数据中心能耗测量

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