文│ 先控捷聯(lián)電源設(shè)備有限公司 陳冀生

中國電源學(xué)會專家委員會 張廣明

1 引言

數(shù)據(jù)中心節(jié)能降耗工作是艱苦而漫長的過程。首先要搞清楚數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施能耗的去向，各子系統(tǒng)的能耗狀況和降低能耗的潛力，在此基礎(chǔ)上制定出綜合治理策略，如果僅從某一層次采取孤立解決問題的戰(zhàn)略，或具備某一層次技術(shù)支持的廠商是不可能取得明顯效果。

2 數(shù)據(jù)中心能源效率指標

當前，測量數(shù)據(jù)中心能耗的指標主要用“電能使用效率”，即：

但是，為便于了解各子系統(tǒng)能耗狀態(tài)，并對新技術(shù)新方案應(yīng)用的節(jié)能效果進行評估，在進行能耗測量時又提出了另兩個指標：

（1）空調(diào)制冷負載系數(shù)CLF，即：

式中PCooling為空調(diào)制冷系統(tǒng)耗能，包括冷源（冷水機組、冷卻塔、干冷器、水泵、電動閥門、水處理設(shè)備等）、空調(diào)、濕度調(diào)節(jié)、新風(fēng)系統(tǒng)等所有設(shè)備的耗能（含空調(diào)制冷系統(tǒng)中消耗其他能源所折算出的電量消耗值）。

（2）UPS供配電負載系數(shù)PLF，即：

式中PPower為供配電系統(tǒng)耗能，包括高壓配電、變壓器、線纜傳輸、轉(zhuǎn)換開關(guān)、各級低壓配電、UPS、諧波治理等設(shè)備的耗能。

3 當前數(shù)據(jù)中心能效狀況

實際上，沒有做節(jié)能設(shè)計的機房的PUE值普遍偏高，測量數(shù)值一般在3.0左右。圖1是一個大型數(shù)據(jù)中心能效測試數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)中心設(shè)計標準符合TIA 942 IV級標準，IV級數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施配置和運行的基本情況如下：

圖1 典型的IV級數(shù)據(jù)中心能效分布

（1）交流輸入數(shù)量為二路。

（2）供電冗余2N或2（N+1）。

（3）需要全部計算機硬件有故障容錯的雙電源輸入。

（4）連續(xù)制冷。

（5）不存在單點故障（不包括人為錯誤）。

（6） 每年電力環(huán)境引起的IT停機時間（實際值）為0.4小時。

（7）整個數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)的可用性為99.995%。

從圖1可以比較清楚地看到目前典型的數(shù)據(jù)中心電能分布情況，各子系統(tǒng)的具體能耗分布如下：

①制冷系統(tǒng)的能耗約占數(shù)據(jù)中心機房總能耗的33%左右。

②空調(diào)送風(fēng)和回風(fēng)系統(tǒng)的能耗約占數(shù)據(jù)中心機房總能耗的9%左右。

③加濕系統(tǒng)的能耗約占數(shù)據(jù)中心機房總能耗的3%左右。

④UPS供電系統(tǒng)的能耗約占數(shù)據(jù)中心機房總能耗的15%左右。

⑤配電、諧波治理、變壓器等能耗約占數(shù)據(jù)中心機房總能耗的5%左右。

⑥轉(zhuǎn)換開關(guān)和線纜及其他系統(tǒng)的能耗約占數(shù)據(jù)中心機房總能耗的1%左右。

⑦照明系統(tǒng)的能耗約占數(shù)據(jù)中心機房總能耗的1%左右。

⑧機房輔助（維修和辦公）設(shè)備的能耗約占數(shù)據(jù)中心機房總能耗的2%左右。

⑨IT設(shè)備的能耗約占數(shù)據(jù)中心機房總能耗的32%左右。

圖1是沒有進行節(jié)能設(shè)計和改造且符合TIA 942 IV級標準的特例。綜合分析我國根據(jù)當前各種類型的數(shù)據(jù)中心公布的節(jié)能數(shù)據(jù)可知， PUE值均在3.0以上，特別是傳統(tǒng)的未經(jīng)節(jié)能設(shè)計的高性能數(shù)據(jù)中心，PUE測量值均在3.0左右。

