数据中心能耗及其指标

数据中心能耗及其指标

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。如图1所示。

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。

数据中心能耗指标

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。

表1 数据中心主要节能措施及效果

图1 数据中心能耗构成（来源：王克勇等）

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。

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，表1就罗列了目前常用的数据中心节能措施与可能的节能效果。

（作者单位为南京农业大学图书与信息中心）