淺談能效限額標(biāo)準(zhǔn)對(duì)數(shù)據(jù)中心行業(yè)綠色發(fā)展的促進(jìn)作用

胡佳華 焦躍 南楠

摘 要：為了研究能效限額標(biāo)準(zhǔn)在推動(dòng)數(shù)據(jù)中心行業(yè)綠色發(fā)展、加快我國(guó)“碳達(dá)峰”“碳中和”戰(zhàn)略目標(biāo)實(shí)現(xiàn)中起到的作用，本文綜述了國(guó)內(nèi)數(shù)據(jù)中心行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施情況，以北京市作為示例，對(duì)數(shù)據(jù)中心能效限額標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施的情況和實(shí)施成效進(jìn)行了分析。根據(jù)數(shù)據(jù)中心能效限額標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施過程中遇到的問題，提出能效限額標(biāo)準(zhǔn)在約束數(shù)據(jù)中心能源消費(fèi)、提高數(shù)據(jù)中心能效水平等方面進(jìn)一步發(fā)揮作用的建議，為數(shù)據(jù)中心能效限額標(biāo)準(zhǔn)的修訂和促進(jìn)數(shù)據(jù)中心綠色低碳發(fā)展提供了一定參考。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)中心，能效限額標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)施成效，綠色發(fā)展

DOI編碼：10.3969/j.issn.1002-5944.2023.12.018

0 引 言

習(xí)近平在中央財(cái)經(jīng)委員會(huì)第九次會(huì)議上指出，要把碳達(dá)峰、碳中和納入生態(tài)文明建設(shè)整體布局。數(shù)據(jù)中心作為能源消耗大戶，是節(jié)能減排的重中之重。為了客觀反映數(shù)據(jù)中心綠色、節(jié)能、高效的目標(biāo)，國(guó)外主要通過LEED（Leadership in Energy &Environmental Design Building Rating System）、TGG（The Green Grid）等針對(duì)數(shù)據(jù)中心能效進(jìn)行評(píng)估和評(píng)級(jí)。國(guó)內(nèi)從2019年開始，北京、上海、湖南等地紛紛制定數(shù)據(jù)中心能效限額標(biāo)準(zhǔn)及配套政策，而國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)于2021年才發(fā)布，地方標(biāo)準(zhǔn)需要通過修訂解決能效限額要求不適用、節(jié)能技術(shù)先進(jìn)性不足等問題。本文通過分析數(shù)據(jù)中心能效限額標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施情況和實(shí)施成效，以數(shù)據(jù)中心能效提升的問題為導(dǎo)向，提出能效限額標(biāo)準(zhǔn)在約束數(shù)據(jù)中心能源消費(fèi)、提高數(shù)據(jù)中心能效水平等方面進(jìn)一步發(fā)揮作用的建議，為數(shù)據(jù)中心能效限額標(biāo)準(zhǔn)的修訂和促進(jìn)數(shù)據(jù)中心綠色低碳發(fā)展提供了一些參考。

1 我國(guó)數(shù)據(jù)中心行業(yè)和標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀

1.1 我國(guó)數(shù)據(jù)中心行業(yè)現(xiàn)狀

近年來，我國(guó)數(shù)據(jù)中心正由高速發(fā)展向高質(zhì)量發(fā)展全面演進(jìn)。按照標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架2.5 kW統(tǒng)計(jì)，截至2021年底，我國(guó)在用數(shù)據(jù)中心機(jī)架規(guī)模達(dá)到520萬架，近五年年均復(fù)合增速超過30%[1]?？梢怨浪?，2021年我國(guó)數(shù)據(jù)中心總耗電量約2150億千瓦時(shí)，占全國(guó)總用電量的2.77%，比整個(gè)上海市全社會(huì)用電量（1749.62億千瓦時(shí)）還多。隨著政府對(duì)數(shù)據(jù)中心能效的管控以及先進(jìn)綠色技術(shù)的普及，數(shù)據(jù)中心的能源利用效率（PUE）逐年降低，2017年我國(guó)超大型數(shù)據(jù)中心平均運(yùn)行PUE為1.63，大型數(shù)據(jù)中心平均PUE為1.54；2018年超大型數(shù)據(jù)中心平均運(yùn)行PUE低至1.41，大型數(shù)據(jù)中心平均PUE低至1.48，同比下降明顯[2]，2021年我國(guó)數(shù)據(jù)中心整體PUE進(jìn)一步降低?？梢娢覈?guó)數(shù)據(jù)中心規(guī)模體量不斷增大，能源消費(fèi)量不斷攀升，但能效水平仍有一定的提升空間。