4 數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施能效低下由傳統(tǒng)設(shè)計造成

數(shù)據(jù)中心從誕生到現(xiàn)在已經(jīng)有四十多年，在這漫長的發(fā)展過程中，數(shù)據(jù)中心技術(shù)也歷經(jīng)了翻天覆地的變化，而能耗問題是最近幾年才被提出。在此之前，數(shù)據(jù)中心的規(guī)劃設(shè)計和廣大工程技術(shù)人員沒有主觀地從系統(tǒng)的角度對節(jié)能降耗問題做過深入地研究，也可以說數(shù)據(jù)中心高能耗問題是采用傳統(tǒng)設(shè)計理念和建造技術(shù)的必然結(jié)果。

傳統(tǒng)IT技術(shù)、供電和散熱技術(shù)的局限與低效是能效較低的根本原因，如表1所示。

表1 傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心中IT技術(shù)和供電、散熱技術(shù)的相似之處

5 造成數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施能效低的主要原因

在數(shù)據(jù)中心機房基礎(chǔ)設(shè)施能效低的各種因素中，設(shè)備容量利用率低是最主要原因。

5.1 設(shè)備利用率低是數(shù)據(jù)中心機房基礎(chǔ)設(shè)施主要特征之一

在數(shù)據(jù)中心機房基礎(chǔ)設(shè)施中，供電和制冷設(shè)備普遍存在著低于額定容量下工作的現(xiàn)象，原因有以下四個方面：

（1）IT實際負載低于系統(tǒng)設(shè)計（統(tǒng)計）容量，一般來說實際負載是系統(tǒng)設(shè)計（統(tǒng)計）容量的70%。

（2）出于可靠性的考慮，設(shè)計和設(shè)備選用時有意使用過度規(guī)劃的組件，以提供安全余量（20%～25%的降額）?？煽啃缘目紤]，同時通常對關(guān)鍵的環(huán)節(jié)或可靠性薄弱的設(shè)備采用容錯冗余配置，當采用2N配置時，設(shè)備實際的輸出容量又降低50%。

（3）考慮到在生命周期內(nèi)要適應(yīng)負載的多樣性、不確定性和可能出現(xiàn)的擴容需求，規(guī)劃設(shè)計時通常要過度規(guī)劃配電系統(tǒng)容量，典型的配電環(huán)節(jié)和各級開關(guān)的過度規(guī)劃量大致為30%～100%。

5.2 設(shè)備損耗類型與負載量的關(guān)系

設(shè)備的損耗有三種類型，如圖2所示。

（2）比例損耗：損耗百分比不變。

（3）平方律損耗：損耗百分比與負載電流（包括諧波電流）的平方成正比。

表2是數(shù)據(jù)中心機房基礎(chǔ)設(shè)施各種設(shè)備在額定值負載情況下的典型電能損耗。

表2

設(shè)備的運行效率實際上就是輸送給負載功率的百分比。第三種損耗雖然隨著輸出電流的增加會減少輸送給負載功率的百分比，但這部分損耗主要表現(xiàn)在主電路輸入、輸出導(dǎo)線和開關(guān)器件上，數(shù)值較小。第二種損耗的百分比與負載無關(guān)，所以不會隨著輸出負荷的增加而影響輸送給負載功率的百分比。只有第一種損耗百分比是隨著負載的增加而減少，所以輸送給負載的功率百分比會隨著負載量的增加而增大，即工作效率會隨著輸出負載的增加而提高。以UPS設(shè)備為例，圖3和圖4說明兩者關(guān)系。

圖3 設(shè)備損耗類型及對工作效率的影響

圖2 三種損耗比例及其與負載量的關(guān)系

（1）空載損耗：損耗值與設(shè)備額定容量有關(guān)，損耗百分比隨著負載的減少而增加。

圖3是UPS設(shè)備自身損耗和傳送給負載功率的比例，當負載量達到設(shè)計額定值的90%時，雖然設(shè)備的比率損耗和平方律損耗都有所增加，但傳送給負載功率的百分比可達91%。當負載量只有設(shè)計額定值的20%時，雖然設(shè)備的比率損耗和平方律損耗都減少，但是由于設(shè)備空載損耗并沒有隨著負載的下降而減少，所以傳送負載功率的百分比只有75%。把自身損耗和傳送給負載功率的比例以縱坐標表示出來，就是典型的當前UPS設(shè)備的效率曲線。

