一、引述

1、關(guān)于數(shù)據(jù)中心的電能消耗

數(shù)據(jù)中心（Data Center）已成為我國(guó)重要的關(guān)鍵信息基礎(chǔ)設(shè)施，在數(shù)字中國(guó)戰(zhàn)略中發(fā)揮著重大作用。目前，在我國(guó)的政策的引領(lǐng)與市場(chǎng)需求的雙驅(qū)動(dòng)下，其數(shù)據(jù)中心的布局建設(shè)已遍布我國(guó)東西南北中，以2017年為例，截止到年底，其各類(lèi)應(yīng)用的在用數(shù)據(jù)中心28.5萬(wàn)個(gè)，機(jī)架總規(guī)模達(dá)到了479萬(wàn)架。然而，對(duì)于數(shù)據(jù)中心的發(fā)展，面臨著一個(gè)突出的、不可忽視的問(wèn)題就是數(shù)據(jù)中心的電能消耗問(wèn)題。這是因?yàn)椋瑪?shù)據(jù)中心內(nèi)放置安裝有大量地IT設(shè)備（服務(wù)器設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、存儲(chǔ)設(shè)備等）和輔助設(shè)施（動(dòng)力設(shè)備、空調(diào)及制冷設(shè)備、消防設(shè)備、環(huán)境與安防監(jiān)控設(shè)備、照明等其它配套設(shè)施），關(guān)于數(shù)據(jù)中心的耗電設(shè)備的種類(lèi)詳見(jiàn)下表1-1。因此，其數(shù)據(jù)中心耗電量是個(gè)非常驚人的數(shù)字，仍以2017年為例，在如此規(guī)模的數(shù)據(jù)中心的數(shù)量下，其全年耗電量超過(guò)1200億千瓦時(shí)，約占我國(guó)全社會(huì)用電量的2%。鑒于此，有效提高數(shù)據(jù)中心的電能利用效率，大力實(shí)施綠色數(shù)據(jù)中心建設(shè)勢(shì)，是在必行且刻不容緩的。

表 1-1：數(shù)據(jù)中心耗電的設(shè)備詳細(xì)分類(lèi)

欲具體了解數(shù)據(jù)中心介紹的請(qǐng)進(jìn)入。

對(duì)于數(shù)據(jù)中心的電能消耗是一個(gè)無(wú)可爭(zhēng)辯的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，數(shù)據(jù)中心的存在它必然要耗電。然而，實(shí)質(zhì)上，數(shù)據(jù)中心中IT設(shè)備的耗能才是數(shù)據(jù)中心中有意義的能耗。因此，人們把數(shù)據(jù)中心的總耗電量與數(shù)據(jù)中心IT設(shè)備耗電量的比值稱(chēng)為數(shù)據(jù)中心電能利用效率（PUE）。鑒于此，提高數(shù)據(jù)中心電能利用效率（PUE），成為數(shù)據(jù)中心節(jié)能綠色建設(shè)的重中之重。

2、關(guān)于數(shù)據(jù)中心的電能利用效率（PUE）

數(shù)據(jù)中心的電能利用效率（PUE，Power Usage Effectiveness）是國(guó)內(nèi)外數(shù)據(jù)中心普遍采用和接受的一種衡量數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施能效的綜合指標(biāo)。根據(jù)其定義，PUE計(jì)算公式應(yīng)為下式。PUE的實(shí)際含義，是計(jì)算在提供給數(shù)據(jù)中心的總電能中，有多少電能是真正用到IT設(shè)備上。

PUE = 數(shù)據(jù)中心的總耗電量（P_T）/ 數(shù)據(jù)中心IT設(shè)備的耗電量（P_IT）

數(shù)據(jù)中心的總耗電量（P_T）是維持?jǐn)?shù)據(jù)中心正常運(yùn)行的所有耗電，包括表1-1中的IT設(shè)備、制冷設(shè)備、供配電系統(tǒng)設(shè)備和其它設(shè)施的耗電量的總和。注意，如果數(shù)據(jù)中心所在建筑同時(shí)用于辦公室等其它用途，則辦公室等所消耗的電能不包括在P_T之中。數(shù)據(jù)中心IT設(shè)備的耗電量（P_IT）應(yīng)是包括表1-1中所指IT設(shè)備用電量的綜合。

