摘要：本文通过建立PUE模型，清晰定义了数据中心的主要耗电环节，为机房节能设计与运营提供了可行的数学模型。本文把PUE值中制冷能效因子作为重点进行探讨。

　　为了减少数据中心能量消耗，提高数据中心的能效，全球IT行业的专家们定义了许多数据中心能效模型，其中比较有影响的组织是绿色网格组织（GreenGrid）。绿色网格组织（GreenGrid）与2007年制定了数据中心的能效比指标，分别叫PUE（PowerUsageEffectiveness）和DCiE(DataCenterInfrastructureEffectiveness)。
　　
　　PUE定义
　　
　　PUE值清楚的表达出了数据中心能量消耗的三大部分，即：
　　
　　–IT设备的能量消耗
　　
　　–供电系统的能量损耗
　　
　　–制冷系统的能量消耗
　　
　　PUE=数据中心总能耗/IT设备的能量消耗
　　
　　数据中心总能耗=制冷用电负荷+供配电能耗+IT设备能耗+其他能耗（照明等）
　　
　　如此，上式可分解为：
　　
　　PUE=1+供配电能效因子+制冷能效因子
　　
　　本文仅就制冷系统能耗对PUE值的影响进行分析。
　　
　　数据中心机房专用空调耗电量与能效计算
　　
　　机房空调耗电器件有：
　　
　　压缩机，也是主要的耗电器件；
　　
　　室内风机；
　　
　　室外风机；
　　
　　室内加湿器；
　　
　　再热器，用于过冷状态下加热；
　　
　　控制与显示部件等，耗电量较少，可忽略不计
　　
　　1、压缩机、室内风机、室外风机的耗电计算
　　
　　压缩机、蒸发器、膨胀阀、冷凝器组成一个完整的冷热循环系统（空调四部件），其中耗电部分是压缩机、室内风机、室外风机等三个部件。
　　
　　详细计算不同工况下的三个部件的耗电量是困难的，但是在最大制冷量输出下，空调行业有个标准的参数，即能效比。
　　
　　能效比即一台空调用一千瓦的电能产生多少千瓦的制冷/热量。分为制冷能效比EER和制热能效比COP。例如，一台空调的制冷量是4800W，制冷功率是1860W，制冷能效比(EER)是：4800／1860≈2.6；制热量5500W，制热功率是1800W，制热能效比COP(辅助加热不开)是：5500／1800≈3.1。
　　
　　显然，能效比越大，空调效率就越高，空调也就越省电。目前，我国市场上民用空调平均能效比较低，仅为2.6。美国现行的空调能效标准规定输出功率介于2300W到4100W，即小1匹到1.5匹的空调，能效比达2.8即为合格品；能效比达3.2即达到能源之星标准；而能效比低于2.8，不准在美国市场销售。欧洲的能效标准，空调能效水平分为A、B、C、D、E、F、G共7个级别。其中A级最高，能效比为3.2以上；D级居中，介于2.8～2.6之间；E级以下属于低能效空调。目前我国绝大多数空调处于欧洲E级水平。而在日本国内的空调器的能效比现在一般都在4.0～5.0左右。
　　
　　机房专用空调因为采用专用压缩机，所以能效比都在3.3～3.5之间。本例中按最大负荷制冷功率115kw，则3台艾默生P2060空调为两用一备，其中备份机在先进的iCom控制模块控制下，只有控制电源工作，能耗很少，忽略不计。
　　
　　2台P2060空调，总制冷功率为121.2kw，取能效比中间值3.4计算，则四部件电功率为：
　　
　　P四部件=P制冷/cos=121.2kw/3.4=35.64kw。
　　
　　2、室内加湿器功率
　　
　　数据中心机房的环境、建筑条件、密封状态等不同，导致加湿功率不同。
　　
　　艾默生Pex系列采用远红外加湿器，结构简洁，易于拆卸、清洗和维护。悬挂在不锈钢加湿水盘上的高强度石英灯管发射出红外光和远红外光，在5～6秒内，使水盘中的水分子吸收辐射能以摆脱水的表面张力，在纯净状态下蒸发，不含任何杂质。远红外加湿器的应用减少了系统对水质的依赖性，其自动冲洗功能，使水盘更清洁。
　　
　　本例假设一台P2060空调的加湿器即可满足最大负荷下的加湿量，查相关产品手册远红外加湿器功率为9.6kw。
　　
　　P加湿=9.6kw
　　
　　3、再热器、控制部件耗电量
　　
　　再热器的作用是当空调过冷情况下为实现数据中心机房温度稳定，进行电功率加热。实际运行中，因为艾默生Pex机房空调采用先进的iCom控制器，彻底解决了空调的竞争运行工况，比如一台空调制冷而另外一台空调加热的竞争运行。
　　
　　仅仅在控制器故障下，再热器才会工作。因为这是非正常工况，所以再热器的电功率不计入能效模型。
　　
　　控制部件的耗电量很少，忽略不计。
　　
　　空调系统总的电功率消耗与能效指标为：
　　
　　功率：P空调=P四部件+P加湿=35.64+9.6=45.24kw
　　
　　能效指标：PUE空调因子=45.24/100=0.452
　　
　　至此，数据中心的PUE为：
　　
　　PUE=1+供配电能效因子+制冷能效因子=1+0.108～0.114+0.452=1.560～1.566
　　
　　显然，一个设计与运营良好的数据中心，在空调系统配置正确，不考虑照明、新风机等设备下，能效比应该是小于1.6。
　　
　　而实际运行的数据中心，能效比动辄大于2.5，非常耗能、非常浪费，究其原因还是用户不太关注数据中心能效指标。
　　
　　数据中心能效指标PUE的进一步研究
　　
　　上述的模型能够清晰定义数据中心的主要耗电环节，为机房节能设计与运营提供了可行的数学模型。
　　
　　显然，数据中心节能的重点在于空调部分的能效指标，即PUE空调因子。机房空调的能效指标又与机房的热密度、风道布置、冷热通道、机房建筑热负荷、室外机布置、室内机布置等诸多因素相关，将进行下一步研究探讨。
　　
　　最后，PUE无论怎样变化，都是大于1的乘数因子。要做到最佳节能，降低服务器等IT设备的功耗，才是最立竿见影。比如之前的总耗电量为1.6，当降低服务器设备功耗为0.8的时候，数据中心总功耗立即降低为0.8×1.6=1.28。IT设备降低了0.2，而耗电量降低了0.32。这就是乘数因子效应。
　　
　　责任编辑：小柯