圖4 數(shù)據(jù)中心機房基礎(chǔ)設(shè)施用電效率與實際負載的關(guān)系

圖4更直接地反映了數(shù)據(jù)中心機房基礎(chǔ)設(shè)施用電效率DCIE和能效比PUE與實際負載的關(guān)系。在機房基礎(chǔ)設(shè)施不做節(jié)能改造的情況下，如果提高容量利用率，便可改善系統(tǒng)的PUE值。

以上分析的結(jié)論證明，提高容量利用率是提高設(shè)備運行效率的關(guān)鍵。

6 數(shù)據(jù)中心的節(jié)能策略

數(shù)據(jù)中心節(jié)能降耗的最終效果體現(xiàn)在降低數(shù)據(jù)中心總設(shè)備能耗。從能效指標PUE可以看出，數(shù)據(jù)中心總能耗主要由兩個因素決定。

（1）IT設(shè)備能耗。這部分能耗對數(shù)據(jù)中心總設(shè)備能耗的影響主要表現(xiàn)在IT設(shè)備能耗與PUE的乘積上。如果數(shù)據(jù)中心能耗指標PUE=3.0，當IT設(shè)備能耗降低1kW時，則數(shù)據(jù)中心總能耗就可降低3kW。數(shù)據(jù)中心PUE值越高，降低IT設(shè)備能耗的作用越明顯。

（2）能耗指標PUE。PUE是在IT設(shè)備能耗為1.0的情況下計算得出，所以PUE主要是由數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備的能耗所決定。確切地說，主要是由供電、制冷等系統(tǒng)能耗所決定。

明確以上關(guān)系后，節(jié)能降耗方面就能有清晰的工作重點。

6.1 降低IT設(shè)備能耗和提高基礎(chǔ)設(shè)施能效并舉

數(shù)據(jù)中心節(jié)能降耗應(yīng)從兩個方面入手，第一是減少數(shù)據(jù)中心IT設(shè)備對電能的需求，降低其能耗和發(fā)熱量；第二是提高供電和制冷系統(tǒng)的效率，減少不必要的浪費。

數(shù)據(jù)中心在這兩個方面都存在很多問題：一方面，IT技術(shù)迫于應(yīng)用發(fā)展的壓力不斷增加設(shè)備數(shù)量，提高計算密度，造成更大能源需求壓力；另一方面，由于基礎(chǔ)設(shè)施方案、設(shè)備和結(jié)構(gòu)布局的不合理，特別在低效的供電和制冷系統(tǒng)等方面，又浪費了大量能源。

減少數(shù)據(jù)中心對能量的需求，可使數(shù)據(jù)中心原有的供電和制冷容量滿足數(shù)據(jù)中心更長時期的擴展需求，改變或延緩機構(gòu)建立新的數(shù)據(jù)中心計劃。傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心通常是采用超額供應(yīng)策略來滿足未來擴展的需求，不僅IT設(shè)備超額供應(yīng)，供電和制冷基礎(chǔ)設(shè)施也超額供應(yīng)，這必然造成數(shù)據(jù)中心成本（購置成本和運營成本）的增加。

采用低功耗的芯片、節(jié)能外設(shè)以及節(jié)能服務(wù)器可以有效地減少數(shù)據(jù)中心的能量需求；從整體布局角度分析，可以全面采用虛擬化技術(shù)以及實施服務(wù)器和存儲整合解決方案，減少數(shù)據(jù)中心服務(wù)器數(shù)量和存儲容量冗余，以及采用水冷卻機柜提高功率密度、降低能耗等措施，既滿足業(yè)務(wù)需求，又降低數(shù)據(jù)中心對供電和散熱的總需求。

6.2 綜合節(jié)能策略

數(shù)據(jù)中心的節(jié)能降耗應(yīng)采用綜合節(jié)能策略，貫穿于從規(guī)劃、設(shè)計、建造、設(shè)備選型、維護管理等全過程，涉及從IT設(shè)備芯片和器件，到服務(wù)器和存儲等設(shè)備、放置各種設(shè)備的機架，再到整個數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施（機房建設(shè)、供電、制冷等）。任何試圖僅從某一層次孤立解決問題的戰(zhàn)略，或只具有某一層次技術(shù)支持的廠商都不可能取得成功。

