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能效指标体系:PUE / WUE / ERF / REF 的口径与监管

大纲的完整展开版——讲师授课蓝本 / 学员自学材料

R6-03 能效指标体系:PUE / WUE / ERF / REF 的口径与监管

课程代码 R6-03 · 板块 R 算力中心与液冷 / R6 冷源、自然冷却与能效 时长 约 2.5~3.0 小时(6 讲) 适合对象 要对外报告能效数据、或对内给项目设能效目标的系统岗与管理岗(主修);要在可研或投标文件里写能效承诺的方案岗(主修);要评审别人交上来的能效报表、或要在合同里写能效条款的技术负责人与商务岗(主修);负责计量与运维数据的运维岗(主修第 5 讲);机电顾问与总包(选修,读第 1、2、4 讲即可)。 前置 R1-02 芯片到机柜的功耗谱与热源特征 芯片到机柜的功耗谱与热源特征(本课的分母口径要用到它的功率分层);R6-01 一次侧冷源:冷却塔、干冷器与水侧经济器 一次侧冷源:冷却塔、干冷器与水侧经济器(本课的用水与排热口径直接沿用它)。⚠ 建议同时具备 R6-02 自然冷却小时数与气候区选址 自然冷却小时数与气候区选址 的基础——本课的统计周期与负载率讨论,与它的逐时统计是同一套思路。 本讲义定位 讲师授课蓝本 / 学员自学讲义。本课是口径课与合规结构课,不是取值手册——它教你把「我们机房的能效是多少」这个听起来只需要报一个数的问题,还原成「这个数的分子分母各含哪些项、取在哪个断面、统计了多长时间、当时负载率多少、误差多大、能不能追溯到表计」这一串必须逐条交代的事。⛔ 它不给任何指标的数值、限值、等级门槛与报告时限:那些量由所依据的规范、项目所在地的现行规定与你自己的机房条件共同决定,抄一个数就是把别人的口径与法域搬进你的项目。


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你手上的事 直接看 还要配
拿到一份写着能效数值的报表,要判它可不可信 第 2 讲 2.6:引用一个数值必须同时说明什么 第 6 讲 6.2:评审十二问
要给自己的机房定一套指标口径并写进设计基准 第 1 讲 1.7:符号与口径 第 6 讲 6.4:哪些结论要写进设计基准
有人拿别人家的数字来比,要判这个比较成不成立 第 2 讲 2.4:四种组合,四个数 第 3 讲 3.4:设计值、承诺值与实测值
要设计计量点位方案 第 5 讲 5.1~5.2:从指标反推点位 第 5 讲 5.3:精度、量程与采样周期
项目所在地有能效报告义务,要判要报什么、什么时候报 第 4 讲 4.2:报告义务的五要素结构 第 4 讲 4.5:本课为什么不给数值
要在合同里写一条能效条款 第 3 讲 3.4:三种「值」不是一回事 第 6 讲 6.3:对外报数前的四道自检
老板问「我们上了余热回收,能效指标能改善多少」 第 1 讲 1.4:复用类指标与它的品位陷阱 R6-04 余热回收:品位、去向与经济性 余热回收本体
要判一份报表的小数位是不是假精确 第 3 讲 3.5:两个表的误差怎么合成 第 3 讲 3.6:报几位小数
现有机房要补装计量,要估代价 第 5 讲 5.6:设计做进去 vs 改造补装 第 5 讲 5.4:追溯性四件事
要判「我们用了绿电所以是零碳机房」这句话成不成立 第 1 讲 1.5:可再生占比的三种来源 第 4 讲 4.6:合规风险的两种形态

