淺談能效限額標準對數據中心行業綠色發展的促進作用

胡佳華 焦躍 南楠

摘 要：為了研究能效限額標準在推動數據中心行業綠色發展、加快我國“碳達峰”“碳中和”戰略目標實現中起到的作用，本文綜述了國內數據中心行業標準實施情況，以北京市作為示例，對數據中心能效限額標準實施的情況和實施成效進行了分析。根據數據中心能效限額標準實施過程中遇到的問題，提出能效限額標準在約束數據中心能源消費、提高數據中心能效水平等方面進一步發揮作用的建議，為數據中心能效限額標準的修訂和促進數據中心綠色低碳發展提供了一定參考。

關鍵詞：數據中心，能效限額標準，實施成效，綠色發展

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

0 引 言

習近平在中央財經委員會第九次會議上指出，要把碳達峰、碳中和納入生態文明建設整體布局。數據中心作為能源消耗大戶，是節能減排的重中之重。為了客觀反映數據中心綠色、節能、高效的目標，國外主要通過LEED（Leadership in Energy &Environmental Design Building Rating System）、TGG（The Green Grid）等針對數據中心能效進行評估和評級。國內從2019年開始，北京、上海、湖南等地紛紛制定數據中心能效限額標準及配套政策，而國家標準于2021年才發布，地方標準需要通過修訂解決能效限額要求不適用、節能技術先進性不足等問題。本文通過分析數據中心能效限額標準實施情況和實施成效，以數據中心能效提升的問題為導向，提出能效限額標準在約束數據中心能源消費、提高數據中心能效水平等方面進一步發揮作用的建議，為數據中心能效限額標準的修訂和促進數據中心綠色低碳發展提供了一些參考。

1 我國數據中心行業和標準現狀

1.1 我國數據中心行業現狀

近年來，我國數據中心正由高速發展向高質量發展全面演進。按照標準機架2.5 kW統計，截至2021年底，我國在用數據中心機架規模達到520萬架，近五年年均復合增速超過30%[1]。可以估算，2021年我國數據中心總耗電量約2150億千瓦時，占全國總用電量的2.77%，比整個上海市全社會用電量（1749.62億千瓦時）還多。隨著政府對數據中心能效的管控以及先進綠色技術的普及，數據中心的能源利用效率（PUE）逐年降低，2017年我國超大型數據中心平均運行PUE為1.63，大型數據中心平均PUE為1.54；2018年超大型數據中心平均運行PUE低至1.41，大型數據中心平均PUE低至1.48，同比下降明顯[2]，2021年我國數據中心整體PUE進一步降低。可見我國數據中心規模體量不斷增大，能源消費量不斷攀升，但能效水平仍有一定的提升空間。

1.2 我國數據中心相關標準現狀

我國的數據中心標準體系從國家標準，到地方標準、行業標準，以至企業標準、團體標準，構成了多層次的標準體系架構，并貫穿規劃、設計、建設、施工、監理、安裝、驗收、等級評定等數據中心全生命周期的各個階段，同時涉及選址規范、網絡布線、供配電、制冷與空調、集裝箱/模塊化、互聯網、云計算、災備、資源利用、電能能效和測量、成熟度模型、運維管理等數據中心不同專業。這些標準主要可以分為三個方面：基礎設施建設標準、管理與運維標準、綠色能效標準。在數據中心建設和運營過程中，常用的標準如表1所示。

2 我國數據中心能效限額標準

2.1 國家標準

我國現有涉及數據中心能源利用、能效評價、節能評價的國家標準、地方標準、行業標準、團體標準和規范性文件超過30項，但在實際應用中能效指標的計算邊界和數據監測口徑不一。《數據中心能效限定值及能效等級》（GB 40879-2021）作為強制性國家標準，于2022年11月1日起在全國范圍內強制實施，該標準的發布和實施，將在全國建立統一的數據中心能效評價技術準則和分析方法。

該標準規定了數據中心的能效等級與技術要求、統計范圍、測試與計算方法。數據中心能效等級共分為3級，1級表示能效最高，3級能效為數據中心能效限定值。該標準將為數據中心領域實現綠色低碳發展提供關鍵的標準工具。

2.2 地方標準

2012年，上海市頒布國內首個針對數據中心能耗管理的地方強制性實施標準《數據中心機房單位能源消耗限額》（DB31/651-2012），同年還發布了《通信行業單位信息流量能源消耗限額（移動通信宏基站和數據中心部分）》（DB31/652-2012）。

2 014年，北京市頒布《數據中心能效分級》（DB11/T 1139-2014），把不同能效值的數據中心分為I、II和III級，其中I級的節能水平最高。這是數據中心能耗管理標準中第一次強調可再生能源的利用，對提升數據中心綠色電能使用水平起到了促進作用。

2019年，湖南省發布《數據中心單位能源消耗限額及計算方法》（DB43/T 1590-2019），要求已建數據中心的限定值、新建（改擴建）數據中心的準入值、數據中心單位能效限額先進值要達到1.88、1.63、1.34。

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

3 數據中心能效限額標準實施情況

3.1 數據中心管理情況

上海市在2018年發布《上海市推進新一代信息基礎設施建設助力提升城市能級和核心競爭力三年行動計劃（2018—2020年）的通知》，依據《上海市互聯網數據中心建設導則（2019版）》，每年支持符合要求的數據中心建設，并明確新建數據中心機架數量和總功率。從2020年開始，上海市對數據中心實行能耗數據月報統計制度，并搭建了“上海市數據中心在線能源審計平臺”。該平臺已覆蓋上海全市互聯網數據中心，通過在線填報或數據接口掌握用能情況，并對數據中心進行達標監測、節能挖潛等工作，實現數據中心數據庫、用能數據月報、能耗測評及能源審計等功能。