綜合節(jié)能策略概括起來應(yīng)包括以下幾個方面：

（1）IT設(shè)備節(jié)能組件包括：以節(jié)能組件設(shè)計，節(jié)能的服務(wù)器與存儲設(shè)備，刀片系統(tǒng)與熱量智能控制技術(shù)，機內(nèi)高效電源。

（2）IT動態(tài)節(jié)能管理包括：虛擬化技術(shù)，提高系統(tǒng)利用率，電源智能管理。

（3）基礎(chǔ)設(shè)施節(jié)能優(yōu)化包括：提高設(shè)備利用率，高效供電系統(tǒng)和設(shè)備，動態(tài)智能散熱技術(shù)，緊耦合散熱技術(shù)，機架水冷卻技術(shù)。

（4）節(jié)能咨詢與服務(wù)包括：數(shù)據(jù)中心節(jié)能策略和規(guī)劃，電力審計，制定環(huán)境改造計劃，規(guī)劃和運行能耗評估。

大部分數(shù)據(jù)中心在規(guī)劃之初，要想做到準確規(guī)劃IT設(shè)備的具體型號、裝機數(shù)量和電力需求具有相當大的難度，尤其是遠期規(guī)劃則更加難以預(yù)測。因此，在數(shù)據(jù)中心的規(guī)劃建設(shè)過程中，只能依據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)和同行業(yè)現(xiàn)狀，給出IT設(shè)備的總體能耗指標，提供數(shù)據(jù)中心的最大服務(wù)能力。

6.3 機房建筑與布局的節(jié)能策略

綠色數(shù)據(jù)中心首先應(yīng)當考慮的應(yīng)用對象便是綠色建筑。建筑物圍護結(jié)構(gòu)的能耗在數(shù)據(jù)中心總體能耗中也占有一定的比例，也是節(jié)能降耗應(yīng)該重點關(guān)注的一個方面。

在設(shè)計數(shù)據(jù)中心機房圍護結(jié)構(gòu)時要考慮的主要問題之一是熱隔離性能。由于機房中有大量的IT設(shè)備產(chǎn)生熱量，冬季氣溫較低時，圍護結(jié)構(gòu)只能將少部分熱量帶走，大部分熱量需要空調(diào)系統(tǒng)進行換熱。夏季氣溫較高時，圍護結(jié)構(gòu)能有效地影響機房內(nèi)的溫度。因此，為了減小對圍護結(jié)構(gòu)的影響，就需要使機房墻體具備較好的熱隔離保溫功能。

首先要做好機房的空間與平面布局規(guī)劃，確定機房的場地分隔、工作流程以及建筑工藝?，F(xiàn)行數(shù)據(jù)中心通常采用機房密閉護圍、大空間、少隔斷、適宜的空間容積、人機區(qū)域分離等。主機房內(nèi)各IT關(guān)鍵設(shè)備區(qū)域用房應(yīng)集中（相鄰）布置，其他支持區(qū)和輔助房室內(nèi)溫、濕度要求相近的房間也應(yīng)相鄰布置。在數(shù)據(jù)中心IT關(guān)鍵設(shè)備區(qū)域布置中，應(yīng)根據(jù)IT關(guān)鍵設(shè)備種類、系統(tǒng)特性、設(shè)備的發(fā)熱量、機柜布置密度、設(shè)備與機柜的冷卻方式等，綜合考慮數(shù)據(jù)中心機房區(qū)域、機柜列組、機柜內(nèi)部三個層面的精密空調(diào)設(shè)備制冷的氣流組織。包括空調(diào)設(shè)備的位置布置、送回風(fēng)方式、送風(fēng)口和回風(fēng)口設(shè)置等。采用“冷通道”與“熱通道”的送回風(fēng)通道、平衡和散列高密度機柜中的設(shè)備布置等，這些都是當代數(shù)據(jù)中心空間與平面布局的設(shè)計理念與節(jié)能策略。

