最新动态
您所在的位置：数据中心能耗测量
1.当前数据中心节能降耗工作的重心
（1）目前，数据中心节能降耗工作存在的问题：
①缺乏指导性的标准；
②缺乏科学的能耗测量方法；
③缺乏节能规划、设计和节能技术改造的数字依据；
④缺乏节能规划、设计和节能技术改造的评估和验收标准。
（2）当前能效规划和测量中普遍存在问题：
①IT设备的能耗测量不全面，不准确；
②数据中心总输入功率测量不全面，不准确；
③偷换概念，以子系统的能耗比例代替整个数据中心的能耗指标PUE；
④以主观臆断的数据规划系统能耗指标。
（3）数据中心能耗检测和评估的意义
①指导数据中心节能规划设计；
②指导数据中心节能技术改造和节能设备的使用。
（4）数据中心能耗指标
①数据中心电能利用效率PUE（Power Usage Effectiveness)：
数据中心总耗能与IT设备耗能的比值；
②空调制冷负载系数CLF（Cooling Load Factor)：
数据中心空调制冷系统耗能与IT设备耗能的比值；
③UPS供配电负载系数PLF（Power Load Factor)：
数据中心IT设备供配电系统能耗与IT设备耗能的比值。
2.数据中心能耗模型
（1）IT设备
由计算机、通信设备、处理设备、控制设备及其相关配套设施构成，按照一定的应用目的和规则，对信息进行采集、加工、存储、传输、检索等处理的人机系统称为电子信息系统。
（2）输入能源
输入能源包括主供电电网、发电机、非主供电电网（由个别设备引入）太阳能及风能等再生能源三部分，最终都以输入到数据中心的电能表示。
（3）供配电系统
供电系统由高压配电、变压器、各级配电柜、线缆传输、UPS系统，空调制冷系统配电、安全、照明配电、列头柜、机架PDU等环节组成。
（4）UPS系统
ups系统包括输入配电、输入配电、UPS主机（单机、冗余并机）、电池、并机架等。
（5）空调制冷系统
①机房内使用的空调设备，包括机房专用空调机、湿度调节设备等；
②冷源设备包括风冷室外机、冷水机组、冷却塔、干冷器、水泵、电动阀门、水处理等；
③新风系统，包括新风预处理机和送风系统等。
（6）其他设施
照明设备、安防设备、消防灭火设备、传感器及数据中心管理系统等。
3.对数据中心能耗测量的有关规定
（1）电度计量法：
电度量是可以累积的，只要确定计量时间周期（例如一年），分别记录总输入用电量和IT设备用电量，就可以准确地测量系统的能源消耗状况，所得结果应该是最实际、最具权威的数据。
（2）功率测量法：
对系统做实时效率测试：主要用于节能研究、包括基础设施规划设计方案能效水平、节能设计和节能改造的节能效果、节能设备应用的节能效果等。这种测量试以系统、子系统和设备的实时测试数据为依据，测试结果受各种因素的影响，包括IT系统工作状态、测试时间、测试季节、各种数据测试的同时性等。
（3）测量周期和频率
能耗指标的数值受各种因素的影响，会随季节、节假日和每天忙闲时段的改变发生变化。因此，为全面准确了解数据中心的能效，应采用固定测量仪表，对数据中心能耗进行持续、长期的测量和记录。
测量的周期和频率如下：
①每年测量4次，分别在春季、夏季、秋季、冬季；
②每个时段测量时间不少于3天
③每天测量不少于2次，分别在数据中心负载的高峰和低谷时段（如果有的话）进行测量；
④每次测量不少于1小时，取稳定数值或3次测量的平均值。
每次测量时，要注意对各点和各环节测量的同时性。
（4）其他规定和假设
为简化测量步骤和难度，以下设备和环节的运行效率数据认可是可以确定和认定的，并在计算公式中可以采用。
①所有测量数值都用有功功率表示；
②在配置有能效监控系统的数据中心，应充分利用监控系统的能耗数据；
