2.2　电能利用效率（PUE）

数据中心性能评价指标有很多，在已经颁布的性能指标中最常见的是电能利用效率（Power Usage Effectiveness，PUE）。在我国，PUE不但是数据中心研究、设计、设备制造、建设和运维人员最为熟悉的数据中心能源效率指标，也是政府评价数据中心工程性能的主要指标。

除了能源效率，数据中心还有多项其他性能指标，按照国际标准组织ISO的定义统称为关键性能指标，或者称为关键绩效指标，研究这些指标对于数据中心同样具有十分重要的意义。

2007年，绿色网格组织（The Green Grid，TGG）制定了数据中心能效比指标PUE，即电源利用效率。其基本计算方法为

TGG和ASHRAE给出的PUE的定义相同：数据中心总能耗Et与IT设备总能耗Ei之比。而《数据中心　资源利用第3部分：电能能效要求和测量方法》（GB/T 32910.3—2016）将PUE的概念引申为EEUE：数据中心总电能消耗与信息设备电能消耗之间的比值。其定义与PUE定义相同，不同的是把国际上通用的PUE（Power Usage Effectiveness）改成了EEUE（Electric Energy Usage Effectiveness）。根据Malone等最初对PUE的定义，Et应为市电公用电表所测量的设备总功率，即通常所说的数据中心总的设备耗电量，与GB/T 32910.3—2016规定的Et应为采用电能计量仪表测量的数据中心总电能消耗的说法相同。

数据中心机房的PUE实际上反映用户总输入电能中到底有多少电能真正被馈送到IT设备上。PUE值越大，表示用于确保IT设备安全运行所配套的，由UPS供电系统、空调系统、输入/输出供配电系统及照明系统等所组成的动力和环境保障基础设施所消耗的电功耗就越大。

PUE指标还可以根据考察范围和对象细化为不同的分项指标。

（1）数据中心基础设施效率（Data Center Infrastructure Efficiency，DCIE）：PUE指标的倒数，反映数据中心IT设备能耗在数据中心总能耗中的占比。

（2）局部PUE（partial PUE，pPUE）：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。

（3）制冷负载系数（Cooling Load Factor，CLF）：数据中心中制冷设备耗电与IT设备耗电的比值。

（4）供配电负载系数（Power Load Factor，PLF）：数据中心中供配电系统耗电与IT设备耗电的比值。

（5）其他负载系数（Other Load Factor，OLF）：数据中心除IT负载、制冷设备及供配电设备之外的系统或设备损耗（如监控、安防）与IT设备耗电的比值。

（6）可再生能源利用率（Renewable Energy Ratio，RER）：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。在一般情况下，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。可再生能源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。与可再生能源相对的是煤、石油、天然气等化石燃料及核能。

其中，PUE与DCIE及CLF、PLF和OLF之间的关系为

1. DCIE

DCIE指标可通过下式计算。

2. pPUE

PUE指标作为一个整体概念，考察的是整个数据中心机房的用能效率，当一个大型数据中心有多个机房或多个功能分区时，想要考察某个具体机房或某个独立系统的用能情况或用户关心某个分系统用能状况时，PUE指标就具有一定的局限性，不能反映数据中心机房各个组成部分或各分系统的用能效率，由此引入局部电能利用效率的概念，以考察数据中心局部区域或分系统的用能效率。

局部电能利用效率（partial PUE，pPUE）作为数据中心PUE概念的延伸和推广，可应用于数据中心机房局部区域的分析评价。具体需要将数据中心的总能耗划分为多个小部分：制冷设备能耗（Cooling Load）、供配电设备能耗（Power Load）、IT设备能耗（IT Load）和其他设备能耗（Other Load）。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Zone，见图2-2）。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。

一个典型的数据中心可按涉及的分系统能耗统计计算，主要包括冷源系统和供配电系统及其他辅助系统耗电量；也可按不同功能区域进行能耗统计计算，如图2-2中Zone1和Zone2可分别代表不同楼层的数据机房或同一楼层不同房间数据机房。

根据图2-2的区域划分，Zone1和Zone2的局部PUE指标pPUE1和pPUE2按下式计算。

图2-2中将数据中心机房划分为Zone1和Zone2两个部分，并分别对这两个区域进行局部PUE的计算，所以数据中心机房整体PUE与划分的这两个区域的关系为

需要指出的是，对图2-2中的数据中心机房来讲，当暖通空调系统采用分布式的风冷直膨系统时，各个区域的制冷设备相互独立，每个区域的空调只负责该区域的制冷需求，此时计算较为简单，可将每个区域看成一个独立的机房，分别独立计算其各个系统的能耗，从而计算机房整体PUE。对于采用了集中式冷冻水型精密空调系统的数据机房，由于各区域空调的冷源统一由制冷站制冷主机提供，甚至部分场合还需要为民用空调提供制冷需求，因此在划分区域进行局部PUE计算时，需将制冷主机提供至各区域的制冷量区分开来。

在对运行中的数据中心进行PUE测算时，可通过测量输送至各区域冷冻水供水管路上的流量和供回水管路上的温差来间接得出，或者测量该区域各末端空调的供回水流量和温差累计得出，再根据冷机提供的总冷量得出由制冷主机提供的制冷量在制冷主机总冷量中所占的比例，并按此比例进行制冷主机及其他相关设备（如水泵、冷却塔、水处理设备等）的折算。

局部PUE计算分区示意如图2-3所示。

配电系统损耗为N0=200（电能转换）MW·h+100（UPS损耗）MW·h。

Zone1制冷系统损耗为200MW·h，其所支撑的IT设备功耗为1 500MW·h。

Zone2制冷系统损耗为200MW·h，其所支撑的IT设备功耗为500MW·h。

局部PUE计算如下。

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，一般要提升pPUE值较大的部分设备或区域的能效。局部PUE适用于基于集装箱或其他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的局部能效评估。

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可以看作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）定义为可再生能源供电量与数据中心总耗电量的比值。

除了上述四大指标，数据中心还有其他可参考的能效指标，如绿色网格（The Green Grid，TGG）组织提出的碳利用效率（Carbon Usage Efficiency，CUE）和碳排放因子（Carbon Emission Factor，CEF）指标，但考虑到我国的实际国情，这些标准在我国的应用尚需时日。

可再生能源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。与可再生能源相对的是煤、石油、天然气等化石燃料及核能。