⛔ 本课不覆盖 · 栏一(每样带去向):一次侧冷源的设备机理、逼近温度成因、水量平衡与选型判据 → R6-01 一次侧冷源:冷却塔、干冷器与水侧经济器;自然冷却小时数的气象数据来源、逐时统计方法与选址权重 → R6-02 自然冷却小时数与气候区选址;余热回收的品位、去向、经济性与合同条款 → R6-04 余热回收:品位、去向与经济性;标准与开放规范的全景(ASHRAE / OCP / GB / EU 各管什么、各自的效力形态)→ R8-01 标准全景:ASHRAE / OCP / GB / EU 各管什么;密度 × 供液温度 × 气候区的三因素选型决策 → R8-02 三因素选型决策:密度 × 供液温度 × 气候区;新建与改造两条路径在流程与约束上的差异 → R8-03 新建与改造两条路径的差异;机柜功耗谱与热源特征、机柜级功率的定义 → R1-02 芯片到机柜的功耗谱与热源特征;供液温度等级与机房热环境等级的分级体系 → R1-03 机房热环境等级与供液温度等级(ASHRAE A 级与 W 级);混合系统里风侧与液侧的热量分账做法 → R3-03 混合系统:剩余风冷那一部分怎么设计;分配单元形态与二次侧回路 → R5-01 CDU 形态与选型:液-液 / 液-气、R5-02 二次侧水质、压力与膨胀管理;逼近温度与换热器选型 → R5-03 逼近温度与换热器选型;厂商参考架构里的机柜级份额口径 → R9-01 NVIDIA 机柜级参考架构解构:GB200 NVL72 与 MGX 的冷却约束;成本模型、贴现与全生命周期核算方法 → M3-01 热管理成本结构与成本工程;标准法规体系本身的合规流程与体系管理 → M4-01 热管理相关标准(GB/ISO/SAE)体系;测量不确定度评定的完整方法与量值溯源体系 → L7-01 测量技术:热电偶/红外/PIV/流量测量。

⛔ 本课不覆盖 · 栏二(真正不给的数):① 四个指标本身的任何数值、限值、等级门槛与行业分位——它们由气候区、负载率、冷却形式与统计口径共同决定,而本课整门课要说的就是「同一个机房换个口径能差出一成以上」,⇒ 在这里给一个数,恰好是本课要防的那件事;② 任何标准、规范或法规的条款内容、编号年份与时限——本课涉及的数据中心能效指标定义体系、能效限定值与等级类国家标准、复用类指标的行业定义文件、以及各法域的能效报告法规,一律只写「它管什么、在哪一步卡住你」,⛔ 未逐条核过原文,版次与编号以现行有效目录为准,本课不复述任何一条条款、不给任何门槛值与报送时点;③ 电价、水价与碳排放因子——地方性商务与行政输入,随时间与合同条件变化;④ 任何具体表计产品的准确度等级与价格——按项目所在地的计量规程与供应商样本确认。

⚠ 栏二之外的平台相关量(柜内风扇占信息设备功率的份额、非信息设备各分项占设施总电耗的份额、冷却塔补水占全站用水量的份额、常见采样周期档位、计量表准确度等级档位、补装计量相对新建的代价倍数),本课照给典型区间与常见值锚点,逐条标注「⚠ 典型值、⛔ 不是验收依据,须实测确认」并写明拿到它的路。汇总表在 1.8。


引言:同一个机房,三份报表上写着三个不同的数

一个已经运行了两年的机房,同时向三个方向交过能效数据。

第一份是给集团做年度对标用的。数据来自机房自己的动环监控系统,分子取市电进线总表,分母取不间断电源的输出侧总表,统计周期是自然年,报出来的数是一个两位小数。

第二份是投标文件里的能效承诺。它取的是设计工况下的计算值——满负荷、设计年、按设备样本的额定效率算出来的,比第一份低了将近一成。

第三份是按项目所在地的报告要求填的表。那张表把分母定义到了机柜级,还要求同时报用水与复用两项,于是运维团队临时从楼宇自控里导了一年的水表读数,把冷却塔补水与生活用水加在一起填了进去。

三份报表都不是伪造的。它们的差别来自三处:分母取在哪个断面、统计的是设计工况还是实际运行、报的是一个指标还是一组。而这三处,在三份报表上一处都没有写。

后来这个机房出了两件事。

一件是内部的:因为第一份报表的数字好看,管理层认为冷却方案已经足够优秀,砍掉了原本排在下一年的改造预算。而按第三份报表的口径重算,它其实处在一个远谈不上优秀的位置——那笔被砍掉的预算本来指向的正是差距最大的那一段。

另一件是对外的:第二份报表里的承诺数被写进了宣传材料,后来在一次核查中被要求提供支撑数据,而支撑不了——因为承诺值是算出来的,实测数据的计量点位与它对不上,连重算都做不到。

⇒ 这两件事有同一个根子:把一个口径未声明的数值当成了可比、可承诺、可核查的结论。

本课要解决的就是这件事,分四层:

