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数据中心能效指标有哪些?怎么计算?

发布时间:2020-07-16 09:32:12

数据中心的概念本来是舶来词汇,直到2005年以后,随着互联网公司的兴起,才大量运用于社会各行各业,特别是互联网IT行业。各种企业自建数据中心(EDC),互联网数据中心(IDC)逐渐开始出现,并在2010年达到了一个小高潮。

数据中心也由此正式变成了一种互联网基础设施。

数据中心

我国数据中心历经15年的飞速发展,但目前尚未建立统一的数据中心能效指标体系,也缺乏相应的评估标准,使得各数据中心公布的能效数据往往不能准确反映真实能耗水平。

不同的数据中心的能效结果间缺乏可比性,给业界带来诸多不便,不利于节能减排目标的实现。

今天,我们将根据国际相关组织的研究成果,并结合我国数据中心实际发展情况,分享四个能效指标评价指南:电能利用效率(PUE)、局部PUE、制冷/供电负载系数和可再生能源利用率,以及指标的具体测量方法。

1、数据中心能耗组成

众所周知,数据中心的电能消耗主要由IT设备、制冷设备、供配电系统和照明等其他消耗电能的数据中心设备组成。

数据中心能耗组成

制冷设备:是指为了保证IT设备运行所需温湿度环境而建立的配套设施,主要是精密空调系统。

IT设备:包括计算、存储、网络和IT支撑等不同类型的设备,主要是服务器、交换机、路由器和监控设备等。

供配电系统:是指提供满足设备使用的电压和电流,并保证供电的安全性和可靠性,主要是指UPS、配电柜、电池等。

其他:照明设备、安防设备、消防设备、传感器设备以及KVM管理系统等。

以上这些都是数据中心能耗组成的重要部分,也是下面四个能效指标评价指南里的重要依据。

2、数据中心能效指标评价

这四个能效指标是综合考虑数据中心能效指标的可测量性、可比较性和可优化性,得出作为数据中心能效测评的基本指标。

第一个指标:PUE

(Power Usage Effectiveness)

PUE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指标,其计算公式为:

PUE=数据中心总耗电 ÷ IT设备耗电

PUE=数据中心总耗电 ÷ IT设备耗电

数据中心总耗电:是指维持数据中心正常运行的所有耗电,包括IT设备、制冷设备、供配电系统和其他设施的耗电的总和。

在数据中心中,只有IT设备的耗电被认为是“有意义”的电能。

PUE的实际含义,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。根据定义,PUE值的取值范围为1.0~∞。数据中心机房的PUE值越大,则表示制冷和供电等配套基础设施所消耗的电能越大。

PUE定义简单、易于操作,只需分别测量出数据中心总消耗电能和IT设备耗电,就能计算出数据中心的PUE值。

第二个指标:pPUE

(PartialPUE)

局部电能利用效率是数据中心PUE概念的衍生,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,首先要根据需要从数据中心中划分出不同的分区(用Zone表示)。

例如,一个多层数据中心建筑中的一个机房,或者一个集装箱数据中心的集装箱模块都可以作为一个Zone。

局部PUE计算示意图

局部PUE计算示意图

如上图所示,把数据中心分为Zone1和Zone2两个分区,其中N表示非IT设备耗电,I表示IT设备耗电。

Zone0数据中心的PUE计算公式为:

PUE=(N0+N1+N2+I1+I2)÷ (I1+I2)

Zone1和Zone2数据中心的PUE计算公式为:

pPUE1=(N1+ I1)÷ I1

pPUE2=(N2+ I2)÷ I2

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,一般首先要从提升局部PUE值较大的部分设备或区域的能效开始。

pPUE适用于基于集装箱、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的局部能效评估。

第三个指标:CLF和PLF

CLF是Cooling Load Factor的简称,译为制冷负载系数,定义是为数据中心制冷设备耗电与IT设备耗电的比值,即:

CLF=制冷设备耗电 ÷ IT设备耗电

PLF是Power Load Factor的简称,译为供电负载系数,定义是为数据中心供配电系统耗电与IT设备耗电的比值,即:

PLF=供配电系统耗电 ÷ IT设备耗电

CLF和PLF可以看作是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。

CLF和PLF计算示意图

CLF和PLF计算示意图

第四个指标:RER

Renewable Energy Ratio

RER是可再生能源利用率,用于衡量数据中心利用可再生能源的情况,以促进可再生、无碳排放或极少排放的能源利用。RER的计算公式为:

RER=可再生能源供电 ÷ 数据中心总耗电

一般情况下可再生能源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。

可再生能源是指对环境无害或危害极小,而且资源分布广泛,适宜就地开发利用。

RER计算示意图

RER计算示意图

除了上面讲述的这四大指标,数据中心还有其他可参考的能效指标,如TGG组织提出的CUE(碳利用效率)和CEF(碳排放因子)指标,但是考虑到我国的实际国情,这些标准在我国的应用尚需时日。

数据中心已经成为“能耗巨兽”,关于环保,我们刻不容缓。

随着5G、云计算等新兴技术发展和应用,用户需求海量增长,我国数据中心的数量随之急速攀升,相应的用电量也在急剧增加,已对电力供应提出新的挑战。无论何时何地都需引起各行各业的高度重视,才能走的更久远。

资料来源:《“云计算发展与政策论坛”技术报告》



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