數(shù)據(jù)中心的電能利用效率（PUE）簡(jiǎn)單易于操作，只需分別測(cè)量出數(shù)據(jù)中心總耗電和IT設(shè)備耗電，就能立即計(jì)算出整個(gè)數(shù)據(jù)中心的PUE值。PUE指標(biāo)是作為衡量數(shù)據(jù)中心能效的量化標(biāo)準(zhǔn)，其主要作用詳見(jiàn)下表1-2。根據(jù)PUE的定義。PUE的取值范圍應(yīng)為1.0~∞，PUE值越大，表明數(shù)據(jù)中心除IT設(shè)備之外的其它設(shè)備（見(jiàn)表1-1）所消耗的電能越大；數(shù)據(jù)中心的電能利用效率越低。

表 1-2：PUE指標(biāo)的作用

二、數(shù)據(jù)中心的電能能效等級(jí)

在我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 32910.3《數(shù)據(jù)中心 資源利用 第3部分：電能能效要求和測(cè)量方法》中，對(duì)數(shù)據(jù)中心電能能效的等級(jí)做出了規(guī)定。

1、相關(guān)概念

GB/T 32910.3標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的數(shù)據(jù)中心的電能能效等級(jí)是基于電能使用效率EEUE修正值（EEUE_修正值）給出的。下表2-1給出了電能使用效率（EEUE，Electric Energy Usage Effectiveness）、電能使用效率EEUE實(shí)測(cè)值（EEUE_{實(shí)測(cè)值}）和電能使用效率EEUEP修正值（EEUE_修正值）的定義。根據(jù)表中定義，數(shù)據(jù)中心電能使用效率（EEUE）的計(jì)算公式應(yīng)如下式，式中E_T和E_IT的單位為千瓦時(shí)（kW·h）。

表 2-1：電能使用效率EEUE的術(shù)語(yǔ)與定義

EEUE = 數(shù)據(jù)中心的總電能消耗（E_T）/ 數(shù)據(jù)中心IT設(shè)備的電能消耗（E_IT）

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之所以出現(xiàn)電能使用效率EEUE實(shí)測(cè)值（EEUE_{實(shí)測(cè)值}）和電能使用效率EEUE修正值（EEUE_修正值）之分，是因?yàn)橛卸喾N影響數(shù)據(jù)中心電能使用效率（EEUE）的因素，如：數(shù)據(jù)中心采用的制冷技術(shù)、負(fù)荷使用率、數(shù)據(jù)中心安全等級(jí)、所處地域的氣候環(huán)境等不同所產(chǎn)生的差異。為此，在得到數(shù)據(jù)中心電能使用效率EEUE實(shí)測(cè)值（EEUE_{實(shí)測(cè)值}）后，應(yīng)根據(jù)其影響因素的差異進(jìn)行調(diào)整而得出數(shù)據(jù)中心的電能使用效率EEUP修正值（EEUE_修正值）。

2、數(shù)據(jù)中心的電能能效等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

數(shù)據(jù)中心的電能能效等級(jí)分級(jí)，GB/T 32910.3標(biāo)準(zhǔn)給出了一級(jí)（節(jié)能）、二級(jí)（較節(jié)能）、三級(jí)（合格）、四級(jí)（較耗能）和五級(jí)（高耗能）共5個(gè)級(jí)別，是以EEUE_修正值為指標(biāo)，其分級(jí)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)詳見(jiàn)下表2-2。該分級(jí)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)可以用于分析數(shù)據(jù)中心電能能效狀況，供數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)維、改造參考，也可作為數(shù)據(jù)中心電能能效水平評(píng)級(jí)的依據(jù)。