  • 第一层:这四个指标各自在衡量什么。它们不是一个指标的四种写法,而是四个回答不同问题的量——能源、水、复用、可再生,任何一个都替代不了另一个(第 1 讲)。
  • 第二层:同一个指标,边界怎么决定数值。分子含不含办公照明、分母取在哪一级配电、柜内风扇算不算信息设备——每一处都能把数字推动一截,而且方向是固定的(第 2 讲)。
  • 第三层:口径定死之后,剩下的差从哪来。统计周期、负载率、设计值与实测值的区别,以及一个几乎所有报表都忽略的问题——这个数的误差有多大,报到第几位小数才不是假精确(第 3 讲)。
  • 第四层:报告义务与可核查性。当能效数据从「自愿披露」变成「法定报告」,它对计量方案提出的要求就完全不同了:要能报,先要能测;要能过核查,先要能追溯。而计量方案是设计阶段的事,留到改造阶段补装,代价高得多(第 4、5 讲)。

最后第 6 讲把这四层收成可以直接拿去评审的东西:交付物清单、评审十二问、对外报数前的四道自检,以及哪些结论必须写进设计基准。

⚠ 先说清本课的一条硬边界,它贯穿全课:本课不给任何指标的数值。这不是保守,而是本课的结论本身——一个不带口径的能效数值,在工程上不携带任何可用信息。⇒ 本课给你的是怎么把口径说清楚,以及怎么判断别人有没有说清楚。


第 1 讲 四个指标各自衡量什么

本讲的目标:让你能写出四个指标各自的定义式,说清每一个的分子分母是什么,并说明为什么其中任何一个都不能单独代表「这个机房节不节能」。

1.1 四个问题,四个指标

先不看公式,先看它们各自回答的问题:

指标 它问的问题 分子大致是什么 分母大致是什么
能源使用效率 为了让信息设备用掉一度电,整个设施一共要吃进去几度 设施总能耗 信息设备能耗
用水效率 为了让信息设备用掉一度电,整个设施要消耗多少水 设施总用水量 信息设备能耗
能量复用类指标 设施吃进去的能量里,有多少被回收出去给别人用了 被复用出去的热量 设施总能耗
可再生能源占比 设施吃进去的能量里,有多少来自可再生来源 可再生来源的能量 设施总能耗

⇒ 四行读下来,第一件该注意的事就浮出来了:前两个的分母是同一个(信息设备能耗),后两个的分母是另一个(设施总能耗)。它们不是一族里的四个变体,而是两组:

  • 「代价型」指标(前两个):分母是你要的东西(算力所耗的电),分子是为它付出的代价(总电、总水)。这类指标越小越好,且理论下限是分母本身。
  • 「份额型」指标(后两个):分子分母是同一个总盘子里的两部分,回答的是「这一大块里有多少是那一类」。这类指标越大越好,上限是 1。

⚠ 这个区分不是文字游戏——它直接决定你能不能把两个指标放在同一句话里比较。「我们的能源使用效率是 X,可再生占比是 Y,所以综合能效是 X 减 Y」这种算法是错的,因为两个数的分母根本不是同一个量,量纲上的巧合(都无量纲)掩盖了这件事。

图1 四个能效指标的分子分母对照图。画面横向分为左右两大区,中间用一条粗竖线分开。左区标题「代价型:分母是信息设备能耗,越小越好」,右区标题「份额型:分母是设施总能耗,越大越好,上限为一」。左区内上下两行:上行是一个分式示意,分子框标「设施总能耗 E_total:市电进线吃进来的全部电量」,分母框标「信息设备能耗 E_IT:服务器、存储与网络设备的电量」,分式右侧标「= 能源使用效率 PUE,无量纲」,再右侧一行小字「⇒ 问:为让信息设备用一度电,整个设施吃进去几度」;下行同样是分式示意,分子框标「设施总用水量 W_site:全站计量的年用水量」,分母框标「信息设备能耗 E_IT,与上行同一个量」,分式右侧标「= 用水效率 WUE,单位 L 每 kWh」,再右侧小字「⇒ 问:为让信息设备用一度电,设施要消耗多少水」。左区两行之间用一条虚线连到分母框并标注「⚠ 两者分母完全相同,⇒ 分母口径一变,两个指标同时变」。右区内同样上下两行:上行分子框标「被复用出去的热量 Q_reuse:以交付计量点读数为准」,分母框标「设施总能耗 E_total」,右侧标「= 能量复用率 ERF,无量纲」,小字「⇒ 问:吃进去的能量里有多少被别人接走了」;下行分子框标「可再生来源能量 E_ren」,分母框标「设施总能耗 E_total」,右侧标「= 可再生能源占比 REF,无量纲」,小字「⇒ 问:吃进去的能量里有多少来自可再生来源」。右区两行之间同样有虚线连分母并标「⚠ 两者分母完全相同,均为 E_total」。画面底部横贯一条说明带,三行依次写「⚠ 左右两区的分母不是同一个量 ⇒ 左右两个指标不能相加、相减或直接比较大小」「⚠ 四个指标衡量四件不同的事:能源、水、复用、可再生,⛔ 任何一个都不能单独代表节不节能」「⇒ 示意图,图上不出现任何数值与刻度,⛔ 不得据图取值」。示意图,不含任何数值,不得据图取值。
图1 四个指标分成两组:前两个分母是信息设备能耗、越小越好,后两个分母是设施总能耗、越大越好。⇒ 结论:跨组的两个指标不能相加相减,也不能直接比大小——量纲上都无单位,掩盖了分母根本不同这件事。示意图,不含任何数值,不得据图取值。

