pPUE

pPUE（Partial PUE，局部PUE） 是数据中心PUE 概念的延伸，用于对数据中心的局部区域或设备的能效进行评估和分析。在采用pPUE 指标进行数据中心能效评测时，首先根据需要从数据中心中划分出不同的分区（也称为Zone）。其计算公式为：

pPUE1= （N1+I1）/ I1

其中，N1+I1 为1 区的总能耗，I1 为1 区的IT 设备能耗。

局部PUE 用于反映数据中心的部分设备或区域的能效情况，其数值可能大于或小于整体PUE，要提高整个数据中心的能源效率，一般要首先提升pPUE 值较大的部分设备或区域的能效。

3、CLF/PLF

制冷/ 供电负载系数分别是CLF（Cooling Load Factor，制冷负载系数）和PLF（Power Load Factor，供电负载系数）。CLF 定义为数据中心中制冷设备耗电与IT 设备耗电的比值；PLF 定义为数据中心中供配电系统耗电与IT 设备耗电的比值。

CLF 和PLF 可以看做PUE 的补充和深化，通过分别计算这两个指标，可以进一步深入分析制冷系统和供配电系统的能源效率。

4、RER

RER（Renewable Energy Ratio，可再生能源利用率）用于衡量数据中心利用可再生能源的情况，以促进太阳能、风能、水能等可再生，无碳排放或极少碳排放的能源利用。

一般情况下，RER 是指在自然界中可以循环再生的能源，主要包括太阳能、风能、水能、生物质能、地热能和海洋能等。

三、数据中心主要节能措施

根据国内外相关研究，数据中心节能涉及到建筑系统、冷却系统、IT 设备系统和电气系统等多个方面。目前主流的数据中心节能技术措施如下：

1. A级数据中心常见配电架构 2N系统——单组柴发（1组并机柜）+高压冷机

2. 数据中心：配电系统主要耗能设备：变压器 UPS HVDC

3. 数据中心：配电系统线缆传输损耗——延长高压线缆 缩短低压线缆

4. 数据中心：配电系统低压线缆传输损耗约为1%

5. IT配电——1路HVDC+1路市电：利用市电直供降低HVDC损耗

6. IT配电——1组UPS+1路市电：利用市电直供降低UPS损耗

7. IT配电——1路UPS+1路市电+小母线: 利用市电直供降低UPS损耗

8. DR配电架构——提高变压器的负载率，降低变压器运行损耗。

9. 动力设备节能措施

10. 照明节能措施

节能措施来源于【公众号：机电大巫师 数据中心】