對于建筑體內(nèi)的數(shù)據(jù)中心機房區(qū)域，需要在符合《公共建筑節(jié)能設(shè)計標準》的前提下，加強對數(shù)據(jù)中心機房區(qū)域進行建筑熱工復(fù)合計算和設(shè)計處理。同時，根據(jù)數(shù)據(jù)中心所在外部環(huán)境、主機房區(qū)域的內(nèi)外部環(huán)境以及主機房內(nèi)各功能區(qū)的內(nèi)部環(huán)境，對IT關(guān)鍵設(shè)備區(qū)域加強措施，合理計算保溫隔熱的熱工參數(shù)，選擇適宜的圍護結(jié)構(gòu)與材料。在可能的條件下，使用傳熱系數(shù)（K）值小的絕熱材料。對頂、地、墻的六方體進行隔熱，以減小圍護結(jié)構(gòu)四周的傳熱系數(shù)，將數(shù)據(jù)中心的機房區(qū)域包裹起來，可以達到較好的密閉、保溫、節(jié)能效果。

對數(shù)據(jù)中心的主機房區(qū)域應(yīng)當采用無窗密閉護圍，以避免和減少進入室內(nèi)的太陽輻射以及窗或透明幕墻的溫差傳熱。對數(shù)據(jù)中心的支持區(qū)和輔助房間等功能區(qū)采用有窗玻璃護圍時，應(yīng)該控制建筑朝向及窗墻面積比，采用雙層玻璃窗或low-e玻璃（幕墻），并輔助采用遮陽設(shè)施（外遮陽、內(nèi)遮陽等）以減少太陽輻射量。

6.4 供電系統(tǒng)的節(jié)能策略

圖5是一個典型的數(shù)據(jù)中心供電配置系統(tǒng)示意圖。在一個高性能的數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)基礎(chǔ)架構(gòu)中，圖5所列出的配電環(huán)節(jié)和相應(yīng)的設(shè)備都是必不可少的。在評估或測試數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)效率時，一是要考察系統(tǒng)中所有環(huán)節(jié)和設(shè)備的能耗，而不是僅由主要設(shè)備（例如UPS）來確定系統(tǒng)的效率。系統(tǒng)中的配電、變壓器、轉(zhuǎn)換開關(guān)、諧波治理、線纜等都消耗輸入功率；二是不應(yīng)只考察所用設(shè)備的標稱效率，而應(yīng)考察系統(tǒng)中所有設(shè)備在實際運行狀態(tài)下的效率。絕大部分設(shè)備的標稱效率是較高，例如UPS設(shè)備，盡管它的工作效率在系統(tǒng)所有設(shè)備中是最低的，但當前的UPS設(shè)備的標稱效率均在92%左右，很多大功率（特別是由無輸出變壓器電路組成的UPS）其滿載標稱效率可達94%以上，但在系統(tǒng)中實際的負載量與實際的工作效率要低得多。當然，供電系統(tǒng)中的其他設(shè)備工作效率同樣是隨著實際工作容量的減少而降低。

供電系統(tǒng)的節(jié)能主要依靠系統(tǒng)設(shè)計、提高產(chǎn)品性能。對于機房供電系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計應(yīng)注意以下幾個方面：

（1）合理規(guī)劃供電系統(tǒng)裕量和系統(tǒng)冗余度，避免過度規(guī)劃。應(yīng)盡可能采用允許電源基礎(chǔ)設(shè)施隨著負載的增加而增大的模塊化架構(gòu)。

（2）應(yīng)當關(guān)注電力傳輸電纜的經(jīng)濟性，在電纜線損與價格上尋找平衡點，選用高效的變壓器、轉(zhuǎn)換開關(guān)、諧波治理、配電等供電設(shè)備。

（3）供電系統(tǒng)中的無功功率主要是由高次諧波造成，治理諧波對降低設(shè)備和傳輸損耗，提高電能的使用效率至關(guān)重要，特別是要選用高輸入功率因數(shù)的UPS設(shè)備。

（4）選擇高效UPS電源系統(tǒng)。重點觀察設(shè)備在實際負荷情況下是否處于高效狀態(tài)，目前UPS特別是無輸出變壓器UPS系統(tǒng)的效率在很大的負載范圍內(nèi)都可達到94%。