1.2 能源使用效率:最常用,也最容易被误用

定义式:

PUE = E_total / E_IT

其中 E_total 是设施在统计周期内的总能耗,E_IT 是同一周期内信息设备的能耗。两者单位相同(通常是 kWh),所以 PUE 无量纲。

这个式子简单到几乎不需要解释,而它的全部难度都在两个符号的定义里——第 2 讲整讲讲的就是这件事。这里先给三条一开始就要记住的性质:

第一,它的理论下限是 1,且 1 不可达。分子恒大于分母,因为供配电必有损耗、冷却必有耗功。⇒ 一份声称接近 1 的报表,要先问它的分母取在哪——把分母取得越靠近服务器芯片,分母越大,比值越接近 1;这不是设施更好,是断面换了。

第二,它是一个比值,不是一个能耗。两个机房,一个 PUE 更低但总电耗更大,完全可能。⇒ PUE 只能回答「设施这一层的代价占比」,⛔ 回答不了「哪个更省电」,更回答不了「哪个更划算」。一个真实的后果:把服务器换成能效更高的一代,E_IT 下降,而设施侧的固定电耗不变 ⇒ PUE 反而变差,尽管总电耗明明降了。这是 PUE 作为指标最著名的一个反直觉性质,第 3 讲 3.2 会把它算出来。

第三,它对负载率极其敏感。机房只上了四成机柜时的 PUE,与满载时的 PUE 可以差出一大截,而两者用的是同一套设备、同一套口径。⇒ 不带负载率的 PUE 是不可比的,这一条第 3 讲 3.2 专门讲。

1.3 用水效率:与能源指标共用分母,但有自己的陷阱

定义式:

WUE = W_site / E_IT

W_site 是统计周期内设施的总用水量(通常以 L 或 m³ 计),E_IT 与 PUE 的分母是同一个量。⇒ WUE 的常用单位是 L/kWh。

它要回答的问题是 PUE 完全看不到的:冷却方案对水资源的占用。R6-01 一次侧冷源:冷却塔、干冷器与水侧经济器 已经把物理讲清楚了——开式冷却塔靠蒸发排热,蒸发那部分水是物理上必须消耗的;干冷器不耗水,但它的排热能力受干球温度限制,代价转移到电上。⇒ PUE 与 WUE 在冷源选择上是一对相互拉扯的指标:换成干冷器,WUE 降到接近零,而 PUE 变差;换成冷却塔,PUE 改善,WUE 上去。只报其中一个,等于把另一半的代价藏起来。

⚠⚠ 这里有一个跨课陷阱,是本课最容易出事的一处,请务必读完这一段。

R6-01 一次侧冷源:冷却塔、干冷器与水侧经济器 5.2 定义过一个量叫单位排热耗水量,单位也是 L/kWh,典型锚点约 1.9 L/kWh。而本课的 WUE 单位同样是 L/kWh。两者的分子是同一个(用水量),分母完全不同:

分子 分母 它回答的问题
单位排热耗水量(属主 R6-01 一次侧冷源:冷却塔、干冷器与水侧经济器) 冷却塔的耗水量 排走的热量 Q_rej 每排走一度热,要蒸发掉多少水
WUE(本课) 全站用水量 W_site 信息设备电耗 E_IT 每让信息设备用一度电,全站消耗多少水

⇒ 三条后果,逐条记住:

  1. 分母 Q_rej 恒大于 E_IT(R6-01 一次侧冷源:冷却塔、干冷器与水侧经济器 1.4 已经把这条包含链写死:P_rack 累加 < Q_总 累加 < Q_rej,而 E_IT 与 P_rack 累加同量级)⇒ 同一个机房,WUE 的数值恒大于单位排热耗水量。把 R6-01 一次侧冷源:冷却塔、干冷器与水侧经济器 的 1.9 直接当成 WUE 填进报表,会系统性低估用水强度。
  2. 分子也不同:W_site 是全站的,除冷却塔补水外还含加湿用水、生活与办公用水、以及制水环节的损失(例如软化或反渗透的浓水排放)。⇒ 只把冷却塔补水填进去,同样是低估。
  3. 两个数都对,只是回答两个问题。做冷源方案比选时用单位排热耗水量(它直接对应排热量,能横比两种塔);对外报告与合规填报时用 WUE(它的分母与 PUE 一致,两个指标能放进同一张表)。⇒ ⛔ 不许互代,出现在同一份文件里时必须逐个写明分母。
图2 两个都写作「L 每 kWh」的耗水强度指标的分母对照图。画面正中偏上画一个大水滴形状,标「同一个机房,同一年,同一批水表读数」,水滴下方引出两支分岔箭头,一支向左下、一支向右下。左支末端是一个方框,框头标「单位排热耗水量 属主 R6-01」,框内自上而下三行:分子行标「分子:冷却塔补水量(蒸发+排污+飘水)」,分母行标「分母:经冷源排到大气的热量 Q_rej」,用途行标「用途:冷源方案比选,横比两种塔」。右支末端是另一个方框,框头标「用水效率 WUE 属主 本课 R6-03」,框内三行:分子行标「分子:全站年用水量 W_site,含加湿、生活办公与制水损失」,分母行标「分母:信息设备电耗 E_IT,与 PUE 分母相同」,用途行标「用途:对外报告与合规填报,与 PUE 同表」。两个方框之间的中间区域画一根横向的双头箭头,箭头上方标「⚠ 单位都是 L 每 kWh,⛔ 数值不可互代」,箭头下方标「因为 Q_rej 恒大于 E_IT ⇒ 同一机房 WUE 的数值恒大于单位排热耗水量」。画面下部画一根水平的横轴,轴上自左向右依次标三个刻度标记「E_IT」「Q_总 累加」「Q_rej」,并在轴上方用一个花括号括住从 E_IT 到 Q_rej 的整段,括号上标「⇒ 分母越往右取,算出来的耗水强度数值越小」,轴下方一行小字标「包含链属主:R6-01 第 1 讲」。画面最底部横贯一条说明带,三行写「⚠ 把 R6-01 的单位排热耗水量直接填进 WUE 报表 ⇒ 系统性低估,且方向固定」「⚠ 只把冷却塔补水当成全站用水量 ⇒ 再低估一次」「⇒ 示意图,图上不出现任何数值与刻度,⛔ 不得据图取值」。示意图,不含任何数值,不得据图取值。
图2 两个都写作 L/kWh 的耗水强度,分子分母都不同。⇒ 结论:同一机房 WUE 的数值恒大于单位排热耗水量,方向固定,把后者填进能效报表就是系统性低估。示意图,不含任何数值,不得据图取值。

1.4 能量复用类指标:把回收出去的热从账里扣掉

这一族指标的思路是:设施吃进去的能量最终都变成热排掉了,如果其中一部分不是排掉而是被别人接走用了,那它不该算成这个设施的净消耗。

最直接的写法是一个份额:

ERF = Q_reuse / E_total

Q_reuse 是统计周期内实际被复用出去的能量,E_total 与 PUE 的分子是同一个量。⇒ ERF 无量纲,取值在 0 到 1 之间。

另一种常见写法是把复用那部分从总账里扣掉,再除以信息设备能耗,得到一个与 PUE 可以摆在一起看的量:

ERE = (E_total − Q_reuse) / E_IT = PUE − ERF × PUE

⚠ 后半个等式值得自己推一遍:ERE = E_total/E_IT − Q_reuse/E_IT,而 Q_reuse/E_IT = (Q_reuse/E_total) × (E_total/E_IT) = ERF × PUE。⇒ ERE 与 PUE 之差恰好是 ERF 乘以 PUE,不是 ERF 本身。这一步几乎每份手算的报表都会错,第 3 讲的动手做会让你走一遍。

⚠⚠ 这一族指标有一个必须讲透的陷阱,它比上面的代数重要得多。

Q_reuse 是热量,E_total 是电量。两者都能折算成 kWh,于是分式在算术上成立。但热和电品位不同:机房余热的温度很低(R6-04 余热回收:品位、去向与经济性 第 2 讲整讲讲的就是这件事),而电是最高品位的能量形式。⇒ 把一度低温余热直接从一度电里减掉,隐含了「1 kWh 的 38 ℃ 热水 = 1 kWh 电」这个假设,而它在热力学上不成立。

