PUE

Power Usage Effectiveness的簡寫，是評價數據中心能源效率的指標，是數據中心消耗的所有能源與IT負載使用的能源之比，是DCIE(data center infrastructure efficiency )的反比。

PUE = 數據中心總設備能耗/IT設備能耗，PUE是一個比值，基準是2，越接近1表明能效水平越好

PUE(PowerUsageEffectiveness，電源使用效率)值已經成為國際上比較通行的數據中心電力使用效率的衡量指標。PUE值是指數據中心消耗的所有能源與IT負載消耗的能源之比。PUE值越接近於1，表示一個數據中心的綠色化程度越高。

基本介紹

• 中文名：PUE
• 全稱：Power Usage Effectiveness
• 意義：是評價數據中心能源效率的指標
• 內容：數據中心總設備能耗/IT設備能耗

作用

隨著電子信息系統機房IT設備高密度的集成化，解決設備散熱及機房散熱量日漸趨高的現象開始受到了各界強烈關注。而根據研究顯示，IT/電信目前相關的碳排放已經成為最大的溫室氣體排放源之一，由此一年產生的碳排放為8.6億噸，且該領域的排放勢頭還在隨著全球對計算、數據存儲和通信技術需求的增長快速上升。即使人們大力提高設備、機房結構等裝置和數據中心的能效，到2020年，全球IT相關碳排放也將達到15.4億噸。所以越來越多的人開始關注綠色機房的建設。

目前，PUE(PowerUsageEffectiveness，電源使用效率)值已經成為國際上比較通行的數據中心電力使用效率的衡量指標。PUE 值是指數據中心消耗的所有能源與IT負載消耗的能源之比。PUE值越接近於1，表示一個數據中心的綠色化程度越高。當前，國外先進的數據中心機房PUE值通常小於2，而我國的大多數數據中心的PUE值在2-3之間。所以國內機房內晶片級主設備1W的功耗會導致總體耗電量達到2-3W，而國外機房內晶片級主設備1W的功耗只會導致總體耗電量為2W以下。

機房建設前期的設計和規劃就把節能、環保考慮到，並在設計和規劃的過程中達到機房的使用要求的前提下，把機房的PUE值作為機房的設計和規劃要求。用戶對PUE值的要求，機房設計滿足並說明從幾方面可以把機房的設計達到用戶的要求。

根據統計數據顯示，數據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負責，所以降低機房空調的耗電量可以有效的降低機房的PUE值。

由於現代電子信息系統機房中的空調負荷主要來自於計算機主機設備、外部輔助設備的發熱量，其中伺服器、存儲、網路等主設備占到設備散熱量的80%。所以隨著伺服器集成密度的持續增高，伺服器機櫃設備區就成為了機房內主要的熱島區域。伺服器設備熱密度越來越大。機房下送風空調系統是將抗靜電活動地板下空間作為空調系統的送風靜壓箱，空調機組由通風地板向機櫃、設備等熱負荷送風。可是當冷風從高密度機櫃前面的地板出風口送出的冷風至機櫃中部時，冷風已經被伺服器全部吸收，所以若機柜上半部分沒有足夠的冷量，就會導致機柜上半部分的設備無法正常運行。

近年來機房伺服器類負荷的最高散熱量已攀升至每機櫃20KW以上，原有地板下送風機房精密空調系統理想送風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機組送風量也相應增大，其送風風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：機房在設計中採用靜電地板高度的提升，地板出風口的通風率的提高，封閉機櫃冷通道，以及用風道上送風和地板下送風結合製冷等方式進行解決。

機房空調的冷量不浪費，有效地利用可以很大地提高空調的利用率。在實現機房製冷的前提下，空調運行也可以節能。通過空調系統一系列的最佳化，可以降低整個機房的PUE值。

然而，空調本身的耗電量是最主要的。所以解決空調自身的耗電量是降低空調能耗成本的關鍵。機房中採用傳統的風冷製冷方式是最耗電的運行方式。在大的IDC中現在基本上都採用水冷式的機房空調系統，比風冷系統節能20%左右。

但是，我們也可以通過新的空調技術實現比水冷空調再節能30%以上的空調系統(非電空調)。

非電空調俗稱溴化鋰空調、吸收式制冷機、燃氣空調等，其工作原理是通過採用天然氣、城市煤氣、發電廢熱、工業廢熱、工業廢水、太陽能、沼氣等任何能產生80℃以上的熱能為動力、以溴化鋰為冷媒進行熱交換，從而降低空調循環水溫度，達到製冷目的;但“非電”只是空調本身的製冷不直接用電來運作，而支持空調運作的後方機組，比如風機、水泵、冷卻塔都是需要耗電的。