北京市在2021年發布《北京市數據中心統籌發展實施方案（2021—2023年）》，要求新建數據中心PUE值不得高于1.3，并且計劃關閉、騰退一部分高能耗數據中心，并計劃對不同PUE水平的數據中心實施差別電價。《關于進一步加強數據中心項目節能審查的若干規定》提出對北京市數據中心項目進一步加強節能審查，要求項目每年按10%逐年提高可再生能源利用比例，到2030年實現100%（不含電網既有可再生能源占比）。2022年，《北京市低效數據中心綜合治理工作方案》對北京市存量低效數據中心的節能改造和治理工作提供了明確的指導。同時，北京市對數據中心的事前節能審查和事后節能監察工作十分重視。

3.2 限額標準實施效果

本節以北京市數據中心為研究對象，分別于2018年和2022年抽取50個數據中心（機房建筑面積3000 m2以上，或機柜總功率5000 kW以上）作為樣本（32個相同樣本，18個不同樣本），調研其業務構成、機架上架率、年用電量、年平均PUE等情況，分析北京市數據中心能源消費和能效水平發展情況。由于北京市每年都有以數據中心能效限額標準為依據的專項節能監察，本節調研內容能在一定程度上反映能效限額標準的實施效果。

3.2.1 數據中心基本情況

本節兩次調研涉及的數據中心建成年代跨度從2000年到2019年，單機柜功率以4～6 kW為主，少數機房使用了8 kW及以上的中高密機柜。從業務構成上看，有85%的數據中心業務涉及政府機構、運營商、金融、互聯網，航空、醫療等細分領域也逐漸占據一定市場。從機架上架率看，2018年50個調研樣本的平均上架率為68.50%，2022年50個調研樣本的平均上架率為83.85%，可見北京市數據中心市場趨于成熟，機房的空置率較低（見圖1）。

3.3.2 數據中心能效水平

數據中心主要由IT設備及軟件、制冷系統和供配電系統三部分構成，其中IT系統和軟件是數據中心的核心部件，同時通過空調和供配電等輔助系統支撐以保持正常工作[3]。IT設備通常需要24 h不間斷運行，不僅自身消耗大量電力，還需要用制冷系統除去其產生的巨大發熱量，需要配電系統為其不間斷供電[4]。因此，數據中心的能源消費量（集中表現為用電量）很高，單位面積能耗可達普通辦公樓的十幾倍甚至上百倍[5]。

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

3.3.3 能效限額標準的作用

（1）促進行業能效水平的進一步提高

調研中有32個數據中心參加了兩次調研，其中26家持續挖掘節能潛力，不斷開展節能技改，有效降低了年均PUE值，整體樣本的PUE值降低了9.03%。可見能效限額標準可有效敦促企業加強節能管理，提高數據中心整體能效水平。

（2）提升數據中心行業的規范化程度

數據中心能效限額標準對數據中心能耗統計范圍和綜合電能利用效率計算方法進行了科學的規范，數據中心能效限額標準的實施，對于企業進行能耗統計和計算具有指導作用。

（3）推動先進節能技術的廣泛應用

北京市近年來不斷加強對數據中心能耗監測，尤其是對低效數據中心實行分批整治、逐步關閉等措施。為了提高能效水平，越來越多的數據中心選擇采用自然冷源利用、間接蒸發制冷、余熱利用、光伏發電等節能技術。

4 能效限額標準促進數據中心綠色發展的建議

本文綜述了國內數據中心行業標準實施情況，選取了北京市作為示例，對數據中心能效限額標準實施的情況和實施成效進行了分析，為了發揮能效限額標準在約束數據中心能源消費、提高數據中心能效水平等方面的作用，提出以下建議。

4.1 進一步優化能耗指標值

建議對《數據中心能源效率限額》（DB11/ T1139-2019）進行修訂，提高對限定值、準入值和先進值的要求。限定值應以淘汰一定比例的現有低效數據中心為取值原則，在基于節能改造的基礎上淘汰20%左右的落后產品和產能；準入值是新增產能必須滿足的能效水平，應代表行業前20%左右的能效水平；先進值對標國內或國際同行業能效領先水平，應代表行業前5%左右的能效水平。

4.2 主動銜接國家能效限額標準

目前，數據中心能效限額標準的國家強制性標準已經實施，能效等級1級、2級、3級對應電能比分別是1.2、1.3和1.5，各地方應通過標準修訂等方式主動與國標內容進行銜接，在滿足國標能效指標要求的基礎上，結合地方行業特點設置特色化的規定。

4.3 完善數據中心節能標準體系

補齊數據中心行業節能標準短板，完善節能標準配套體系建設，推動計量檢測、能量系統優化、能源管理體系、能源績效評估、節能監察等領域標準制定修訂，探索開展數據中心碳排放相關標準研究制定，并銜接好節能標準和碳排放相關標準指標。

參考文獻

中國信息通信研究院.數據中心白皮書（2022年）[R].2022.

中國制冷學會數據中心冷卻工作組.中國數據中心冷卻技術年度發展研究報告[M].北京：中國建筑工業出版社，2019.

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谷立靜，周伏秋，孟輝.我國數據中心能耗及能效水平研究[J].中國能源，2010，32（11）：42-45.

馮升波，高麟鵬，周伏秋.我國數據中心節能現狀和面臨的挑戰分析[J].中國能源，2015，37（11）：23-26.

作者簡介

胡佳華，碩士，工程師，研究方向為通信行業節能標準化及管理。

焦躍，通信作者，博士，高級工程師，研究方向為能源經濟。

南楠，碩士，高級工程師，研究方向為環境保護工程。

（責任編輯：張佩玉）