⇒ 由此得到本课对复用类指标的三条使用纪律:

  1. 复用类指标衡量的是「热有没有被接走」,⛔ 不是「省了多少一次能源」。后者要看对面原来烧什么、烧多少——那是 R6-04 余热回收:品位、去向与经济性 4.2 的内容,属于经济与能源账,不属于本课的指标账。
  2. 报 ERF 或 ERE 时必须同时说明 Q_reuse 的计量点与温度水平。没有温度,这个数无法解读。
  3. Q_reuse 的口径直接沿用 R6-04 余热回收:品位、去向与经济性 的 Q_wh:以交付计量点读数为准,⛔ 不是取热换热器的取热量——两者差一个管网热损。本课在这一点上与 R6-04 余热回收:品位、去向与经济性 是同一个口径、同一个符号所指的同一件事,⛔ 不另起。

⚠ 还有一个容易被误读的现象:ERE 可以小于 1。当复用量很大时,E_total − Q_reuse 可以小于 E_IT。这不代表能量凭空产生,它只是「扣除项」的算术结果。⇒ 看到一个小于 1 的 ERE,正确反应不是惊叹,而是去查 Q_reuse 的计量点与温度——小于 1 的 ERE 与接近 1 的 PUE,是本课程体系里最容易被拿去做宣传、也最经不起追问的两个数。

图3 能量复用类指标的品位陷阱示意图。画面分上下两层。上层左侧画一个高的竖直柱状框,标「设施总能耗 E_total:全部为电能,最高品位」,柱框内均匀填色并在右侧标一个向上的箭头写「品位高」。上层右侧画一个矮得多的竖直柱状框,标「被复用出去的热量 Q_reuse:低温热水,品位低」,柱框旁标一个向下的箭头写「品位低」,柱框下方标一行「⚠ 温度水平必须与这个数一起报,属主 R6-04 第 2 讲」。两个柱框之间画一个大的减号,减号上方拉一条横线连接两框顶部,横线上方标「ERE 的分子 = 左框 减 右框」,横线下方用红色标「⚠ 这一减隐含了「一度低温热等于一度电」这个假设,⛔ 热力学上不成立」。下层是一条从左到右的三段流程带:第一段方框标「① 算术层面:两者都能折成 kWh ⇒ 分式成立,数算得出来」;第二段方框标「② 物理层面:热与电品位不同 ⇒ 相减的结果⛔ 不等于节省的一次能源」;第三段方框标「③ 使用层面:复用类指标只回答「热有没有被接走」,⛔ 不回答「省了多少能」」,三段之间用箭头连接。下层右侧另有一个独立方框,框头标「⚠ 小于 1 的 ERE 怎么读」,框内两行写「它只是扣除项的算术结果,⛔ 不是能量凭空产生」「⇒ 正确反应是去查交付计量点位置与热水温度,⛔ 不是当成宣传数据」。画面最底部横贯说明带,两行写「⇒ 报复用类指标必带三件:计量点位置 · 温度水平 · 统计周期」「⇒ 示意图,两个柱框的高度比例为示意,图上不出现任何数值,⛔ 不得据图取值」。示意图,不含任何数值,不得据图取值。
图3 复用类指标把低品位的热从高品位的电里直接减掉。⇒ 结论:这个数只回答「热有没有被接走」,⛔ 回答不了「省了多少一次能源」,报它必须同时给计量点与温度。示意图,不含任何数值,不得据图取值。

1.5 可再生能源占比:数字容易算,可主张性才是难点

定义式最简单:

REF = E_ren / E_total

E_ren 是统计周期内可归属于本设施的可再生来源能量,E_total 与 PUE 的分子同量。

它的算术难度接近于零,难点全在「什么算数」上。同样是「用了可再生电力」,来源方式至少有三类,可主张的强度差别很大:

来源方式 物理上电子从哪来 归属凭据 可主张性
自建或专线直连的可再生电源 就是那一部分 自有计量与并网记录 最强,且与时间同步
电力购买协议一类的长期合约采购 进电网后与其他电力混合 合约与结算记录 中等,取决于合约是否要求同时段匹配
单独购买的可再生属性凭证 与本设施用电无物理关联 凭证注销记录 最弱,且通常不要求时间匹配

⇒ 三条使用纪律:

  1. 报 REF 必须写明构成:三类各占多少,⛔ 不能只给一个合计数。三类混在一起报,等于把最弱的那类借用了最强那类的可信度。
  2. 注意时间匹配:一年的可再生发电量抵一年的用电量,与「每一小时的用电都由当时的可再生发电覆盖」,是两个强度完全不同的主张。前者在夜间照样烧的是电网的平均电,后者才是真正的逐时匹配。⇒ 若报表未声明时间粒度,默认它是年度抵扣,⛔ 别读成逐时。
  3. REF 高 ⛔ 不等于机房节能。它衡量的是能量的来源,不是用量。一个 REF 很高而 PUE 很差的机房,浪费的仍然是可再生电力——而那部分电力本来可以供给别的负荷。⇒ 拿 REF 去为差的 PUE 辩护,是本课点名的一种误用。
图4 可再生能源占比三种来源方式的可主张性对照图。画面主体是三条自左向右的水平泳道,从上到下排列,左端共用一个起点区标「可再生发电侧」,右端共用一个终点区标「本设施的用电账」。第一条泳道标「① 自建或专线直连」,泳道中间画一根实线直连箭头,箭头上标「物理上就是这部分电子」,泳道右端挂一个绿色标签写「可主张性:最强 且天然与时间同步」。第二条泳道标「② 长期购电合约采购」,泳道中间先画一个云状框标「电网:与其他电力混合」,云框两侧各一支箭头,泳道上方标「物理上已无法区分,靠合约与结算记录归属」,泳道右端挂一个黄色标签写「可主张性:中等 取决于合约有没有要求同时段匹配」。第三条泳道标「③ 单独购买可再生属性凭证」,泳道中间画一条虚线并在中部断开,断口处标「与本设施用电无物理关联」,泳道下方标「靠凭证注销记录归属」,泳道右端挂一个橙色标签写「可主张性:最弱 通常不要求时间匹配」。三条泳道右侧统一汇入一个方框,框内标「REF = 三类之和 除以 E_total」,方框下方用红字标「⚠ 只报合计数 ⇒ 最弱那一类借用了最强那一类的可信度 ⇒ 必须分列构成」。画面右下另有一个独立方框,框头标「⚠ 时间粒度决定主张强度」,框内两行写「年度抵扣:全年发电量抵全年用电量,夜间实际烧的是电网平均电」「逐时匹配:每一小时的用电都由当时的可再生发电覆盖,强度高得多」,并补一行「⇒ 报表未声明粒度时,默认它是年度抵扣,⛔ 别读成逐时」。画面最底部横贯说明带,两行写「⚠ REF 衡量能量的来源,⛔ 不衡量用量 ⇒ 拿它为差的 PUE 辩护是误用」「⇒ 示意图,图上不出现任何数值与比例,⛔ 不得据图取值」。示意图,不含任何数值,不得据图取值。
图4 三类可再生来源的可主张性从强到弱,而报表上常常只有一个合计数。⇒ 结论:REF 必须分列构成并声明时间粒度,否则最弱的那一类借走了最强那一类的可信度。示意图,不含任何数值,不得据图取值。

1.6 四者不能互相替代:三种「只报一个」的后果

把四个指标放回同一张表上,它们覆盖的是四个互不重叠的方向:能源效率、水资源占用、能量复用、能源来源。⇒ 只报其中一个,被藏起来的恰恰是这个方案代价最大的那一面。三种典型形态:

形态一:只报能源效率,藏起用水。把干冷器换成开式冷却塔,PUE 改善,因为不用开压缩机的时段变长了;而每排一度热要蒸发掉的水是物理量,改不了。⇒ 在缺水地区,这个「改善」可能根本拿不到取水许可。PUE 的改善是拿水换来的,而报表上看不见水。

形态二:只报复用,藏起总量。一个设施把余热卖给了邻近的用热方,ERF 报得很好看;而它的 PUE 很差——也就是说它本来就多耗了很多电,那些电最后变成热被复用出去,反而成了「成绩」。⇒ 复用类指标的分母是总能耗,总能耗越大,同样的复用量算出来的份额反而不变甚至更容易做大。这不是指标的缺陷,是单报一个指标的缺陷。

形态三:只报可再生占比,藏起效率。见 1.5 第 3 条。

⇒ 所以本课给出的第一条硬纪律:

对外报告能效时,能源、水、复用、可再生这四个方向必须同时出现;某一项确实不适用(例如全干冷器方案的用水量接近零),要写明「本项为零及其原因」,⛔ 不能留空。

⚠ 「留空」与「报零」在核查上是两件事:留空是缺项,报零是一个可以被核对的声明。

1.7 本课符号与口径(⛔ 这一节别跳)