③市电输入变电器（高压变低压）的效率典型值为98.5%；
④市电输入到UPS输入端的各级配电和线缆传输的效率典型值为99%；
⑤市电输入到空调制冷输入端的各级配电和线缆传输效率典型值为99%；
⑥市电输入到其他用电输入端的各级配电和线缆传输效率典型值为99%；
⑦UPS输出到IT设备机架之间的各级配电和线缆传输效率典型值为99%；
⑧非主供电网到空调制冷设备输入配电之间的变压器损耗典型值为98.5%；
⑨各级配电和线缆传输的效率典型值为99%。
4.测量与能效计算
（1）数据中心独立供电系统能效测量：
数据中心独立供系统是指：供电系统只对该数据中心供电；该数据中心所有供电来自同一供电系统。
（2）共用供电系统的数据中心的能效测量：
共用供电系统的数据中心是指：第一，供电系统除对数据中心供电外，还对其他用电设备供电；第二，该数据中心供电来自两个以上的供电系统
首先对系统实际使用的总输入功率进行计算。
数据中心用电电功率P(4)，它从变压器初级（1）处输入的电功率为：
P(4)÷0.985×0.99=P(4)÷0.975
与其他系统有关的功率是P(13)、P(16)。P(16)是变压器输出经总配电盘向数据中心其它系统和设备供电的功率，应在总输入功率中减去，减去的量值为：
P(16)÷0.985×0.99=P(16)÷0.975
P(13)是空调制冷系统可能用到建筑物集中供冷（例如冷冻水）耗能，这部分冷源的设备可能是由数据中心主电网之外的电源供给的，可按下面三种方法之一折算成P(13)÷0.975：
①与共用冷源有关的各部分制冷功率；
②与共用冷源有关的各部分制冷面积；
③与共用冷源有关的各部分分摊的电费。
（3）数据中心局部能效测量
在一个大型数据中心中，为了验证新节能技术和节能设备的运行效果，而需要对数据中心局部的PUE值进行测量评估，特别是集装箱或模块化单元构建的模块化数据中心，或者由多个建筑和机房构成的较大型数据中心局部能效测量。
这些系统的配电同样具有明显的“共用供电系统的数据中心”的特点。
①UPS设备实际运行效率
ηups=P(10)÷P(9)×100%
pups=P(9)-P(10)
②供配电（UPS系统除外）的供电系统总耗损
IT供电系统（除UPS系统外）其他设备包括：输入变压器、输入总配电、UPS输入输出配电、列头柜及机架配电、转换开关、所有的传输线缆、附加有源滤波器等。
为IT设备供电的变配电系统总损耗用Pd表示。
③空调制冷系统能效状态测量
5.当前数据中心能耗测量中存在的问题
（1）测量方法
严格按照PUE定义的内容（范围）进行测量
①测量内容（范围）要全面
※ IT设备能耗：要测量出实际运行能耗数据，要测量IT设备输入点的数据，如果取UPS输出的数据，就要考虑配电效率。
※ 数据中心总输入功率：输入能源有三部分：主供电电网、发电机、非主供电电网（由个别设备引入）。所有的测量数据都要折算到变压器高压输入端。
※ IT供电系统能耗：要测量从高压输入到机架PDU的所有设备和环节，包括变压器、各级配电开关、线缆传输、UPS、列头柜、机架PDU等环节。
※ 空调制冷系统的能耗：要从高压输入到各种设备的输入端，包括变压器、各级配电开关、冷水机组、冷却塔、水泵、电动节门、水处理、干冷器、空调制冷、湿度调节、新风系统等。
②测量的时间性
考虑IT设备负荷的动态特性和机房室外环境的影响，要注意测量的时间性、连续性、同时性、以及数据的稳定性。
（2）不要混淆供电和空调制冷负载系数CLF和PLF
为评价数据中心的能源效率，业内推出了能源效率指标PUE，为了推广节能新技术和新产品，以便对节能改造和新技术新产品应用的效果做出定量的分析和评估，又定义了IT设备供配电负载系统PLF（Power Load Factor）和空调制冷负载系数CLF（Cooling Load Factor）两个指标，分别描述供电和制冷两个系统的能耗状态和节能效果。