6.5 制冷系統(tǒng)的節(jié)能策略

最近幾年來，為了應(yīng)對數(shù)據(jù)中心高能耗和高密度計算產(chǎn)生的巨大熱量以及局部高溫的難題，制冷系統(tǒng)從設(shè)計理念到新技術(shù)的應(yīng)用都發(fā)生了巨大的變化。圖6是傳統(tǒng)的未經(jīng)節(jié)能設(shè)計和改造的數(shù)據(jù)中心能耗狀況示意圖，從中可清楚地看到，在房間制冷的狀態(tài)下系統(tǒng)能耗分布情況。

圖5 典型的數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)配置

圖6 傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心能耗的分布示意圖

從圖6可以看出，在傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)能耗指標PUE=3.0的情況下，制冷系統(tǒng)占1.55，也就是說，當IT負載功率為100kW時，制冷系統(tǒng)要消耗155kW的功率。其中，濕度調(diào)節(jié)消耗10kW，空調(diào)（空調(diào)設(shè)備自身損耗+冷熱氣流輸送風(fēng)機功率）消耗30kW，制冷消耗115kW。機房的熱源除IT設(shè)備100kW之外，還包括照明及輔助用電設(shè)備消耗10kW、UPS供電損耗20kW、諧波治理及其他供電設(shè)備損耗15kW、空調(diào)送風(fēng)及濕度調(diào)節(jié)設(shè)備損耗40kW，再加上機房防護結(jié)構(gòu)的傳熱和冷氣的泄漏損耗等。要抵消這些熱源產(chǎn)生的熱量大概需要200kW左右的冷量。但是，按照空調(diào)機制冷能效比為1:3的情況，110kW的制冷功率可產(chǎn)生330kW的冷量，這之間巨大的差距是空調(diào)制冷效率降低造成的。在實際運行中，空調(diào)機制冷效率根本得不到充分的發(fā)揮，影響空調(diào)機制冷效率的主要因素有空調(diào)布局和氣流組織問題，造成空調(diào)回風(fēng)溫度降低，室外與室內(nèi)機的匹配問題、多臺空調(diào)機制冷和濕度調(diào)節(jié)運行狀態(tài)的設(shè)置問題等。在諸多原因中，冷熱氣流直接混合是最主要的原因，因此改善機房內(nèi)的氣流組織變得非常重要。

在當代的數(shù)據(jù)中心里，制冷系統(tǒng)的設(shè)計主要是針對制冷功率，而采取的措施包括：采用盲板（空氣擋板）防止熱空氣在機柜內(nèi)循環(huán)；機架擺放采用冷、熱通道的布局；空調(diào)機應(yīng)正確安放；提高活動地板鋪高，重視機房（特別注意活動地板下送風(fēng)夾層）的密封；關(guān)注機架制冷效果，提高機房室內(nèi)溫度；采用不停電供電及冷凍水空調(diào)系統(tǒng)；針對熱點緊靠熱源制冷；在高密度區(qū)采用氣流遏制系統(tǒng)（冷通道或熱通道封閉）；采用自由制冷技術(shù)。

7 數(shù)據(jù)中心能效測量與評估

當前數(shù)據(jù)中心節(jié)能降耗工作存在的問題是：缺乏指導(dǎo)性的標準；缺乏科學(xué)的能耗測量方法；缺乏節(jié)能規(guī)劃、設(shè)計和節(jié)能技術(shù)改造的數(shù)字依據(jù)；缺乏節(jié)能規(guī)劃、設(shè)計和節(jié)能技術(shù)改造的評估和驗收標準。

采用正確的能效測量方法才能真實地反映所建數(shù)據(jù)中心的能效狀況，就目前情況看，以下幾點是對數(shù)據(jù)中心能效測量時必須注意的問題和遵守的原則。

7.1 數(shù)據(jù)中心能耗測量和統(tǒng)計范圍

以下是能效測量時應(yīng)該明確的測量范圍及相關(guān)的定義：

（1）測量和統(tǒng)計的區(qū)域

①數(shù)據(jù)中心主機房包括：服務(wù)器機房、網(wǎng)絡(luò)機房、存儲機房等功能區(qū)域。

②數(shù)據(jù)中心輔助區(qū)包括：電信進線間、測試機房、IT監(jiān)控室、備件庫、維修室等區(qū)域。

③數(shù)據(jù)中心支持區(qū)包括：變配電室、發(fā)電機房、UPS 室、電池室、空調(diào)機房、新風(fēng)機房、動力站房、環(huán)境、動力監(jiān)控值班室、消防設(shè)施用房、消防和安防控制室等。

