一、引述
1、關于數據中心的電能消耗
數據中心（Data Center）已成為我國重要的關鍵信息基礎設施，在數字中國戰略中發揮著重大作用。目前，在我國的政策的引領與市場需求的雙驅動下，其數據中心的布局建設已遍布我國東西南北中，以2017年為例，截止到年底，其各類應用的在用數據中心28.5萬個，機架總規模達到了479萬架。然而，對于數據中心的發展，面臨著一個突出的、不可忽視的問題就是數據中心的電能消耗問題。這是因為，數據中心內放置安裝有大量地IT設備（服務器設備、網絡設備、存儲設備等）和輔助設施（動力設備、空調及制冷設備、消防設備、環境與安防監控設備、照明等其它配套設施），關于數據中心的耗電設備的種類詳見下表1-1。因此，其數據中心耗電量是個非常驚人的數字，仍以2017年為例，在如此規模的數據中心的數量下，其全年耗電量超過1200億千瓦時，約占我國全社會用電量的2%。鑒于此，有效提高數據中心的電能利用效率，大力實施綠色數據中心建設勢，是在必行且刻不容緩的。
表 1-1：數據中心耗電的設備詳細分類
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對于數據中心的電能消耗是一個無可爭辯的現實問題，數據中心的存在它必然要耗電。然而，實質上，數據中心中IT設備的耗能才是數據中心中有意義的能耗。因此，人們把數據中心的總耗電量與數據中心IT設備耗電量的比值稱為數據中心電能利用效率（PUE）。鑒于此，提高數據中心電能利用效率（PUE），成為數據中心節能綠色建設的重中之重。
2、關于數據中心的電能利用效率（PUE）
數據中心的電能利用效率（PUE，Power Usage Effectiveness）是國內外數據中心普遍采用和接受的一種衡量數據中心基礎設施能效的綜合指標。根據其定義，PUE計算公式應為下式。PUE的實際含義，是計算在提供給數據中心的總電能中，有多少電能是真正用到IT設備上。
PUE = 數據中心的總耗電量（PT）/ 數據中心IT設備的耗電量（PIT）
數據中心的總耗電量（PT）是維持數據中心正常運行的所有耗電，包括表1-1中的IT設備、制冷設備、供配電系統設備和其它設施的耗電量的總和。注意，如果數據中心所在建筑同時用于辦公室等其它用途，則辦公室等所消耗的電能不包括在PT之中。數據中心IT設備的耗電量（PIT）應是包括表1-1中所指IT設備用電量的綜合。
數據中心的電能利用效率（PUE）簡單易于操作，只需分別測量出數據中心總耗電和IT設備耗電，就能立即計算出整個數據中心的PUE值。PUE指標是作為衡量數據中心能效的量化標準，其主要作用詳見下表1-2。根據PUE的定義。PUE的取值范圍應為1.0~∞，PUE值越大，表明數據中心除IT設備之外的其它設備（見表1-1）所消耗的電能越大；數據中心的電能利用效率越低。
表 1-2：PUE指標的作用
二、數據中心的電能能效等級
在我國國家標準GB/T 32910.3《數據中心 資源利用 第3部分：電能能效要求和測量方法》中，對數據中心電能能效的等級做出了規定。
1、相關概念
GB/T 32910.3標準規定的數據中心的電能能效等級是基于電能使用效率EEUE修正值（EEUE修正值）給出的。下表2-1給出了電能使用效率（EEUE，Electric Energy Usage Effectiveness）、電能使用效率EEUE實測值（EEUE實測值）和電能使用效率EEUEP修正值（EEUE修正值）的定義。根據表中定義，數據中心電能使用效率（EEUE）的計算公式應如下式，式中ET和EIT的單位為千瓦時（kW·h）。
表 2-1：電能使用效率EEUE的術語與定義
EEUE = 數據中心的總電能消耗（ET）/ 數據中心IT設備的電能消耗（EIT）
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之所以出現電能使用效率EEUE實測值（EEUE實測值）和電能使用效率EEUE修正值（EEUE修正值）之分，是因為有多種影響數據中心電能使用效率（EEUE）的因素，如：數據中心采用的制冷技術、負荷使用率、數據中心安全等級、所處地域的氣候環境等不同所產生的差異。為此，在得到數據中心電能使用效率EEUE實測值（EEUE實測值）后，應根據其影響因素的差異進行調整而得出數據中心的電能使用效率EEUP修正值（EEUE修正值）。
2、數據中心的電能能效等級標準
數據中心的電能能效等級分級，GB/T 32910.3標準給出了一級（節能）、二級（較節能）、三級（合格）、四級（較耗能）和五級（高耗能）共5個級別，是以EEUE修正值為指標，其分級指標標準詳見下表2-2。該分級指標標準可以用于分析數據中心電能能效狀況，供數據中心設計、建設、運維、改造參考，也可作為數據中心電能能效水平評級的依據。