CLF（Cooling Load Factor）=Pcooling ÷ PIT
PLF（Power Load Factor） =PPower ÷ PIT
于是，有的数据中心在规划设计阶段在制定集成商和新技术、新产品的技术规范时就以CLF或PLE代替PUE，这种混淆概念的做法对数据中心节能改造的工作是不利的。
（3）不科学的比较
※ 不同规模、不同可用性等级数据中心的PUE是不同的；
※ 不同规模、不同供电制冷方案的PUE没有可比性；
※ 实时效率测量（功率测量）与实际效率测量（电度测量）数据没有可比性；
※ PUE值小到多少最佳却没有相关的标准可循；
《ANSI/TIA-942-2005数据中心通信基础设施标准》中规定了四个等级，影响供电系统效率的主要因素是设备利用率，在供电设备和负载率相同的情况下，随着从等级I到等级IV冗余成都的提高，PLF（PUE）肯定会随之增大。
”等级I“为基本型，没有冗余的组成部分，如果没有配置UPS，PLE值可降到0.05（只有变压器、配电和线缆的损耗）；如果配置了UPS，而UPS输出容量利用率可高达60%，此时UPS效率可达90%，但同时谐波造成的传输损耗加大0.02，结果整个系统的PLF值增加到0.17.
”等级II“的数据中心，其关键设备（UPS）采用了部件冗余配置（N+1）。此时UPS输出容量利用率降到30%，UPS效率降低到≤85%，再加上谐波造成的传输损耗增至0.02，则PLF值增加到0.22。
“等级III”是同时可维修系统，“等级IV”是故障容错系统。以“等级IV”为例，供电系统肯定是2N（双总线系统），UPS以及其他所有供电设备的容量利用率都再次降低，与“等级II”相比，PLE值会增加到≥0.25。
（1）目前，数据中心节能降耗工作存在的问题：
①缺乏指导性的标准；
②缺乏科学的能耗测量方法；
③缺乏节能规划、设计和节能技术改造的数字依据；
④缺乏节能规划、设计和节能技术改造的评估和验收标准。
（2）当前能效规划和测量中普遍存在问题：
①IT设备的能耗测量不全面，不准确；
②数据中心总输入功率测量不全面，不准确；
③偷换概念，以子系统的能耗比例代替整个数据中心的能耗指标PUE；
④以主观臆断的数据规划系统能耗指标。
（3）数据中心能耗检测和评估的意义
①指导数据中心节能规划设计；
②指导数据中心节能技术改造和节能设备的使用。
（4）数据中心能耗指标
①数据中心电能利用效率PUE（Power Usage Effectiveness)：
数据中心总耗能与IT设备耗能的比值；
②空调制冷负载系数CLF（Cooling Load Factor)：
数据中心空调制冷系统耗能与IT设备耗能的比值；
③UPS供配电负载系数PLF（Power Load Factor)：
数据中心IT设备供配电系统能耗与IT设备耗能的比值。
2.数据中心能耗模型
（1）IT设备
由计算机、通信设备、处理设备、控制设备及其相关配套设施构成，按照一定的应用目的和规则，对信息进行采集、加工、存储、传输、检索等处理的人机系统称为电子信息系统。
（2）输入能源
输入能源包括主供电电网、发电机、非主供电电网（由个别设备引入）太阳能及风能等再生能源三部分，最终都以输入到数据中心的电能表示。
（3）供配电系统
供电系统由高压配电、变压器、各级配电柜、线缆传输、UPS系统，空调制冷系统配电、安全、照明配电、列头柜、机架PDU等环节组成。
（4）UPS系统
ups系统包括输入配电、输入配电、UPS主机（单机、冗余并机）、电池、并机架等。
（5）空调制冷系统