表 2-2：數(shù)據(jù)中心的電能能效要求分級(jí)表

3、影響EEUE的因素及其調(diào)整值

影響數(shù)據(jù)中心電能使用效率（EEUE）的因素眾多，但影響最大的因素包括：數(shù)據(jù)中心所采用的制冷技術(shù)、使用的性質(zhì)、負(fù)荷使用率、安全等級(jí)、所處地域的氣候環(huán)境等，下表2-3-1是對(duì)這些影響因素的介紹（包括其因素的分類(lèi)）。GB/T 32910.3標(biāo)準(zhǔn)直接給出了各種影響因素及其分類(lèi)的EEUE的調(diào)整值，詳見(jiàn)下表2-3-2。該調(diào)整值是根據(jù)影響數(shù)據(jù)中心的EEUE因素的不同而制定的用于平衡影響因素差異的調(diào)整值。在測(cè)出數(shù)據(jù)中心的EEUE_{實(shí)測(cè)值}數(shù)值后減去調(diào)整值即可得到EEUE_修正值數(shù)值。

表 2-3-1：影響數(shù)據(jù)中心電能能耗和能效的因素介紹

表 2-3-2：EEUE的調(diào)整值

在GB/T 32910.3標(biāo)準(zhǔn)中還對(duì)數(shù)據(jù)中心電能使用效率（EEUE）的測(cè)量方法和相應(yīng)的計(jì)算方法做出了要求，包括標(biāo)準(zhǔn)能耗測(cè)量方法（進(jìn)行周期為一年的連續(xù)測(cè)量）和短期能耗測(cè)量方法（進(jìn)行每季節(jié)不少于兩次的測(cè)量）。若要詳細(xì)了解的請(qǐng)查閱下附件2。

附件 2：GB/T 32910.3-2016《數(shù)據(jù)中心 資源利用 第3部分：電能能效要求和測(cè)量方法》

三、數(shù)據(jù)中心能效限定值與能效等級(jí)

1、數(shù)據(jù)中心的能效等級(jí)

我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 40879《數(shù)據(jù)中心能效限定值及能效等級(jí)》規(guī)定了數(shù)據(jù)中心的能效等級(jí)，它是基于數(shù)據(jù)中心的電能比的量級(jí)給出的。數(shù)據(jù)中心的電能比（Ratio of Electricity Consumption）是指：在統(tǒng)計(jì)期內(nèi)，數(shù)據(jù)中心在信息設(shè)備實(shí)際運(yùn)行負(fù)載下，數(shù)據(jù)中心總耗電量與信息設(shè)備的耗電量的比值。數(shù)據(jù)中心的電能比用來(lái)表征數(shù)據(jù)中心電能利用效率（PUE）。

根據(jù)GB 40879標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)中心的能效等級(jí)分為1級(jí)、2級(jí)、3級(jí)共三級(jí)，其中1級(jí)表示能效最高（即PUE最高）。各能效等級(jí)數(shù)據(jù)中心電能比數(shù)值應(yīng)不大于下表3-1的規(guī)定。本指標(biāo)用于新建及改擴(kuò)建的數(shù)據(jù)中心，以及對(duì)采用獨(dú)立配電、空氣冷卻、電動(dòng)空調(diào)的數(shù)據(jù)中心建筑單體或模塊單元進(jìn)行能效計(jì)算與考核。

表 3-1：數(shù)據(jù)中心能效等級(jí)指標(biāo)

2、數(shù)據(jù)中心能效限定值

數(shù)據(jù)中心能效限定值為表3-1種能效等級(jí)3級(jí)。

3、能效等級(jí)的統(tǒng)計(jì)范圍

統(tǒng)計(jì)范圍為用于保障該數(shù)據(jù)中心運(yùn)行的所用電能消耗量，包括表1-1中的所有設(shè)備的耗電量，無(wú)論其來(lái)自市電、備用電源、可再生能源發(fā)電、燃?xì)獍l(fā)電及其它單位和設(shè)備所供應(yīng)。應(yīng)采用儀器儀表對(duì)測(cè)量期內(nèi)的所有設(shè)備進(jìn)行測(cè)量。