表 2-2：數據中心的電能能效要求分級表
3、影響EEUE的因素及其調整值
影響數據中心電能使用效率（EEUE）的因素眾多，但影響最大的因素包括：數據中心所采用的制冷技術、使用的性質、負荷使用率、安全等級、所處地域的氣候環境等，下表2-3-1是對這些影響因素的介紹（包括其因素的分類）。GB/T 32910.3標準直接給出了各種影響因素及其分類的EEUE的調整值，詳見下表2-3-2。該調整值是根據影響數據中心的EEUE因素的不同而制定的用于平衡影響因素差異的調整值。在測出數據中心的EEUE實測值數值后減去調整值即可得到EEUE修正值數值。
表 2-3-1：影響數據中心電能能耗和能效的因素介紹
表 2-3-2：EEUE的調整值
在GB/T 32910.3標準中還對數據中心電能使用效率（EEUE）的測量方法和相應的計算方法做出了要求，包括標準能耗測量方法（進行周期為一年的連續測量）和短期能耗測量方法（進行每季節不少于兩次的測量）。若要詳細了解的請查閱下附件2。
附件 2：GB/T 32910.3-2016《數據中心 資源利用 第3部分：電能能效要求和測量方法》
三、數據中心能效限定值與能效等級
1、數據中心的能效等級
我國國家標準GB 40879《數據中心能效限定值及能效等級》規定了數據中心的能效等級，它是基于數據中心的電能比的量級給出的。數據中心的電能比（Ratio of Electricity Consumption）是指：在統計期內，數據中心在信息設備實際運行負載下，數據中心總耗電量與信息設備的耗電量的比值。數據中心的電能比用來表征數據中心電能利用效率（PUE）。
根據GB 40879標準，數據中心的能效等級分為1級、2級、3級共三級，其中1級表示能效最高（即PUE最高）。各能效等級數據中心電能比數值應不大于下表3-1的規定。本指標用于新建及改擴建的數據中心，以及對采用獨立配電、空氣冷卻、電動空調的數據中心建筑單體或模塊單元進行能效計算與考核。
表 3-1：數據中心能效等級指標
2、數據中心能效限定值
數據中心能效限定值為表3-1種能效等級3級。
3、能效等級的統計范圍
統計范圍為用于保障該數據中心運行的所用電能消耗量，包括表1-1中的所有設備的耗電量，無論其來自市電、備用電源、可再生能源發電、燃氣發電及其它單位和設備所供應。應采用儀器儀表對測量期內的所有設備進行測量。
數據中心應符合我國工程建設標準GB 50174中的相關要求，建筑形態可以是一棟或幾棟建筑物，也可以是一棟建筑物的一部分。測量和測評的最小單元應獨立配電、空氣冷卻、電動空調的數據中心建筑單體或模塊單元。對于幾棟建筑物組成的數據中心，應按單體建筑，分開測量和評價。分期建設的數據中心至少應按已建成可評價最小單元測量。
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在GB 40879標準中還對數據中心電能比的測量方法和計算方法給出了要求，若要詳細了解的請查閱下附件3。
附件 3：GB 40879-2021《數據中心能效限定值及能效等級》
四、關于互聯網數據中心（IDC）分級中PUE要求
在GB/T 43331《互聯網數據中心（IDC）技術和分級要求》標準中，把IDC分級為第一級至第五級的共5個等級（其中，第五級級別的技術要求最高，其它級別依次次之），每一個等級級別都是從IDC的綠色節能性、可用性、安全性、服務能力、算力與算效、低碳六個方面提出分級技術要求的。其中在IDC的綠色節能性技術要求中，每一級都對電能利用效率（PUE）提出了指標要求和質量要求，具體詳見下表4。
表 4：GB/T 43331標準關于不同等級IDC的PUE指標要求和PUE質量要求
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五、關于數據中心能效的政策指引要求
為了在我國深入實施綠色數據中心建設、大力提高數據中心的電能利用效率，我國行政主管部門的工信部，在所發布的相關政策文件中，對數據中心的PUE專門提出了要求，以引導我國數據中心不斷提高電能利用效率（PUE）。如工業和信息化部等部門聯合印發的《關于加強綠色數據中心建設的指導意見》（工信部聯節 [2019] 24號）中、工業和信息化部印發的關于《新型數據中心發展三年行動計劃（2021-2023年）》中，都對數據中心的PUE指標提出了政策性的指引要求，具體詳見下表5。
表 5：國家主管部門相關管理文件中對數據中心的PUE指標要求
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需要指出的是，相關電能能效要求指標是數據中心關鍵性能指標（KPI）中的一種。
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