1.2 我國(guó)數(shù)據(jù)中心相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀

我國(guó)的數(shù)據(jù)中心標(biāo)準(zhǔn)體系從國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，到地方標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，以至企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)成了多層次的標(biāo)準(zhǔn)體系架構(gòu)，并貫穿規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)、施工、監(jiān)理、安裝、驗(yàn)收、等級(jí)評(píng)定等數(shù)據(jù)中心全生命周期的各個(gè)階段，同時(shí)涉及選址規(guī)范、網(wǎng)絡(luò)布線、供配電、制冷與空調(diào)、集裝箱/模塊化、互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、災(zāi)備、資源利用、電能能效和測(cè)量、成熟度模型、運(yùn)維管理等數(shù)據(jù)中心不同專業(yè)。這些標(biāo)準(zhǔn)主要可以分為三個(gè)方面：基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)、管理與運(yùn)維標(biāo)準(zhǔn)、綠色能效標(biāo)準(zhǔn)。在數(shù)據(jù)中心建設(shè)和運(yùn)營(yíng)過程中，常用的標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

2 我國(guó)數(shù)據(jù)中心能效限額標(biāo)準(zhǔn)

2.1 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)

我國(guó)現(xiàn)有涉及數(shù)據(jù)中心能源利用、能效評(píng)價(jià)、節(jié)能評(píng)價(jià)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、地方標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范性文件超過30項(xiàng)，但在實(shí)際應(yīng)用中能效指標(biāo)的計(jì)算邊界和數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)口徑不一?！稊?shù)據(jù)中心能效限定值及能效等級(jí)》（GB 40879-2021）作為強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，于2022年11月1日起在全國(guó)范圍內(nèi)強(qiáng)制實(shí)施，該標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布和實(shí)施，將在全國(guó)建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)中心能效評(píng)價(jià)技術(shù)準(zhǔn)則和分析方法。

該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了數(shù)據(jù)中心的能效等級(jí)與技術(shù)要求、統(tǒng)計(jì)范圍、測(cè)試與計(jì)算方法。數(shù)據(jù)中心能效等級(jí)共分為3級(jí)，1級(jí)表示能效最高，3級(jí)能效為數(shù)據(jù)中心能效限定值。該標(biāo)準(zhǔn)將為數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)綠色低碳發(fā)展提供關(guān)鍵的標(biāo)準(zhǔn)工具。

2.2 地方標(biāo)準(zhǔn)

2012年，上海市頒布國(guó)內(nèi)首個(gè)針對(duì)數(shù)據(jù)中心能耗管理的地方強(qiáng)制性實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)《數(shù)據(jù)中心機(jī)房單位能源消耗限額》（DB31/651-2012），同年還發(fā)布了《通信行業(yè)單位信息流量能源消耗限額（移動(dòng)通信宏基站和數(shù)據(jù)中心部分）》（DB31/652-2012）。

2 014年，北京市頒布《數(shù)據(jù)中心能效分級(jí)》（DB11/T 1139-2014），把不同能效值的數(shù)據(jù)中心分為I、II和III級(jí)，其中I級(jí)的節(jié)能水平最高。這是數(shù)據(jù)中心能耗管理標(biāo)準(zhǔn)中第一次強(qiáng)調(diào)可再生能源的利用，對(duì)提升數(shù)據(jù)中心綠色電能使用水平起到了促進(jìn)作用。

