PUE作用

隨著電子信息系統(tǒng)機房IT設(shè)備高密度的集成化，解決設(shè)備散熱及機房散熱量日漸趨高的現(xiàn)象開始受到了各界強烈關(guān)注。而根據(jù)研究顯示，IT/電信相關(guān)的碳排放已經(jīng)成為最大的溫室氣體排放源之一，由此一年產(chǎn)生的碳排放為8.6億噸，且該領(lǐng)域的排放勢頭還在隨著全球?qū)τ嬎?、?shù)據(jù)存儲和通信技術(shù)需求的增長快速上升。即使人們大力提高設(shè)備、機房結(jié)構(gòu)等裝置和數(shù)據(jù)中心的能效，到2020年，全球IT相關(guān)碳排放也將達到15.4億噸。所以越來越多的人開始關(guān)注綠色機房的建設(shè)。

PUE(PowerUsageEffectiveness，電源使用效率)值已經(jīng)成為國際上比較通行的數(shù)據(jù)中心電力使用效率的衡量指標(biāo)。PUE 值是指數(shù)據(jù)中心消耗的所有能源與IT負(fù)載消耗的能源之比。PUE值越接近于1，表示一個數(shù)據(jù)中心的綠色化程度越高。當(dāng)前，國外先進的數(shù)據(jù)中心機房PUE值通常小于2，而我國的大多數(shù)數(shù)據(jù)中心的PUE值在2-3之間。所以國內(nèi)機房內(nèi)芯片級主設(shè)備1W的功耗會導(dǎo)致總體耗電量達到2-3W，而國外機房內(nèi)芯片級主設(shè)備1W的功耗只會導(dǎo)致總體耗電量為2W以下。

機房建設(shè)前期的設(shè)計和規(guī)劃就把節(jié)能、環(huán)?？紤]到，并在設(shè)計和規(guī)劃的過程中達到機房的使用要求的前提下，把機房的PUE值作為機房的設(shè)計和規(guī)劃要求。用戶對PUE值的要求，機房設(shè)計滿足并說明從幾方面可以把機房的設(shè)計達到用戶的要求。

根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，數(shù)據(jù)中心的冷卻占機房總功耗的40%左右。機房中的冷卻主要是由機房空調(diào)負(fù)責(zé)，所以降低機房空調(diào)的耗電量可以有效的降低機房的PUE值。

由于現(xiàn)代電子信息系統(tǒng)機房中的空調(diào)負(fù)荷主要來自于計算機主機設(shè)備、外部輔助設(shè)備的發(fā)熱量，其中服務(wù)器、存儲、網(wǎng)絡(luò)等主設(shè)備占到設(shè)備散熱量的80%。所以隨著服務(wù)器集成密度的持續(xù)增高，服務(wù)器機柜設(shè)備區(qū)就成為了機房內(nèi)主要的熱島區(qū)域。服務(wù)器設(shè)備熱密度越來越大。機房下送風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)是將抗靜電活動地板下空間作為空調(diào)系統(tǒng)的送風(fēng)靜壓箱，空調(diào)機組由通風(fēng)地板向機柜、設(shè)備等熱負(fù)荷送風(fēng)?？墒钱?dāng)冷風(fēng)從高密度機柜前面的地板出風(fēng)口送出的冷風(fēng)至機柜中部時，冷風(fēng)已經(jīng)被服務(wù)器全部吸收，所以若機柜上半部分沒有足夠的冷量，就會導(dǎo)致機柜上半部分的設(shè)備無法正常運行。

近年來機房服務(wù)器類負(fù)荷的最高散熱量已攀升至每機柜20KW以上，原有地板下送風(fēng)機房精密空調(diào)系統(tǒng)理想送風(fēng)狀況下的機房單位面積最大供冷量為4KW/㎡(更大供冷量所配置的空調(diào)機組送風(fēng)量也相應(yīng)增大，其送風(fēng)風(fēng)壓足以把地板給吹起來)，已無法滿足其需求。

上述的問題解決：機房在設(shè)計中采用靜電地板高度的提升，地板出風(fēng)口的通風(fēng)率的提高，封閉機柜冷通道，以及用風(fēng)道上送風(fēng)和地板下送風(fēng)結(jié)合制冷等方式進行解決。