但相對於直接用電來製冷和制熱，非電空調對電力的消耗非常小。所以這種非電技術的意思是，我們無法杜絕用電，但是可以做到大幅度節約用電。

非電空調製冷原理：就是利用溴化鋰溶液實現的，即水和溴化鋰的二介介質，由於沸點不同而且具有吸水性的原理，當加熱溴化鋰溶液時，水被蒸發，蒸發的水流入蒸發器內蒸發吸熱，然後蒸汽被冷凝，再次與溴化鋰混合成為溶液。這些過程中，它被熱源加熱，然後通過蒸發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制熱等。這樣就實現了用熱製冷。

所謂非電技術，就是採用直接由熱能來製冷的原理。傳統意義上的電空調，要完成製冷效果，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，最後才能到冷能，這其中5次能量轉換過程都將排出一定數量的二氧化碳。因此，從理論上來說非電空調不僅節約了能源，還有效地減少了空調製冷過程中4倍的碳排放。

機房建設中空調系統通過最新的技術，我們可以把空調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。

數據中心的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。而且機房建設的等級越高需要UPS的數量就越多。比如：一個國標C級的機房配置一台400KVAUPS就可以滿足要求，若這個機房中的負載沒有變化，只是等級從C級變成A級，則UPS就會從一台400KVA變成四台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量非常好，UPS的工作方式就可以採用後備式的方式。正常工作市電通過UPS的旁路直接給負載進行供電，UPS處於備份狀態。市電停電以後，直接轉換成UPS電池供電模式。通過這樣的方式可以節約所有UPS的自身功耗的電量。

最後，PUE無論怎樣變化，都是大於1的乘數因子。要做到最佳節能，降低伺服器等IT設備的功耗，才是最有效的方法。比如1W的IT設備需要總功耗電量為1.6W。當降低伺服器設備功耗為0.8的時候，數據中心總功耗立即降為0.8×1.6=1.28。IT設備降低了0.2，而總耗電量降低了 0.32。這就是乘數因子效應。

得出方法

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

2. 在電源轉換、交換和調節完成之後，測量IT設備的負荷。據綠色格線所述，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據中心伺服器機架的總電量。

根據正常運行時間協會（Uptime Institute），典型數據中心的電源使用效率平均為2.5。就是電錶中每2.5瓦的電能，只有1瓦的電能用於IT負荷。正常運行時間協會估計大多數設施如果使用最有效的設備和採取最佳做法，其電源使用效率可達到1.6。

PUE的缺陷

PUE是評估和跟蹤數據中心電源利用率的一種手段，通過這個指標可以幫助我們了解設施改進的效果，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數值是不可信的，因為沒有一家廠商能提供如何獲取這些數值或如何測量的詳細信息，因此PUE已經成了一個被操縱的數字。

幾乎每個人都知道，PUE的定義非常簡單，它等於輸送給數據中心的功率除以IT設備真實使用的功率的值。

PUE=輸送給數據中心的總功率/IT負載功率

PUE如果等於1.0是最佳狀態，這意味著所有輸入功率全部被IT設備使用，也就沒有製冷，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，從技術上來說這是不可能的，大多數傳統數據中心的PUE值介於2.5至3.5之間，但新建造的數據中心和貨櫃結構數據中心的PUE通常號稱低於1.1，如果真是這樣那就非常完美了。

那么是什麼使PUE的數值變得如此低呢？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，照明系統全部關閉，用戶幾乎不線上時測量，甚至關閉冗餘製冷系統才進行測量，這種時候測得的PUE值當然會很低，但它的確已經遠遠偏離了事實。

從前面給出的等式可以得知，數據中心輸入總功率越小，PUE可能越好，不知道是怎么測量IT負載功率的，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，機櫃風扇用電等，這樣才能讓等式中的分母變大，使PUE變得更小，如果數據中心的供電是建築物內其它功能設施共享，如辦公室，會議室，餐廳和大堂，或共享空調系統制冷機房或冷卻塔，如果不能獨立測量，那需要精確估算數據中心輸入功率，這對計算PUE是至關重要的。