银行数据中心建设与运维：数据中心能效

根据美国环保署的报告，在全球范围内，数据中心行业消耗了超过1.5%的总用电量。而且，到2020年，数据中心的碳排放量将翻两番。数据中心能耗所带来的支出已经成为信息技术相关运营成本的主要构成部分。能量消耗和空间利用是数据中心最大的成本所在。因此，能效评估对于任何数据中心运营商来说，都是一个相当关键的问题。

为了推动数据中心的节能减排，工业和信息化部在《工业节能“十二五”规划》提出，“到2015年，数据中心PUE值需下降8%”的目标。国家发改委等组织的“云计算示范工程”也要求示范工程建设的数据中心PUE值达到1.5以下。

1.数据中心使用的能源

数据中心常使用的能源类型主要有电力、水、气和油等。

（1）电力 数据中心是电力能源的消耗大户。供配电系统是数据中心基础设施的重要子系统，是数据中心的生命线。众所周知，电能是无法存储的，为此，数据中心每年都需要缴纳可观的容量占用费，成为数据中心运行费用中较大的支出之一。数据中心在完善供配电结构，配备UPS蓄电池、柴油发电机等应急电源的基础上，应考虑最大化供电容量的利用率，减少供电资源占用及消耗。

（2）油 对于数据中心而言，所说的油一般指柴油，即用于柴油发电机的柴油。考虑到数据中心柴油发电机的作用主要是当电力供应发生中断的时候，保证数据中心的电力继续供给，并不作为主要电力供应，属于备用。

（3）水 采用集中冷水系统为数据中心提供冷源的同时，水资源消耗是数据中心运营面临的又一难题，自来水是数据中心集中制冷的常用媒介。

（4）气 以天然气为燃料的冷热电三联供技术是指以天然气为主要燃料带动燃气轮机、微燃机或内燃机发电机等燃气发电设备运行，产生的电力供应用户的电力需求，系统发电后排出的余热通过余热回收利用设备（余热锅炉或者余热直燃机等）向用户供热、供冷。三联供系统效益与设备投资、供电容量、制冷负荷、当地天然气价格、用电策略（如谷电与自发自用相结合策略）有很大的关系。

2.绿色建筑评估体系

绿色数据中心首先应当是绿色建筑。建筑节能是数据中心节能的重要部分，也是其他机房节能工作的前提和基础。建筑节能在数据中心节能中潜力最大，建筑的特点直接影响数据中心热管理系统（冷冻水、冷却水、风冷空调、地源热泵等）的使用效率。在保证相同的室内环境参数条件下，采用符合标准的建筑节能设计的建筑与没有采用节能措施的建筑相比，全年总能耗应减少50%。其中，围护结构分担节能率13%～25%；空调采暖系统分担节能率16%～20%；照明设备分担节能率7%～18%。

目前，绿色建筑评估体系有：英国建筑研究组织环境评价法（BREEAM）；美国能源及环境设计先导计划（LEED）；加拿大绿色建筑挑战2000（GBC2000）；日本建筑物综合环境效能评价方法（CASBEE）；澳大利亚绿色之星评价法（GREENSTAR）和中国绿色建筑三星级评估体系。

在建筑节能评价方面，最具代表性的是美国绿色建筑评估体系（LEED）。LEED评估体系由五大方面、若干指标构成其技术框架，主要从可持续建筑场地、水资源利用、建筑节能和大气、资源与材料、室内空气质量等方面对建筑进行综合考察、评判其对环境的影响，并根据每个方面的指标进行打分，综合得分结果将通过评估的建筑分为白金、金、银、铜和认证级别，以反映建筑的绿色水平。

我国于2006年颁布了《绿色建筑评价标准》（GB/T50378—2006），其最新修订版于2014年颁布。该标准综合考虑了国际绿色建筑评价体系和国内绿色建筑工程实际经验，强调在设计过程中进行节能控制。

3.数据中心基础设施能耗评价指标

当前，国内外数据中心节能评价指标众多，其评价重点和影响力不一而同。其中，比较通行的数据中心能耗评价指标是PUE和EEE。

（1）PUE（Power Usage Effectiveness） 为引导和规范全球IT行业的节能设计，GreenGrid（绿色网格联盟）提出PUE能效指标。目前，PUE这一指标在国内得到了较为普遍的应用。2012年初，中国电信研究院主持编修的《因特网数据中心的能效测评指标》正式将PUE这一技术指标引入到实际应用，为因特网数据中心的能效测评提供了指导意见。美国绿色网格组织（The Green Grid）于2013年在北京正式成立了其分支机构。PUE这一指标的应用将越来越广泛，成为国内数据中心能效管理的重要指标体系，而依据PUE这一指标建立数据中心能效管理系统也尚未有成熟、大范围的实际应用，未来将会有大量的应用。由于标准定义的PUE指标只能反映整体的电能效率，实际工作中，应根据业务要求和实际运营管理要求，对PUE指标的应用进行延伸和扩展，以确实有效指导能效改进。

