APC：数据中心效率（PUE）计算指南方案二

三部分构成法之共用资源与测量方法不切实际的设备估计

引言：

作为有效能源管理计划的一部分，确定数据中心基础设施效率的好处已被广泛认可。用电效用（PUE）的标准指标及其对应的数据中心基础设施效率1（DCIE）已经成为公认的标准。

在为数据中心提供能源审计的过程中，施耐德电气旗下APC通过对特定数据中心PUE的确定发现了一些应用问题。以下是导致功率消耗子系统分类为IT负载、物理基础设施或其他时出现困难的一些问题：

² 在数据中心遇到的消耗功率的设备，在效率计算时应该如何计算其功率数据或是否应该将其计算在内仍然不清楚。

² 某些数据中心子系统没有出现在一些数据中心中（例如室外照明或网络运营中心）一些子系统支持混合使用的设施，并为其它非数据中心的功能设施（例如冷却塔和冷水机组）所共用，因此归于数据中心的这一小部分功率不能被直接测量。

² 对于某些子系统来说，为其提供功率消耗测量设备是非常不切实际的，或是成本非常高昂（例如对于PDU，由于其具有大量的输出接线或开关设备）。

² 一些实际的电力负荷测量点包括一些与数据中心无关的、但在测量时不能分开的负载。

在典型的数据中心中经常会出现一个或多个上述应用问题，并且数据中心几乎总是存在共同使用的设施（例如办公楼）。由于大多数数据中心运营商在试图确定PUE时会遇到一个或多个上述问题，因此应确定一个标准的处理方法。这就是本文的目的。

本文确立了一种收集数据中心数据的标准方法，阐述了如何使用这种方法来计算PUE，并将重点放在如何处理混乱或不完整的数据。

本文我们将继续针对三部分构成法中的第二、第三部分进行讲述：

第二部分：共用资源估计。

如果一个子系统由于与非数据中心负载共用而不能直接测量其功率消耗，使用标准化方法来估计该类型子系统的功率。

如前节所述，对数据中心负载正确、一致的分类是确定数据中心PUE的重要组成部分。然而，正如在引言中的解释，有些与数据中心相关的消耗功率的设备被其他用途所共用。例如，一个数据中心可能与毗邻的办公大楼共用一个冷水机组，或者是数据中心的UPS电源同时为呼叫中心供电。甚至精确测量这样一个共用设备的能源使用情况对于数据中心的效率计算来说也是无用的，因为这种与负载相关、而不是与数据中心相关的设备损耗是不应包括在PUE计算之内的。

当一个设备被共用时一种通常采取的做法是在计算PUE时简单地省略该设备。这会导致主要误差，特别是如果该设备是主要的能源消耗设备，例如一个冷水机。对于标准检查目的来说这种做法会使PUE计算无效。一个更好的策略是估计（或间接测量）与数据中心相关的共用设备的损耗部分，然后在PUE计算中计入这些损耗。这种方法能够产生令人惊讶的准确结果。

考虑冷水机组与其它非数据中心负载共用的情况。我们的目标是测量或估计与数据中心有关的冷水机组消耗的功率部分。有三种方法来确定被共用的冷水机组的能源使用情况：

1.利用所有其它数据中心负载的已知电力损耗来测量/估计冷水机的热负荷，测量/估计冷水机的效率性能，然后使用此信息来计算冷机用于数据中心负载的电功率

2.测量/估计数据中心和其它负载之间的热负荷比例（使用水温、压力、泵的设置等），测量冷水机的输入功率，然后根据比例将冷水机功率的一部分分配给数据中心

3.关闭冷水机上的非数据中心负载，然后测量冷水机，以确定与数据中心相关的冷水机功率2。

这些间接测量和估计通常是在数据中心专家能源审计过程中进行，但采用先进技术的数据中心运营商也可以进行尝试。一旦为特定的数据中心确立了方法，以后就很容易重新使用来了解效率趋势。

类似的方法可以用于其它类型的共用资源。这些估计和建模技术可在数据中心的软件管理工具中正式化，以提供连续的效率报告。例如，APC的InfraStruXure Central数据中心管理套件提供了数量不断增加的多个选项，用来在其能源管理工具中处理共用资源。

第3部分：测量方法不切实际的设备估计

第三部分：测量方法不切实际的设备估计。如果由于测量技术障碍而不能直接测量某一子系统的功率，使用标准化方法来估计该类型子系统的功率。

本测量方法可以测量数据中心内每一个功率消耗设备的能源使用情况。但是，有些设备的能源使用情况测量起来比较复杂，成本较高，有时不切实际。在许多情况下，对设备进行间接测量和估计能够以实际可行的、具有成本效益的方式来确定PUE。

考虑配电单元（PDU）的情况，很明显它是一个功率消耗器件。在部分加载的数据中心内，PDU的损耗可能超过10%的IT负载，对于PUE的计算结果具有显著影响。然而大多数数据中心运营商在PUE计算中省略了PDU损耗，因为PDU损耗被认为很难确定，从而造成了PUE计算的严重误差。

有几个原因可以解释为什么PDU损耗很难进行直接测量：

² PDU内的测试仪表根本不能直接提供损耗信息

² PDU内的输入和输出测试仪表通常不提供瓦特值，而仅有伏安（VA）或安培值

² PDU的输入和输出测试仪表并不能精确到足以从输入中减去输出来确定损耗

² 一个PDU有许多输出，可能需要进行求和以获得输出功率

幸运的是，PDU的损耗是非常具有确定性的，如果给出PDU的特性，就能从IT负载直接计算出PDU的损耗。如果负载已知，就能以非常高的精度估计出PDU的损耗（以瓦特、安培或VA为单位）。事实上，以此方法来估计损耗通常比使用内置的PDU测量仪表更加准确。

一旦估计得出PDU的损耗，从UPS输出计量结果中将其减去就能获得IT负载，在确定PUE时它们被算作基础设施负载的一部分。与忽略PDU损耗相比，此简单方法大大提高了PUE的计算精度。此功能可被植入能源审计过程中使用的软件工具中，或者是直接植入实时能源管理软件，正如APC的InfraStruXure Central能源管理软件系统那样。

结论

PUE被定义为IT负载功率与数据中心输入功率这两个数值之比。尽管最初它似乎只是简单地获取两个测量值并取其比值的问题，但在生产数据中心中的情况却很少是这么简单。

数据中心往往是具有多种用途的楼宇的一部分，所以不可能找到一个单点来测量数据中心的总输入功率或测量IT负载。这意味着需要确定用于获取所有数据中心能源使用情况的适当测量点，为了获得数据中心的总输入功率，通常需要将来自不同子系统的功率使用数据组合起来。有些时候获得一些功率测量结果可能是不切实际的，或设备可能被一些非数据中心应用所共用，这将使问题进一步复杂化。

本文提供了需要包括在能源使用分析中的各种数据中心子系统列表，以及如何将这些子系统的能源使用纳入PUE计算。此外，为了考虑PUE计算，本文还描述了用于确定共用设备以及测量方法不切实际的那些设备的能源使用的一些实用方法。

数据中心运营商需要认识到，确定PUE并不需要大量的昂贵仪器，因为可通过间接测量和估计来有效估算一个数据中心的许多损耗。

虽然这些方法对于典型用户来说似乎难以实施，但可以通过低成本、易于使用的软件工具来简化问题，并允许任何数据中心（大型或小型，新建的或改造的）建立有效的实时能量管理系统。