电信互联网数据中心IDC的能耗测评方法.docx

电信互联网数据中央1.O的能耗测评方法核心提示：本标准分析了互联网数据中央（以下简称数据中央）的能耗结构,定义数据中央的能效指标,提出数据中央能耗测量方法和能效数据发布要求.本标准主要规定了数据中央的直接消耗的电能，不包括油、水等其它能源或资源的消耗.本标准适用于数据中央能耗的测量及能效的计算,用于了解数据中央能源效率状况，比拟不同数据中央之间的能源效率及作为数据中央节能水平评级的依据.前言本标准是数据中央的系列标准文件之一,该系列标准文件的预计结构及名称如下：1） YD/T2542-2021电信互联网数据中央（皿.总体技术要求2） YD/T24412021互联网数据中央技术及分级分类标准3） YD/T24422021互联网数据中央资源占用、能效及排放技术要求和评测方法4） YD/T2543-2021电信互联网数据中央（皿的能耗测评方法5） 电信互联网数据中央皿.的运维治理技术要求6） 电信互联网数据中4（IDC）网络设备测试方法7） 电信互联网数据中央皿.网络设备技术要求8） 集装箱式电信互联网数据中央（皿.总体技术要求9） 基于云计算的互联网数据中央网络互联技术要求10）基于云计算的互联网数据中央平安指南11）电信互联网数据中央（皿.虚拟资源治理技术架构请注意本文件的某些内容可能涉及专利.本文件的发布机构不承当识别这些专利的责任.本标准由中国通信标准化协会提出并归口.本标准起草单位：中国移动通信集团公司、工业和信息化部电信研究院、中国联合网络通信集团、中国电信集团公司、中兴通讯股份、华为技术、百度在线网络技术1北京）、深圳市腾讯计算机系统、中金数据系统、阿里巴巴（中国）、上海宽带技术及应用工程研究中央.本标准主要起草人：唐华斌、李洁、房秉毅、蔡永顺、李明栋、高新菊、陈尚义、谭杰夫、连雄伟、刘水旺、张敬、方行、李典林、高巍、郭亮、于涛.电信互联网数据中央（IDe）的能耗测评方法1范围本标准分析了互联网数据中央（以下简称数据中央）的能耗结构，定义数据中央的能效指标,提出数据中央能耗测量方法和能效数据发布要求.本标准主要规定了数据中央的直接消耗的电能,不包括油、水等其它能源或资源的消耗.本标准适用于数据中央能耗的测量及能效的计算,用于了解数据中央能源效率状况，比拟不同数据中央之间的能源效率及作为数据中心节能水平评级的依据.2缩略语以下缩略语适用于本文件.CLF制冷负载系数HVDC高压直流IDC因特网数据中央.信息技术PLF供电负载系数PPUE局部PUE电能利用效率RER可再生能源利用率SAN存储区域网络UPS不间断电源VPN虚拟专用网络3数据中央的能耗结构CoolingLoadFactorHighVoltageDirectCurrentInternetDataCenterInformationTechnologyPowerLoadFactorPUEPartialPUEPowerUsageEffectivenessRenewableEnergyRatioStorageAreaNetworkUninterruptedPowerSupplyVirtualPrivateNetwork数据中央一般由所在地电网或专用的发电设施提供电力供给,经过变、配电等环节处理后,为数据中央的用电设备提供电源.