機房空調(diào)的冷量不浪費，有效地利用可以很大地提高空調(diào)的利用率。在實現(xiàn)機房制冷的前提下，空調(diào)運行也可以節(jié)能。通過空調(diào)系統(tǒng)一系列的優(yōu)化，可以降低整個機房的PUE值。

然而，空調(diào)本身的耗電量是最主要的。所以解決空調(diào)自身的耗電量是降低空調(diào)能耗成本的關(guān)鍵。機房中采用傳統(tǒng)的風(fēng)冷制冷方式是最耗電的運行方式。在大的IDC中基本上都采用水冷式的機房空調(diào)系統(tǒng)，比風(fēng)冷系統(tǒng)節(jié)能20%左右。

但是，我們也可以通過新的空調(diào)技術(shù)實現(xiàn)比水冷空調(diào)再節(jié)能30%以上的空調(diào)系統(tǒng)(非電空調(diào))。

非電空調(diào)俗稱溴化鋰空調(diào)、吸收式制冷機、燃?xì)饪照{(diào)等，其工作原理是通過采用天然氣、城市煤氣、發(fā)電廢熱、工業(yè)廢熱、工業(yè)廢水、太陽能、沼氣等任何能產(chǎn)生80℃以上的熱能為動力、以溴化鋰為冷媒進行熱交換，從而降低空調(diào)循環(huán)水溫度，達到制冷目的;但“非電”只是空調(diào)本身的制冷不直接用電來運作，而支持空調(diào)運作的后方機組，比如風(fēng)機、水泵、冷卻塔都是需要耗電的。

但相對于直接用電來制冷和制熱，非電空調(diào)對電力的消耗非常小。所以這種非電技術(shù)的意思是，我們無法杜絕用電，但是可以做到大幅度節(jié)約用電。

非電空調(diào)制冷原理：就是利用溴化鋰溶液實現(xiàn)的，即水和溴化鋰的二介介質(zhì)，由于沸點不同而且具有吸水性的原理，當(dāng)加熱溴化鋰溶液時，水被蒸發(fā)，蒸發(fā)的水流入蒸發(fā)器內(nèi)蒸發(fā)吸熱，然后蒸汽被冷凝，再次與溴化鋰混合成為溶液。這些過程中，它被熱源加熱，然后通過蒸發(fā)將需要冷卻的一端冷卻了，同時冷凝的熱量通過室外的冷卻塔冷卻或送到室內(nèi)制熱等。這樣就實現(xiàn)了用熱制冷。

所謂非電技術(shù)，就是采用直接由熱能來制冷的原理。傳統(tǒng)意義上的電空調(diào)，要完成制冷效果，必須由熱能到機械能、由機械能到電能、再由電能回到機械能，最后才能到冷能，這其中5次能量轉(zhuǎn)換過程都將排出一定數(shù)量的二氧化碳。因此，從理論上來說非電空調(diào)不僅節(jié)約了能源，還有效地減少了空調(diào)制冷過程中4倍的碳排放。

機房建設(shè)中空調(diào)系統(tǒng)通過最新的技術(shù)，我們可以把空調(diào)的能耗占整個機房總能耗的比值控制在15%左右。這樣整個機房的PUE值就可以控制在2以下。

數(shù)據(jù)中心的UPS電源占機房總功耗的5%左右。而UPS自身的功率占UPS的7%左右。而且機房建設(shè)的等級越高需要UPS的數(shù)量就越多。比如：一個國標(biāo)C級的機房配置一臺400KVAUPS就可以滿足要求，若這個機房中的負(fù)載沒有變化，只是等級從C級變成A級，則UPS就會從一臺400KVA變成四臺400KVA的UPS。所以解決UPS的自身功耗也是非常重要的。如果機房供電的電源質(zhì)量非常好，UPS的工作方式就可以采用后備式的方式。正常工作市電通過UPS的旁路直接給負(fù)載進行供電，UPS處于備份狀態(tài)。市電停電以后，直接轉(zhuǎn)換成UPS電池供電模式。通過這樣的方式可以節(jié)約所有UPS的自身功耗的電量。