④行政管理區(qū)包括：工作人員辦公室、門廳、值班室、盥洗室、更衣間等。

（2）數(shù)據(jù)中心總能耗

①IT設(shè)備耗能。

②數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施耗能：包括供配電系統(tǒng)、UPS系統(tǒng)、空調(diào)制冷系統(tǒng)、消防、安防、環(huán)境動力監(jiān)控、機房照明等數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備的耗能。

（3）IT設(shè)備

包括計算機、通信設(shè)備、處理設(shè)備、控制設(shè)備及其相關(guān)的配套設(shè)施構(gòu)成，按照一定的應(yīng)用目的和規(guī)則，對信息進行采集、加工、存儲、傳輸、檢索等處理的人機系統(tǒng)稱為電子信息系統(tǒng)。

（4）輸入能源

①主供電電網(wǎng)。

②備用發(fā)電機。

③非主供電電網(wǎng)（由個別設(shè)備引入）。

④太陽能、風(fēng)能等再生能源，最終都以輸入到數(shù)據(jù)中心的電能表示。

（5）供配電系統(tǒng)

供電系統(tǒng)由高壓配電、變壓器、配電柜、線纜傳輸、UPS系統(tǒng)、空調(diào)制冷系統(tǒng)配電、安全、照明配電、列頭柜、機架PDU等組成。

（6）UPS系統(tǒng)

包括輸入配電、輸出配電、UPS主機（單機、冗余并機）、電池、并機柜等。

（7）空調(diào)制冷系統(tǒng)

①機房內(nèi)使用的空調(diào)設(shè)備包括機房專用空調(diào)機、濕度調(diào)節(jié)設(shè)備等。

②冷源的設(shè)備包括風(fēng)冷室外機、冷水機組、冷卻塔、干冷器、水泵、電動閥門、水處理設(shè)備等。

③新風(fēng)系統(tǒng)包括新風(fēng)預(yù)處理機和送風(fēng)系統(tǒng)等。

（8）其他設(shè)施

包括照明設(shè)備、安防設(shè)備、消防滅火設(shè)備、傳感器以及數(shù)據(jù)中心的管理系統(tǒng)等。

7.2 測量周期和頻率

能耗指標的數(shù)值受各種因素影響，會隨季節(jié)、節(jié)假日和每天忙閑時段的改變發(fā)生變化，因此為全面準確了解數(shù)據(jù)中心的能效，應(yīng)采用固定測量儀表，對數(shù)據(jù)中心能耗進行持續(xù)、長期的測量和記錄。測量的周期和頻率如下：

（1）每年測量4次，分別在春季、夏季、秋季、冬季進行測量。

（2）每個時段測量時間間隔不少于3天。

（3）每天測量不少于2次，分別在數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)忙時和閑時進行測量。

（4）每次測量不少于1小時，取穩(wěn)定數(shù)值或3次測量的平均值。

注意：在每次測量時，要對各點和各環(huán)節(jié)測量的同時性。

7.3 對共用供電系統(tǒng)的測量

在進行數(shù)據(jù)中心能效測量時，要把供電系統(tǒng)分為兩種類型，即獨立供電系統(tǒng)、共用供電系統(tǒng)。

（1）獨立供電系統(tǒng)：為數(shù)據(jù)中心配置的主供電電網(wǎng)（包括備用發(fā)電機）只對本數(shù)據(jù)中心供電，本數(shù)據(jù)中心的主機房、輔助區(qū)、支持區(qū)和行政管理區(qū)內(nèi)的所有設(shè)備都由主供電電網(wǎng)供電。

（2）共用供電系統(tǒng)：為數(shù)據(jù)中心配置的主供電電網(wǎng)（包括備用發(fā)電機）可能還向數(shù)據(jù)中心之外的用電設(shè)備供電，本數(shù)據(jù)中心的主機房、輔助區(qū)、支持區(qū)和行政管理區(qū)內(nèi)的個別設(shè)備可能由建筑物內(nèi)的其他電網(wǎng)供電。