数据中央的能耗由以下局部组成：IT设备；-制冷设备；-供配电系统自身的消耗;-其它消耗电能的数据中央设施.3.2IT设备IT设备包括数据中央中的计算、存储、网络等不同类型的设备，用于承载在数据中央中运行的应用系统,并为用户提供信息处理和存储、通讯等效劳，同时支撑数据中央的监控治理和运行维护.IT设备的具体类型包括：-效劳器类：例如机架式、刀片式（含机框）或塔式等不同形式效劳器；一存储类：包括磁盘阵列、SAN交换机等存储设备，以及磁带库、虚拟带库等备份设备；-网络类：包括交换机、路由器，以及防火墙、VPN,负载均衡等各类专用网络设备；-IT支撑类：主要包括用于运行维护的KVM、监控治理等附属设备.3.3制冷设备数据中央制冷设备是为保证IT设备运行所需温、湿度环境而建立的配套设施,主要包括以下类型设备组成：-机房内所使用的空调设备,包括机房专用空调、行间制冷空调、湿度调节设备等；一提供冷源的设备,包括风冷室外机、冷水机组、冷却塔、水泵、水处理等等；-如果使用新风系统,还包括送风、回风风扇、风阀等.3.4供配电系统数据中央供配电系统用于提供满足设备使用的电压和电流,并保证供电的平安性和可靠性.供配电系统通常由变压器、配电柜、发电机、UPS、HVDC电池、机柜配电单元等设备组成.3. 5其它设施数据中央中其它消耗电能的根底设施,包括照明设备、安防设备、灭火、防水、传感器以及相关数据中央建筑的治理系统等.4数据中央能效指标数据中央能效指标是衡量数据中央能效的量化标准,其主要作用包括：-通过确定一种量化标准,帮助衡量数据中央运行过程中的电能利用情况；-提供对不同数据中央之间能效进行比拟的依据；一作为数据中央设计、流程和治理改良的重要依据，以及为节能减排改良效果的评估提供比照数据.综合考虑数据中央能效指标的可测量性、可比拟性和可优化性，本标准选择PUE、局部PUE、制冷/供电负载系数和可再生能源利用率等四类能效指标,作为数据中央能效测评的根本指标.4.1 电能利用效率（PUE）PUE（PowerUsageEffectiveness,电能利用效率）是国内外数据中央普遍接受和采用的一种衡量数据中央根底设施能效的综合指标,其计算公式为:PUE=PTotal/PIT其中PTotal为数据中央总耗电,PIT为数据中央中IT设备耗电.在数据中央中，只有IT设备的耗电被认为是产生有效输出的有意义的电能.PUE的实际含义,是计算在提供给数据中央的总电能中，有多少电能是真正应用到IT设备上.根据定义,PUE值的取值范围为1.0到无穷大,数据中央机房的PUE值越大,那么表示制冷和供电等数据中央配套根底设施所消耗的电能越大.PUE定义简单、易于操作，只需分别测量出数据中央总耗电和IT设备耗电,就能立即计算出整个数据中央的PUE值.4.1.1 数据中央总耗电数据中央的总耗电是维持数据中央正常运行的所有耗电，包括前述IT设备、制冷设备、供配电系统和其它设施的耗电的总和.如果数据中央所在建筑同时用于办公等其它用途,那么办公等所消耗的电能不包括在数据中央总耗电中.4.1.2 IT设备耗电IT设备耗电是如3.2所描述的各类IT设备的耗电的总和.4. 2局部PUE局部PUE（PartialPUE,缩写为PPUE）是数据中央PUE概念的延伸,用于对数据中央的局部区域或设备的能效进行评估和分析.在采用pPUE指标进行数据中央能效评测时,首先根据需要从数据中央中划分出不同的分区（也称为Zone）.一个多层数据中央建筑中的一个机房,或者一个集装箱数据中央的集装箱模块,都可以作为一个Zone.ZoneO+JMOP图1局部PlE计算示意图/如图1所示,将数据中央划分为Zone0、Zonek、ZOneIn等m+1个分区，那么分区Zonei的局部PUE为：pPUEi=(PNi+PITi)/PITi其中i=K2、m,PITi为第i个分区的IT设备耗电,PNi为第i个分区的非IT设备耗电.局部PUE用于反映数据中央的局部设备或区域的能效情况,其数值可能大于或小于整体PUE.要提升整个数据中央的能源效率,一般要首先提升PPUE值较大的局部设备或区域的能效.