①机房内使用的空调设备，包括机房专用空调机、湿度调节设备等；
②冷源设备包括风冷室外机、冷水机组、冷却塔、干冷器、水泵、电动阀门、水处理等；
③新风系统，包括新风预处理机和送风系统等。
（6）其他设施
照明设备、安防设备、消防灭火设备、传感器及数据中心管理系统等。
3.对数据中心能耗测量的有关规定
（1）电度计量法：
电度量是可以累积的，只要确定计量时间周期（例如一年），分别记录总输入用电量和IT设备用电量，就可以准确地测量系统的能源消耗状况，所得结果应该是最实际、最具权威的数据。
（2）功率测量法：
对系统做实时效率测试：主要用于节能研究、包括基础设施规划设计方案能效水平、节能设计和节能改造的节能效果、节能设备应用的节能效果等。这种测量试以系统、子系统和设备的实时测试数据为依据，测试结果受各种因素的影响，包括IT系统工作状态、测试时间、测试季节、各种数据测试的同时性等。
（3）测量周期和频率
能耗指标的数值受各种因素的影响，会随季节、节假日和每天忙闲时段的改变发生变化。因此，为全面准确了解数据中心的能效，应采用固定测量仪表，对数据中心能耗进行持续、长期的测量和记录。
测量的周期和频率如下：
①每年测量4次，分别在春季、夏季、秋季、冬季；
②每个时段测量时间不少于3天
③每天测量不少于2次，分别在数据中心负载的高峰和低谷时段（如果有的话）进行测量；
④每次测量不少于1小时，取稳定数值或3次测量的平均值。
每次测量时，要注意对各点和各环节测量的同时性。
（4）其他规定和假设
为简化测量步骤和难度，以下设备和环节的运行效率数据认可是可以确定和认定的，并在计算公式中可以采用。
①所有测量数值都用有功功率表示；
②在配置有能效监控系统的数据中心，应充分利用监控系统的能耗数据；
③市电输入变电器（高压变低压）的效率典型值为98.5%；
④市电输入到UPS输入端的各级配电和线缆传输的效率典型值为99%；
⑤市电输入到空调制冷输入端的各级配电和线缆传输效率典型值为99%；
⑥市电输入到其他用电输入端的各级配电和线缆传输效率典型值为99%；
⑦UPS输出到IT设备机架之间的各级配电和线缆传输效率典型值为99%；
⑧非主供电网到空调制冷设备输入配电之间的变压器损耗典型值为98.5%；
⑨各级配电和线缆传输的效率典型值为99%。
4.测量与能效计算
（1）数据中心独立供电系统能效测量：
数据中心独立供系统是指：供电系统只对该数据中心供电；该数据中心所有供电来自同一供电系统。
（2）共用供电系统的数据中心的能效测量：
共用供电系统的数据中心是指：第一，供电系统除对数据中心供电外，还对其他用电设备供电；第二，该数据中心供电来自两个以上的供电系统
首先对系统实际使用的总输入功率进行计算。
数据中心用电电功率P(4)，它从变压器初级（1）处输入的电功率为：
P(4)÷0.985×0.99=P(4)÷0.975
与其他系统有关的功率是P(13)、P(16)。P(16)是变压器输出经总配电盘向数据中心其它系统和设备供电的功率，应在总输入功率中减去，减去的量值为：
P(16)÷0.985×0.99=P(16)÷0.975
P(13)是空调制冷系统可能用到建筑物集中供冷（例如冷冻水）耗能，这部分冷源的设备可能是由数据中心主电网之外的电源供给的，可按下面三种方法之一折算成P(13)÷0.975：
①与共用冷源有关的各部分制冷功率；
②与共用冷源有关的各部分制冷面积；
③与共用冷源有关的各部分分摊的电费。
（3）数据中心局部能效测量
在一个大型数据中心中，为了验证新节能技术和节能设备的运行效果，而需要对数据中心局部的PUE值进行测量评估，特别是集装箱或模块化单元构建的模块化数据中心，或者由多个建筑和机房构成的较大型数据中心局部能效测量。