對獨立供電系統(tǒng)的能耗的測量要相對簡單些，只要測量出IT設(shè)備的實際運行能耗和主輸入線路的總功率輸入就可以。但是對共用供電系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心測量或者是獨立供電系統(tǒng)時，需要對數(shù)據(jù)中心內(nèi)局部（子系統(tǒng)）進行測量時，因為輸入總功率除來自主輸入線路外，系統(tǒng)中主機房的冷源（例如集中空調(diào)、水冷等）、非主機房區(qū)域的安全、照明及輔助設(shè)備等，可能是由所在地區(qū)和建筑物的其他供電線路提供，所以在測量和統(tǒng)計總輸入功率時應(yīng)注意以下幾點：

①總輸入功率應(yīng)包括主機房、輔助區(qū)、支持區(qū)和行政管理區(qū)內(nèi)所有的與數(shù)據(jù)中心有關(guān)的用電設(shè)備功率。

②測量非主供電線路的輸入功率時，應(yīng)考慮非主供電線路輸入功率的上級設(shè)備（變壓器、配電和線纜傳輸）的效率，也就是說要在這部分功率的數(shù)值上除以上級設(shè)備的效率。通常配電和線纜傳輸?shù)男实湫椭翟?8.5%～99%之間，輸入變壓器的效率的典型值在98%～98.5%之間。

③當很難對非主供電設(shè)備用電功率進行準確的測量時（例如建筑物集中空調(diào)、水冷冷源及室外設(shè)備、安全照明設(shè)備等），可采用折算的辦法進行估算，折算辦法包括：用共用供電系統(tǒng)各部分的設(shè)備的額定功率分攤；用共用供電系統(tǒng)各部分的面積或空間（例如照明和制冷）分攤功率；用共用供電系統(tǒng)各部分的電費分攤功率。

7.4 數(shù)據(jù)中心能效狀態(tài)評估

能效狀態(tài)評估的前提是對數(shù)據(jù)中心能效的正確測量和符合實際情況的能耗測量數(shù)據(jù)進行整理，評估內(nèi)容應(yīng)包括：

（1）針對整個數(shù)據(jù)中心能效狀態(tài)（PUE）對數(shù)據(jù)中心規(guī)劃、選址、可用性、節(jié)能設(shè)計等做出綜合性評估，并對存在問題和改進措施進行可行性分析。

（2）針對供電系統(tǒng)能效狀態(tài)（PLF）對供電系統(tǒng)方案、供電設(shè)備運行狀態(tài)和效率等做出評估，并對存在問題和改進措施做可行性分析。

（3）針對制冷系統(tǒng)能效狀（CLF）態(tài)對空調(diào)制冷方案、設(shè)備運行狀態(tài)和工作效率、機房氣流組織狀態(tài)等做出評估，并對存在問題和改進措施進行可行性分析。

即使在測量中采用了相同的指標定義、測量點、測量周期和測量工具，數(shù)據(jù)中心的能效仍然會因為其所在地理位置、功率密度、機房規(guī)劃等級、主要業(yè)務(wù)類型、IT設(shè)備上架率、運維管理上的差別等不同而產(chǎn)生明顯差異。為更加全面、準確地反映數(shù)據(jù)中心能效，在公布能效指標數(shù)值時，應(yīng)包括數(shù)據(jù)中心所在的地理位置，至少精確到具體的城市；數(shù)據(jù)中心能效測試的方法和具體時間段、頻率、室內(nèi)外溫濕度等；數(shù)據(jù)中心的設(shè)計平均機架功率密度、最大機架功率密度、最小機架功率密度；數(shù)據(jù)中心規(guī)模以總電容量計算（kW）；數(shù)據(jù)中心實際使用率（上架IT設(shè)備功率占總設(shè)計IT功率的比例）；數(shù)據(jù)中心建筑形式（單體機房、與辦公等混用或者模塊化、集裝箱式等）；數(shù)據(jù)中心用途，政府或事業(yè)單位、企業(yè)應(yīng)用、互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用、客戶設(shè)備托管等；數(shù)據(jù)中心供電和制冷方式，例如高壓直流供電，風(fēng)冷/水冷式空調(diào)、自然冷源（說明年使用時）；是否采用了間接測量和估算方法，估算時的測量點、熱負荷比例和估算方法等。