局部PUE适合用于基于集装箱或其它模块化单元构建的模块化数据中央,或者由多个建筑和机房构成的较大型数据中央的局部能效评估.4.3 制冷/供电负载系数CLF(CoolingLoadFaCtOr,制冷负载系数)定义为数据中央中制冷设备耗电与IT设备耗电的比值，即CLF=PCooling/PIT其中PCooling为制冷设备耗电.PLF(PowerLoadFaCtor,供电负载系数)定义为数据中央中供配电系统耗电与IT设备耗电的比值,即PLF=PPower/PIT其中PPower为供配电系统耗电.CLF和PLF可以看作是PUE的补充和深化,通过分别计算这两个指标,可以进一步深入分析制冷系统和供配电系统的能源效率.如果忽略照明、安防等其它少量耗电,那么有以下的近似公式：PTotalPCoOling+PPower+PIT以上各项除以IT设备耗电,可以变换得到PUECLF+PLF+1ITm34.4 可再生能源使用率可再生能源(RenewableEnergy)是指在自然界中可以循环再生的能源,主要包括太阳能、风能、水能、生物质能、地热能和海洋能等.可再生能源对环境无害或危害极小，而且资源分布广泛,适宜就地开发利用.与可再生能源相对的是煤、石油、天然气等化石燃料及核能.可再生能源利用率(RenewableEnergyRatio,缩写为RER)用于衡量数据中央利用可再生能源的情况，以促进太阳能、风能、水能等可再生、无碳排放或极少碳排放的能源利用.RER的定义为:RER=PR/PTotal其中PR为可再生能源供电.对于采用了可再生能源的数据中央,可采用此指标进行评估.5数据中央能耗测量方法5.1概述能耗测量方法是为计算数据中央能效,对数据中央及其子系统耗电进行测量的方法,包括测量点的选择、测量参数和测试设备要求等.5. 2能耗测量点5. 2.1PUE指标测量点为计算PUE,需要在如图2所示的数据中央的供配电系统示意图中，测量数据中央总耗电及IT设备耗电,具体测量点如下：1）数据中央总耗电在正常情况下,数据中央的电能由市电提供,测量点应取市电输入变压器之前,即图2中的Ml点.当市电故障情况下,柴油发电机产生的电力（图2中的M2点）作为数据中央总耗电的测量点.如果是多用途机房楼,数据中央总耗电计算中，需减去在M4点测量的办公等其它耗电.2）IT设备耗电严格来说,IT设备耗电应该在各IT设备输入电源处测量耗电量并进行加总,但由于IT设备数量较多,这一方法将大大增加测量工作量和本钱.因此,在实际操作中,可在各路UPS输出或者列头柜配电输入处进行测量后,将测量值加总作为IT设备耗电.每一路供电的IT设备测量点即图2中的M3点.停口PUE拒际的迎上点确定测量点之后,根据定义,PUE的计算方法为：PUE=(Pl+P2P4)/P3其中Pl为在Ml点测得的用电量,依此类推.5.2.2pPUE指标测量点局部PUE的具体测量与Zone的定义有关,在如图3所示的区域Zonel的供配电系统示意图中，可在Ml点测量此区域总耗电,在M2点测量每一路供电的IT设备耗电并进行加总.图3局部PUE指标的测昼巨根据定义,Zonel区域的局部PUE为：pPUE=Pl/P2其中Pl为在MI点测得的用电量,依此类推.5. 2.3CLF/PLF指标测量点图4C1F/PLF指标的测显亘根据定义,CLF和PLF的计算公式分别为:CLF=P5/P3PLF=(Pl+P2-P3P4-P5-P6)/P3其中Pl为在Ml点测得的用电量,依此类推.其中PUE的测量和计算方法见5.2.1.5.2 .4RER指标测量点如图5所示,为计算RER指标,需要分别测量不同供电方式供给数据中央的用电量,从而计算出可再生能源供电占数据中央总耗电的比例.