这些系统的配电同样具有明显的“共用供电系统的数据中心”的特点。
①UPS设备实际运行效率
ηups=P(10)÷P(9)×100%
pups=P(9)-P(10)
②供配电（UPS系统除外）的供电系统总耗损
IT供电系统（除UPS系统外）其他设备包括：输入变压器、输入总配电、UPS输入输出配电、列头柜及机架配电、转换开关、所有的传输线缆、附加有源滤波器等。
为IT设备供电的变配电系统总损耗用Pd表示。
③空调制冷系统能效状态测量
5.当前数据中心能耗测量中存在的问题
（1）测量方法
严格按照PUE定义的内容（范围）进行测量
①测量内容（范围）要全面
※ IT设备能耗：要测量出实际运行能耗数据，要测量IT设备输入点的数据，如果取UPS输出的数据，就要考虑配电效率。
※ 数据中心总输入功率：输入能源有三部分：主供电电网、发电机、非主供电电网（由个别设备引入）。所有的测量数据都要折算到变压器高压输入端。
※ IT供电系统能耗：要测量从高压输入到机架PDU的所有设备和环节，包括变压器、各级配电开关、线缆传输、UPS、列头柜、机架PDU等环节。
※ 空调制冷系统的能耗：要从高压输入到各种设备的输入端，包括变压器、各级配电开关、冷水机组、冷却塔、水泵、电动节门、水处理、干冷器、空调制冷、湿度调节、新风系统等。
②测量的时间性
考虑IT设备负荷的动态特性和机房室外环境的影响，要注意测量的时间性、连续性、同时性、以及数据的稳定性。
（2）不要混淆供电和空调制冷负载系数CLF和PLF
为评价数据中心的能源效率，业内推出了能源效率指标PUE，为了推广节能新技术和新产品，以便对节能改造和新技术新产品应用的效果做出定量的分析和评估，又定义了IT设备供配电负载系统PLF（Power Load Factor）和空调制冷负载系数CLF（Cooling Load Factor）两个指标，分别描述供电和制冷两个系统的能耗状态和节能效果。
CLF（Cooling Load Factor）=Pcooling ÷ PIT
PLF（Power Load Factor） =PPower ÷ PIT
于是，有的数据中心在规划设计阶段在制定集成商和新技术、新产品的技术规范时就以CLF或PLE代替PUE，这种混淆概念的做法对数据中心节能改造的工作是不利的。
（3）不科学的比较
※ 不同规模、不同可用性等级数据中心的PUE是不同的；
※ 不同规模、不同供电制冷方案的PUE没有可比性；
※ 实时效率测量（功率测量）与实际效率测量（电度测量）数据没有可比性；
※ PUE值小到多少最佳却没有相关的标准可循；
《ANSI/TIA-942-2005数据中心通信基础设施标准》中规定了四个等级，影响供电系统效率的主要因素是设备利用率，在供电设备和负载率相同的情况下，随着从等级I到等级IV冗余成都的提高，PLF（PUE）肯定会随之增大。
”等级I“为基本型，没有冗余的组成部分，如果没有配置UPS，PLE值可降到0.05（只有变压器、配电和线缆的损耗）；如果配置了UPS，而UPS输出容量利用率可高达60%，此时UPS效率可达90%，但同时谐波造成的传输损耗加大0.02，结果整个系统的PLF值增加到0.17.
”等级II“的数据中心，其关键设备（UPS）采用了部件冗余配置（N+1）。此时UPS输出容量利用率降到30%，UPS效率降低到≤85%，再加上谐波造成的传输损耗增至0.02，则PLF值增加到0.22。
“等级III”是同时可维修系统，“等级IV”是故障容错系统。以“等级IV”为例，供电系统肯定是2N（双总线系统），UPS以及其他所有供电设备的容量利用率都再次降低，与“等级II”相比，PLE值会增加到≥0.25。