PUE计算公式为：PUE=数据中心总耗电/IT设备耗电。

数据中心的总耗电是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总和。如果数据中心所在建筑同时用于办公等其他用途，则办公等所消耗的电能不包括在数据中心总耗电中。在数据中心中，只有IT设备的耗电被认为是“有意义”的电能。(www.xing528.com)

PUE测量方法用于计算数据中心的能效，是对数据中心及其子系统耗电程度进行测量的方法，包括测量点的选择、测量参数和测试周期等。The Green Grid提出了不同类别的PUE测量方法，其重点是测量点和测量周期的确定。在其发布的白皮书中明确了4类测量类别，分别用Category0（类别0）、Category1（类别1）、Category2（类别2）和Category3（类别3）表示，不同类别测量点、测量周期和测量物理量的定义见表13⁃4。

表13⁃4 PUE测量点

绿色数据中心的建设，可以为能源节约和利用做出贡献，尤其应依据项目的具体特征，优先采用绿色的设计方案，绿色的设计不但能够保证数据中心高效可靠的运行，更在数据中心运行的能源节约、利用和经济性上起到关键的作用，例如，高效的冷冻水系统、积极的自然冷却控制、经济的蓄能及电力峰谷平差价措施、专业的机房布局等。并要做系统的全生命周期的经济性比较，以获得最适合的解决方案。

（2）EEE（Energy Expense Effectiveness） EEE是数据中心采用的一种衡量全年直接消耗的能源费用使用效率评估的指标，全年能源费用与IT负载运行电费（或全年全部能源费用与全年IT能耗）之比，EEE值越小，表示数据中心经济效益越高。数据中心全年直接能耗费用：柴发机组运行费用、电费、水费、天然气费用、其他能源费用加上风能太阳能等投资成本按7年均摊费用；IT负载运行电费：以IT电源列头柜输出电量作为基准测量值，统计全年运行电费。也可统一按IT机柜输入或IT服务器输入作为基准测量值考虑。数据中心总能耗费计算公式及组成如图13⁃2所示。

同样PUE值的数据中心，EEE值（3E值）是不同的，相对于PUE值来说，EEE值对数据中心总体拥有成本管理特别是后期运营成本管理更具有参考价值，它可以说明数据中心的“节能”情况，但更多代表了数据中心如何“节省费用”，更能从经济性角度评估数据中心的绿色节能情况，并且它涵盖范围更广，突破电能，涉及燃油、天然气、太阳能和风能等各种能源。

综上，PUE值和EEE值应并行监测，统一考虑，综合统计分析数据中心的节能和节省费用的情况。

图13⁃2 数据中心总能耗费计算公式及组成

（3）IT设备能效 IT设备的能效比=IT设备每秒的数据处理流量或每秒的数据吞吐量/IT设备的功耗。IT设备的能效比越高，意味着IT设备每消耗1W的电能，所能处理、存储和交换的数据量越大。

SUN公司为新一代Internet推出了一个新的评判标准，即以SWaP（Space、Watts and Performance）值来判断数据中心内部署的服务器系统功效状况和经济性。它综合考虑了服务器占用空间、功耗数与性能因素。SWaP值=性能/占用空间×功耗，是一个关于行业标准服务器效能状况的度量标准。

（4）可再生能源利用率 随着全球生态和环保的问题日趋严峻，可再生能源的利用逐渐得到各国及各界的重视。可再生能源包括太阳能、水力、风力、生物质能、波浪能、潮汐能、海洋温差能等。它们在自然界可以循环再生。

经过多年的发展，我国可再生能源的开发利用已取得了很大进展。从风电资源开发来看，2003年底，全国并网风力发电装机容量为56.9万kW，风电装机容量位居世界第10位，已经基本掌握单机容量750kW以下大型风力发电设备的制造能力，正在开发兆瓦级的大型风力发电设备。

尽管我国可再生能源产业发展取得了很大进展，但与发达国家相比还有很大的差距，还远远不能适应我国能源发展战略的要求。可再生能源发展缓慢客观上是风力发电、太阳能发电的建设成本及运行费率难以与化石能源竞争，但从国外的经验来看，关键是促进可再生能源发展的政策力度不够所至。发展可再生能源利在社会，意在长远，可再生能源很难与常规能源在市场上竞争，因此必须通过辅以特殊的能源政策，反映国家的意志，促进可再生能源的发展。

国家能源局公布了我国可再生能源发展的“十二五”规划目标。根据该目标，到2015年，我国将努力建立有竞争性的可再生能源产业体系，风电、太阳能、生物质能、太阳能热利用及核电等非化石能源开发总量将达到4.8亿t标准煤。

数据中心是耗能大户，所以数据中心在条件合适情况下应该考虑采用或提高可再生能源的利用率。