數(shù)據(jù)中心應(yīng)符合我國(guó)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)GB 50174中的相關(guān)要求，建筑形態(tài)可以是一棟或幾棟建筑物，也可以是一棟建筑物的一部分。測(cè)量和測(cè)評(píng)的最小單元應(yīng)獨(dú)立配電、空氣冷卻、電動(dòng)空調(diào)的數(shù)據(jù)中心建筑單體或模塊單元。對(duì)于幾棟建筑物組成的數(shù)據(jù)中心，應(yīng)按單體建筑，分開(kāi)測(cè)量和評(píng)價(jià)。分期建設(shè)的數(shù)據(jù)中心至少應(yīng)按已建成可評(píng)價(jià)最小單元測(cè)量。

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在GB 40879標(biāo)準(zhǔn)中還對(duì)數(shù)據(jù)中心電能比的測(cè)量方法和計(jì)算方法給出了要求，若要詳細(xì)了解的請(qǐng)查閱下附件3。

附件 3：GB 40879-2021《數(shù)據(jù)中心能效限定值及能效等級(jí)》

四、關(guān)于互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心（IDC）分級(jí)中PUE要求

在GB/T 43331《互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心（IDC）技術(shù)和分級(jí)要求》標(biāo)準(zhǔn)中，把IDC分級(jí)為第一級(jí)至第五級(jí)的共5個(gè)等級(jí)（其中，第五級(jí)級(jí)別的技術(shù)要求最高，其它級(jí)別依次次之），每一個(gè)等級(jí)級(jí)別都是從IDC的綠色節(jié)能性、可用性、安全性、服務(wù)能力、算力與算效、低碳六個(gè)方面提出分級(jí)技術(shù)要求的。其中在IDC的綠色節(jié)能性技術(shù)要求中，每一級(jí)都對(duì)電能利用效率（PUE）提出了指標(biāo)要求和質(zhì)量要求，具體詳見(jiàn)下表4。

表 4：GB/T 43331標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于不同等級(jí)IDC的PUE指標(biāo)要求和PUE質(zhì)量要求

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五、關(guān)于數(shù)據(jù)中心能效的政策指引要求

為了在我國(guó)深入實(shí)施綠色數(shù)據(jù)中心建設(shè)、大力提高數(shù)據(jù)中心的電能利用效率，我國(guó)行政主管部門(mén)的工信部，在所發(fā)布的相關(guān)政策文件中，對(duì)數(shù)據(jù)中心的PUE專(zhuān)門(mén)提出了要求，以引導(dǎo)我國(guó)數(shù)據(jù)中心不斷提高電能利用效率（PUE）。如工業(yè)和信息化部等部門(mén)聯(lián)合印發(fā)的《關(guān)于加強(qiáng)綠色數(shù)據(jù)中心建設(shè)的指導(dǎo)意見(jiàn)》（工信部聯(lián)節(jié) [2019] 24號(hào)）中、工業(yè)和信息化部印發(fā)的關(guān)于《新型數(shù)據(jù)中心發(fā)展三年行動(dòng)計(jì)劃（2021-2023年）》中，都對(duì)數(shù)據(jù)中心的PUE指標(biāo)提出了政策性的指引要求，具體詳見(jiàn)下表5。

表 5：國(guó)家主管部門(mén)相關(guān)管理文件中對(duì)數(shù)據(jù)中心的PUE指標(biāo)要求

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需要指出的是，相關(guān)電能能效要求指標(biāo)是數(shù)據(jù)中心關(guān)鍵性能指標(biāo)（KPI）中的一種。

欲進(jìn)一步了解關(guān)于數(shù)據(jù)中心關(guān)鍵性能指標(biāo)（KPI）設(shè)置要求的請(qǐng)進(jìn)入。