2019年，湖南省發(fā)布《數(shù)據(jù)中心單位能源消耗限額及計(jì)算方法》（DB43/T 1590-2019），要求已建數(shù)據(jù)中心的限定值、新建（改擴(kuò)建）數(shù)據(jù)中心的準(zhǔn)入值、數(shù)據(jù)中心單位能效限額先進(jìn)值要達(dá)到1.88、1.63、1.34。

隨著數(shù)據(jù)中心先進(jìn)節(jié)能技術(shù)層出不窮、能源消費(fèi)管控力度的加強(qiáng)，各地政府對(duì)數(shù)據(jù)能效水平的要求越來越高。上海市地標(biāo)DB31/651-2012于2017年廢止，DB31 652-2012于2020年修訂并更名為《數(shù)據(jù)中心能源消耗限額》，把綜合電能利用效率（CPUE）限額值、準(zhǔn)入值和先進(jìn)值定在了1.7、1.3、1.25。北京市地標(biāo)DB11/T 1139-2014于2019年修訂并更名為《數(shù)據(jù)中心能源效率限額》，把能源效率限額指標(biāo)（PUE）的限定值、準(zhǔn)入值和先進(jìn)值定在了1.4、1.3、1.2。

3 數(shù)據(jù)中心能效限額標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施情況

3.1 數(shù)據(jù)中心管理情況

上海市在2018年發(fā)布《上海市推進(jìn)新一代信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)助力提升城市能級(jí)和核心競(jìng)爭(zhēng)力三年行動(dòng)計(jì)劃（2018—2020年）的通知》，依據(jù)《上海市互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心建設(shè)導(dǎo)則（2019版）》，每年支持符合要求的數(shù)據(jù)中心建設(shè)，并明確新建數(shù)據(jù)中心機(jī)架數(shù)量和總功率。從2020年開始，上海市對(duì)數(shù)據(jù)中心實(shí)行能耗數(shù)據(jù)月報(bào)統(tǒng)計(jì)制度，并搭建了“上海市數(shù)據(jù)中心在線能源審計(jì)平臺(tái)”。該平臺(tái)已覆蓋上海全市互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心，通過在線填報(bào)或數(shù)據(jù)接口掌握用能情況，并對(duì)數(shù)據(jù)中心進(jìn)行達(dá)標(biāo)監(jiān)測(cè)、節(jié)能挖潛等工作，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)庫、用能數(shù)據(jù)月報(bào)、能耗測(cè)評(píng)及能源審計(jì)等功能。

北京市在2021年發(fā)布《北京市數(shù)據(jù)中心統(tǒng)籌發(fā)展實(shí)施方案（2021—2023年）》，要求新建數(shù)據(jù)中心PUE值不得高于1.3，并且計(jì)劃關(guān)閉、騰退一部分高能耗數(shù)據(jù)中心，并計(jì)劃對(duì)不同PUE水平的數(shù)據(jù)中心實(shí)施差別電價(jià)?！蛾P(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目節(jié)能審查的若干規(guī)定》提出對(duì)北京市數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目進(jìn)一步加強(qiáng)節(jié)能審查，要求項(xiàng)目每年按10%逐年提高可再生能源利用比例，到2030年實(shí)現(xiàn)100%（不含電網(wǎng)既有可再生能源占比）。2022年，《北京市低效數(shù)據(jù)中心綜合治理工作方案》對(duì)北京市存量低效數(shù)據(jù)中心的節(jié)能改造和治理工作提供了明確的指導(dǎo)。同時(shí)，北京市對(duì)數(shù)據(jù)中心的事前節(jié)能審查和事后節(jié)能監(jiān)察工作十分重視。