最后，PUE無論怎樣變化，都是大于1的乘數(shù)因子。要做到最佳節(jié)能，降低服務(wù)器等IT設(shè)備的功耗，才是最有效的方法。比如1W的IT設(shè)備需要總功耗電量為1.6W。當(dāng)降低服務(wù)器設(shè)備功耗為0.8的時候，數(shù)據(jù)中心總功耗立即降為0.8×1.6=1.28。IT設(shè)備降低了0.2，而總耗電量降低了 0.32。這就是乘數(shù)因子效應(yīng)。

1. 在設(shè)施的電表中測量電能的使用。如果數(shù)據(jù)中心是在混合使用的設(shè)施或辦公樓里，只需要測量儀表中供給數(shù)據(jù)中心的電量。如果數(shù)據(jù)中心沒有一個單獨的電表，就須估計非數(shù)據(jù)中心所消耗的電量，然后從方程式中減掉這一部分。

2. 在電源轉(zhuǎn)換、交換和調(diào)節(jié)完成之后，測量IT設(shè)備的負(fù)荷。據(jù)綠色網(wǎng)格所述，最有用的測量點是在計算機房配電單元（PDU）的輸出端。這種測量表示的是傳送到數(shù)據(jù)中心服務(wù)器機架的總電量。

根據(jù)正常運行時間協(xié)會（Uptime Institute），典型數(shù)據(jù)中心的電源使用效率平均為2.5。就是電表中每2.5瓦的電能，只有1瓦的電能用于IT負(fù)荷。正常運行時間協(xié)會估計大多數(shù)設(shè)施如果使用最有效的設(shè)備和采取最佳做法，其電源使用效率可達到1.6。

PUE是評估和跟蹤數(shù)據(jù)中心電源利用率的一種手段，通過這個指標(biāo)可以幫助我們了解設(shè)施改進的效果，但我們很快陷入了PUE極限運動大賽，可以說，很多廠商宣稱的PUE數(shù)值是不可信的，因為沒有一家廠商能提供如何獲取這些數(shù)值或如何測量的詳細(xì)信息，因此PUE已經(jīng)成了一個被操縱的數(shù)字。

幾乎每個人都知道，PUE的定義非常簡單，它等于輸送給數(shù)據(jù)中心的功率除以IT設(shè)備真實使用的功率的值。

PUE=輸送給數(shù)據(jù)中心的總功率/IT負(fù)載功率

PUE如果等于1.0是最佳狀態(tài)，這意味著所有輸入功率全部被IT設(shè)備使用，也就沒有制冷，沒有照明，甚至沒有布線，因為它們總是會消耗掉一部分電力的，從技術(shù)上來說這是不可能的，大多數(shù)傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的PUE值介于2.5至3.5之間，但新建造的數(shù)據(jù)中心和集裝箱結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)中心的PUE通常號稱低于1.1，如果真是這樣那就非常完美了。

那么是什么使PUE的數(shù)值變得如此低呢？很簡單，減少分子或增加分母可以使PUE變得更小，PUE的值越小越好，因此近來出現(xiàn)了人為操縱的跡象，例如，有人選擇了最佳的測量時機，選擇戶外很冷，照明系統(tǒng)全部關(guān)閉，用戶幾乎不在線時測量，甚至關(guān)閉冗余制冷系統(tǒng)才進行測量，這種時候測得的PUE值當(dāng)然會很低，但它的確已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏離了事實。

從前面給出的等式可以得知，數(shù)據(jù)中心輸入總功率越小，PUE可能越好，不知道是怎么測量IT負(fù)載功率的，如果是讀取的UPS輸出功率，那么還得加上PDU（配電裝置）的傳輸損耗，布線損耗，機柜風(fēng)扇用電等，這樣才能讓等式中的分母變大，使PUE變得更小，如果數(shù)據(jù)中心的供電是建筑物內(nèi)其它功能設(shè)施共享，如辦公室，會議室，餐廳和大堂，或共享空調(diào)系統(tǒng)制冷機房或冷卻塔，如果不能獨立測量，那需要精確估算數(shù)據(jù)中心輸入功率，這對計算PUE是至關(guān)重要的。

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