能耗指标与数据中心规模-孙长青

规划设计部总工 孙长青

随着国家对数据中心的规范化，各地相续出台了一系列能源措施，特别是一线重点城市，在电力紧张的情况下，都相续出台了限制措施，包括明确的更低PUE的要求，比如：

北京要求全市层面禁止新建和扩建互联网数据服务、信息处理和存储支持服务中的数据中心(PUE值在1.4以下的云计算数据中心除外)，中心城区全面禁止新建和扩建数据中心。

上海要求存量改造数据中心PUE不高于1.4，新建数据中心PUE 限制在1.3 以下。

深圳要求数据中心重点用能单位（能源消费量大于5000吨标准煤）应建设能耗在线监测系统，按要求接入广东省重点用能单位能耗监测平台，并鼓励促进以高能效代替低能效、以大规模代替小规模、以新技术代替陈旧技术数据中心的减量替代方式改造数据中心。对PUE小于1.4以下的数据中心，结合PUE数值给予不同力度的能耗指标的支持。

PUE的限制仅仅是其中的一个紧箍咒，数据中心建设还有一个更大的门槛，那就是发改委节能审查中的碳排放能耗指标。

随着政策的收紧，业内都在谈谈能耗指标而色变，因为你即便有强大的背景，有雄厚的资金，有强烈的投资数据中心的愿望，而想要迈过能耗指标这个坎，确是千难万难。

1、能耗指标是什么？

对于初入数据中心行业的人，甚至是在数据中心行业侵淫多年的专业人士来说，如果没有专门针对前期业务开展过工作，对能耗指标的具体内容也是一头雾水，搞不清楚其具体所指。

能耗指标的一般定义：能耗指标是各种反映能源消耗量的数据指标，用来描述能源消耗量的大小和种类。（很可惜，我们行业中的能耗指标并不是这个定义）

下面详细看一份大家所说的能耗指标文件，可以直接从网上看到的公开信息（大家可以从北京市政府信息公开专栏网上直接查找：http://www.beijing.gov.cn/zfxxgk/110002/xzxk53/2018-09/18/content_95edd5fc28334f77945bcdf3d34ce421.shtml）。

由以上信息可知，大家普遍所说的“能耗指标”也就是节能审查意见中的年综合能耗，与一般定义的内容不同。最核心的就是这个“标准煤”及“二氧化碳排放总量”，这是限制数据中心规模的核心因素。这个能耗指标的有效期为2年。拿到这个数值，意味着最大的一块石头搬开了，数据中心可以放心大胆的往下走了。

那么，各地的节能审查采用的数值标准是一样的吗？稍微了解的人都会知道，电力的标准煤的吨位，有两种折算系数，一种是当量值，一种是等价值。那么，各地使用的数值到底是当量值还是等价值呢？

依据上面举的北京的例子，再结合北京其他项目的节能审查意见报告，可以判断出，北京的标准煤吨位是以当量值来计算的，每度电对应的标准煤为0.1229kg（当量值）。另外，北京在给出标准煤的同时，还给出了年CO2排放总量，经比对核算，每度电对应的CO2排放量为0.604kg。

根据同样的方法，可以知道，广东的标准煤算法与北京是一样的，取的是当量值，每度电对应的标准煤为0.1229kg（当量值）。而广东的节能审查意见报告中，一般没有年CO2排放总量的指标。

上海地区的标准，经查网上资料，标准煤算法有当量值也有等价值，有时候会将等价值与当量值同时标出，在默认没有标注的情况下，经与年耗电量对比计算，一般是取的等价值，即每度电对应的标准煤为0.288kg（等价值）。上海的节能审查意见报告中，也没有年CO2排放总量的指标。

2、能耗指标怎么转化为IT功率？

能耗指标确定了之后，就要考虑这个指标怎么转化为实实在在的IT功率了，在这个转化换算的过程中，很多人就有了不同的换算系数，得出的结果也是千差万别。

其实，这个能耗指标有一个很明确的对应数值，那就是年耗电量。别管是当量值还是等价值的标准煤，或是年CO2排放总量，只要确定了标准，你拿到的能耗指标就对应了一个年耗电量。

之所以大家计算出的IT总功率不同，是大家计算时对PUE的理解有偏差导致的。比如，在上海，新政要求新建数据中心的PUE要在1.3以内，有很多人都以为，在数据中心的PUE达到1.3的情况下，拿到的能耗指标转化为年耗电量之后，就可以直接按下式计算：

IT总功率=Q（年耗电量）÷8760÷1.3÷ρ（机柜负载率）

=q（市电容量）÷1.3÷ρ（机柜负载率）

那么，这个计算公式对吗？

要分析这个数值，首先要明白PUE的概念。

PUE一般是指整个数据中心包括IT设备和配套基础设施的年耗电量除以IT设备年耗电量。PUE值是一个年均值，它既不是夏季极端气候下的瞬时值，也不是冬季自然冷却时的瞬时值。当然，对PUE，业内还有一个流行的另外的理解，那就是瞬时PUE，认为它可以表示瞬时值。且不论这个理解的对错，顺着这个思路走下去。什么数值才是真正影响用电容量转换为IT功率的核心因素呢？

上海的新建数据中心的PUE要在1.3以内，在这里，PUE=1.3是指的常规概念上的年均值，也就是一年当中，所谓的瞬时PUE，会在1.15~1.65（仅假设值，实际可能有出入）之间波动。

数据中心要保证全年7×24小时不间断运行，必然要保证最不利的场景下能满足数据中心的供电和供冷的需求，最不利场景一定是在夏季极端最高温度的时候出现，这时候的制冷系统在最大负荷运行，整个数据中心的用电功率在此时是最大的。此时总用电负荷与IT功率的比值最大，在市电容量一定的情况下，这个比值（所谓瞬时PUE）才是限IT功率负荷的数值，至于这个数值是1.65还是其他数值，就要受地域范围和对机柜负荷率的限定了，但是在上海、北京地区肯定是大于1.3这个年均值的。

当然，算能耗指标的时候，是可以按年标准煤或者年CO2排放总量来进行，可以用它及PUE来确定IT功率负荷，也就是公式在：

IT总功率=Q（年耗电量）÷8760÷1.3÷ρ（机柜负载率）

是成立的。

但是，在：

IT总功率=q（市电容量）÷1.3÷ρ（机柜负载率）

是不成立的。

这个时候，就需要通过IT总功率，来反过来倒推所需要的市电容量也就是总用电负荷了，其公式如下：

q（市电容量）= IT总功率×η（所谓最大瞬时PUE）×ρ（机柜负载率）

其中，η是在最不利极端最高温度的情况下，IT总功率负荷与项目总用电负荷的比值。

因此，在得到年标准煤或者年CO2排放总量的指标后，按年均PUE来推算IT总功率是可以的，但是，一定要匹配合理的市电容量，来满足项目用电需求，不要再按照年均PUE来继续推算市电容量，切记！