图5RER指标的测量旦可再生能源供电可能来自市电（例如水电），也可能来自于自供（例如数据中央装配太阳能或风能发电机）.假定市电中可再生能源占比为r%,那么根据定义,RER的计算公式为：RER=（Pl*r%+P3）/（Pl+P2+P3）其中Pl为在Ml点测得的用电量,依此类推.5. 2.5能耗的间接测量和估算在实际测量中，局部需要的耗电量可能无法直接测量得到,而应通过一定的方法进行间接测量和估算.制冷设备和供配电系统能耗的间接测量和估算可采取如下方法：1）制冷设备能耗的间接测量和估算采用水冷空调的数据中央通常与所在建筑的办公场所等共用冷水机组,为测量数据中央制冷所消耗的电能,可测量或估计数据中央和其它负载之间的热负荷比例（根据水流量、水温的设置等），然后根据比例将冷水机组消耗电能的一局部分配给数据中央.计算局部PUE的区域与其它区域有共享制冷系统时,也应采用这种方法进行间接测量和估算.2）供配电系统能耗的间接测量和估算在测量供配电系统能耗的过程中，如果指定的测量点难以安装测试设备,根据相关设备的能效因子进行间接推算.例如,在PUE测量中，如果无法在数据中央变压器之前直接测量数据中央的总能耗，可根据变压器之后的实测值进行推算.止匕外，当需要从数据中央总耗电中扣除办公等耗电时，也应采取按比例分摊的方式,将对应的供配电系统的损耗进行扣除.5.3 测量周期和频率能耗指标的数值受各种因素的影响,会随季节、节假日和每天忙闲时段的改变发生变化,因此为全面、准确了解数据中央的能效,应采用固定测量仪表,对数据中央能耗进行持续、长期的测量和记录.假设数据中央未安装固定测量设备,可采用钳形功率计等设备测量数据中央及亶设备等的短时用电量.测量的周期和频率如下：（a）每次测量不小于一小时；（b）每天测量不少于2次,在业务忙时和闲时进行测量；（C）每月不少于3天,可在5日、15日、25日进行测量.数据中央应根据连续或屡次短时累计的数据中央总耗电、IT设备耗电等测量值（单位为Kwh）来计算PUE等能效指标.如无特殊说明，数据中央的PUE、pPUE、CLF.PLF和RER等能效指标,是指采用固定测量仪表,在指定测量点测量并记录至少一年的数据.数据中央如果选择公布季度、月份、天或小时发布能效数据，周、应对其能效周期加以说明.其中季度可根据春季（3月5月）夏季、（6月8月）秋季、（9月11月）、冬季（12月2月）划分.5. 4测量设备和系统测量设备和系统应满足以下要求：-应在规定的对应测量点进行测量.可安装固定测量设备,也可以利用供电、空调或IT设备内置的测量功能；-测量设备的精度要求误差不超过土3%,解析度不低于O.IKwh;-采用支持通过网络自动上报或者自动获取能耗数据的智能测量仪表,实现能耗远程、自动化采集；-建设能效治理系统,实现对能耗数据的统计、分析和能效指标的自动计算.6能效数据发布要求即使采用了相同的指标定义、测量点、测量周期和测量工具,数据中央的能效仍然可能会由于其所在地理位置、功率密度、主要业务类型、IT设备上架率等不同而产生明显差异.为更加全面、准确的反映数据中央能效,在公布能效指标数值时,应包括以下相关信息：-数据中央所在的地理位置,至少精确到具体的城市；一数据中央时测试的具体时间段、室内外温湿度等;-数据中央的设计功率密度,单位为KW/机架；一数据中央规模，以总电容量计算（KW）;-数据中央实际使用率、上架IT设备功率占总设计IT功率的比例;数据中央建筑形式,单体机房、与办公等混用或者模块化等；-数据中央用途,企业应用、互联网应用、客户设备托管等；-数据中央供电和制冷方式,例如高压直流,风冷/水冷式空调、自然冷源（说明年使用时长）；-是否采用了间接测量和估算方法,估算时的测量点、热负荷比例和估算方法等.