3.2 限額標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施效果

本節(jié)以北京市數(shù)據(jù)中心為研究對(duì)象，分別于2018年和2022年抽取50個(gè)數(shù)據(jù)中心（機(jī)房建筑面積3000 m2以上，或機(jī)柜總功率5000 kW以上）作為樣本（32個(gè)相同樣本，18個(gè)不同樣本），調(diào)研其業(yè)務(wù)構(gòu)成、機(jī)架上架率、年用電量、年平均PUE等情況，分析北京市數(shù)據(jù)中心能源消費(fèi)和能效水平發(fā)展情況。由于北京市每年都有以數(shù)據(jù)中心能效限額標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)的專項(xiàng)節(jié)能監(jiān)察，本節(jié)調(diào)研內(nèi)容能在一定程度上反映能效限額標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施效果。

3.2.1 數(shù)據(jù)中心基本情況

本節(jié)兩次調(diào)研涉及的數(shù)據(jù)中心建成年代跨度從2000年到2019年，單機(jī)柜功率以4～6 kW為主，少數(shù)機(jī)房使用了8 kW及以上的中高密機(jī)柜。從業(yè)務(wù)構(gòu)成上看，有85%的數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)涉及政府機(jī)構(gòu)、運(yùn)營(yíng)商、金融、互聯(lián)網(wǎng)，航空、醫(yī)療等細(xì)分領(lǐng)域也逐漸占據(jù)一定市場(chǎng)。從機(jī)架上架率看，2018年50個(gè)調(diào)研樣本的平均上架率為68.50%，2022年50個(gè)調(diào)研樣本的平均上架率為83.85%，可見北京市數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)趨于成熟，機(jī)房的空置率較低（見圖1）。

3.3.2 數(shù)據(jù)中心能效水平

數(shù)據(jù)中心主要由IT設(shè)備及軟件、制冷系統(tǒng)和供配電系統(tǒng)三部分構(gòu)成，其中IT系統(tǒng)和軟件是數(shù)據(jù)中心的核心部件，同時(shí)通過空調(diào)和供配電等輔助系統(tǒng)支撐以保持正常工作[3]。IT設(shè)備通常需要24 h不間斷運(yùn)行，不僅自身消耗大量電力，還需要用制冷系統(tǒng)除去其產(chǎn)生的巨大發(fā)熱量，需要配電系統(tǒng)為其不間斷供電[4]。因此，數(shù)據(jù)中心的能源消費(fèi)量（集中表現(xiàn)為用電量）很高，單位面積能耗可達(dá)普通辦公樓的十幾倍甚至上百倍[5]。

從能源消費(fèi)量上看，2018年，50個(gè)調(diào)研樣本的年總用電量為35.34億度，2022年，50個(gè)調(diào)研樣本的年總用電量為36.62億度，提高了3.61%，主要原因是數(shù)據(jù)中心機(jī)架上架率的提高以及有新增數(shù)據(jù)中心帶來的能耗增量。從主要耗能部位看，IT設(shè)備、制冷系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)的用電比例更加優(yōu)化，2018年，調(diào)研樣本的用電比例為65∶27∶8，2022年，調(diào)研樣本的用電比例為71∶22∶7。從綜合電能利用率（PUE）看，2018年調(diào)研樣本的平均PUE為1.55，2022年調(diào)研樣本的平均PUE為1.41，能效水平有一定的提升（見圖2）。

3.3.3 能效限額標(biāo)準(zhǔn)的作用

（1）促進(jìn)行業(yè)能效水平的進(jìn)一步提高

調(diào)研中有32個(gè)數(shù)據(jù)中心參加了兩次調(diào)研，其中26家持續(xù)挖掘節(jié)能潛力，不斷開展節(jié)能技改，有效降低了年均PUE值，整體樣本的PUE值降低了9.03%?？梢娔苄揞~標(biāo)準(zhǔn)可有效敦促企業(yè)加強(qiáng)節(jié)能管理，提高數(shù)據(jù)中心整體能效水平。

（2）提升數(shù)據(jù)中心行業(yè)的規(guī)范化程度

數(shù)據(jù)中心能效限額標(biāo)準(zhǔn)對(duì)數(shù)據(jù)中心能耗統(tǒng)計(jì)范圍和綜合電能利用效率計(jì)算方法進(jìn)行了科學(xué)的規(guī)范，數(shù)據(jù)中心能效限額標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，對(duì)于企業(yè)進(jìn)行能耗統(tǒng)計(jì)和計(jì)算具有指導(dǎo)作用。

（3）推動(dòng)先進(jìn)節(jié)能技術(shù)的廣泛應(yīng)用

北京市近年來不斷加強(qiáng)對(duì)數(shù)據(jù)中心能耗監(jiān)測(cè)，尤其是對(duì)低效數(shù)據(jù)中心實(shí)行分批整治、逐步關(guān)閉等措施。為了提高能效水平，越來越多的數(shù)據(jù)中心選擇采用自然冷源利用、間接蒸發(fā)制冷、余熱利用、光伏發(fā)電等節(jié)能技術(shù)。

4 能效限額標(biāo)準(zhǔn)促進(jìn)數(shù)據(jù)中心綠色發(fā)展的建議

本文綜述了國(guó)內(nèi)數(shù)據(jù)中心行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施情況，選取了北京市作為示例，對(duì)數(shù)據(jù)中心能效限額標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施的情況和實(shí)施成效進(jìn)行了分析，為了發(fā)揮能效限額標(biāo)準(zhǔn)在約束數(shù)據(jù)中心能源消費(fèi)、提高數(shù)據(jù)中心能效水平等方面的作用，提出以下建議。

4.1 進(jìn)一步優(yōu)化能耗指標(biāo)值

建議對(duì)《數(shù)據(jù)中心能源效率限額》（DB11/ T1139-2019）進(jìn)行修訂，提高對(duì)限定值、準(zhǔn)入值和先進(jìn)值的要求。限定值應(yīng)以淘汰一定比例的現(xiàn)有低效數(shù)據(jù)中心為取值原則，在基于節(jié)能改造的基礎(chǔ)上淘汰20%左右的落后產(chǎn)品和產(chǎn)能；準(zhǔn)入值是新增產(chǎn)能必須滿足的能效水平，應(yīng)代表行業(yè)前20%左右的能效水平；先進(jìn)值對(duì)標(biāo)國(guó)內(nèi)或國(guó)際同行業(yè)能效領(lǐng)先水平，應(yīng)代表行業(yè)前5%左右的能效水平。

4.2 主動(dòng)銜接國(guó)家能效限額標(biāo)準(zhǔn)

目前，數(shù)據(jù)中心能效限額標(biāo)準(zhǔn)的國(guó)家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)實(shí)施，能效等級(jí)1級(jí)、2級(jí)、3級(jí)對(duì)應(yīng)電能比分別是1.2、1.3和1.5，各地方應(yīng)通過標(biāo)準(zhǔn)修訂等方式主動(dòng)與國(guó)標(biāo)內(nèi)容進(jìn)行銜接，在滿足國(guó)標(biāo)能效指標(biāo)要求的基礎(chǔ)上，結(jié)合地方行業(yè)特點(diǎn)設(shè)置特色化的規(guī)定。

4.3 完善數(shù)據(jù)中心節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)體系

補(bǔ)齊數(shù)據(jù)中心行業(yè)節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)短板，完善節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)配套體系建設(shè)，推動(dòng)計(jì)量檢測(cè)、能量系統(tǒng)優(yōu)化、能源管理體系、能源績(jī)效評(píng)估、節(jié)能監(jiān)察等領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)制定修訂，探索開展數(shù)據(jù)中心碳排放相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)研究制定，并銜接好節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)和碳排放相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)。

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作者簡(jiǎn)介

胡佳華，碩士，工程師，研究方向?yàn)橥ㄐ判袠I(yè)節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)化及管理。

焦躍，通信作者，博士，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)槟茉唇?jīng)濟(jì)。

南楠，碩士，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)榄h(huán)境保護(hù)工程。

（責(zé)任編輯：張佩玉）