本课是这一族指标在本课程体系里的属主课,⇒ 下面这些符号由本课首次定义,后续课程引用时以本课为准。同时,本课要用到的几个量来自兄弟课,直接沿用、⛔ 不另起。两类分开列:

符号 名称 单位 口径与来源
E_total 设施总能耗 kWh 本课首定。统计周期内本设施边界内消耗的全部能量,边界由所依据的规范写死,见 2.3
E_IT 信息设备能耗 kWh 本课首定。统计周期内信息设备消耗的电量,取值取决于计量断面,见 2.1
W_site 设施总用水量 L 或 m³ 本课首定。全站用水,含冷却塔补水、加湿、生活办公与制水损失
Q_reuse 被复用出去的能量 kWh(热) 本课首定,口径直接等同 R6-04 余热回收:品位、去向与经济性 的 Q_wh 年累计:以交付计量点读数为准,⛔ 不是取热量
E_ren 可再生来源能量 kWh 本课首定。须按 1.5 的三类分列,⛔ 不能只给合计
PUE 能源使用效率 无量纲 本课首定,= E_total / E_IT
WUE 用水效率 L/kWh 本课首定,= W_site / E_IT
ERF 能量复用率 无量纲 本课首定,= Q_reuse / E_total
ERE 复用后能源效率 无量纲 本课首定,= (E_total − Q_reuse) / E_IT
REF 可再生能源占比 无量纲 本课首定,= E_ren / E_total
f_load 负载率 无量纲 本课首定,= E_IT 实际 / E_IT 设计满载;⚠ 报任何指标必带它,见 3.2
τ 统计周期 h 或 d 本课首定。⚠ 分子分母必须取同一个 τ 且时段对齐,见 3.1
u_rel 指标的相对合成不确定度 无量纲 本课首定,见 3.5
P_rack 单机柜 IT 功率 kW 属主 R9-01 NVIDIA 机柜级参考架构解构:GB200 NVL72 与 MGX 的冷却约束;⛔ 不含分配单元、机房空调与机房风机
Q_总 单台设备或单机柜的热账总量 kW 属主 R3-03 混合系统:剩余风冷那一部分怎么设计;含柜内风扇与柜内配电损耗
Q_rej 经冷源排到大气的总热量 kW 或 kWh 属主 R6-01 一次侧冷源:冷却塔、干冷器与水侧经济器;在 Q_总 之上再加设施级各项
E_cool 年冷却系统电耗 kWh 属主 R6-02 自然冷却小时数与气候区选址;⛔ 不能直接填进本课的报表,见下方第二条
Q_wh 余热交付热量 kW 或 GJ 属主 R6-04 余热回收:品位、去向与经济性;本课 Q_reuse 与它同口径
β 液冷热量份额 无量纲 属主 R3-03 混合系统:剩余风冷那一部分怎么设计,分母 Q_总
η_liq 机柜级液冷份额 无量纲 属主 R9-01 NVIDIA 机柜级参考架构解构:GB200 NVL72 与 MGX 的冷却约束,分母 P_rack
f_free 自然冷却时间份额 无量纲 属主 R6-02 自然冷却小时数与气候区选址,分母 8760 h
f_match 季节匹配率 无量纲 属主 R6-04 余热回收:品位、去向与经济性,分母 Q_avail 年累计

⚠⚠ 四条跨课口径提醒,⛔ 一条都别跳。

第一,E_IT 与 Σ P_rack 不是自动相等的。P_rack(属主 R9-01 NVIDIA 机柜级参考架构解构:GB200 NVL72 与 MGX 的冷却约束)是单机柜的 IT 功率,把全场机柜的 P_rack 按时间累加,理论上应当等于 E_IT——前提是两者取在同一个计量断面上。而实际项目里,P_rack 常常来自机柜级配电单元的读数,E_IT 常常来自不间断电源的输出侧总表,两者之间隔着母线、末端配电与线损。⇒ 直接相等是一个假设,⛔ 不是恒等式;用哪个断面必须写明。2.1 会把五个候选断面全部摆出来。

第二,R6-02 自然冷却小时数与气候区选址 的 E_cool ⛔ 不能直接填进本课的分子。那门课已经写明了这件事,本课在这里从另一侧再确认一遍:E_cool 是一个工程量,含冷源风机、循环泵与压缩机,用于做方案之间的相对比较;而本课 E_total 的边界由所依据的规范写死,可能含也可能不含某些辅助负荷。⇒ E_cool 可以拿来比两个冷却方案的优劣,⛔ 不能当成能效报表里的「冷却系统能耗」一栏原样填报。两门课在这一点上是互相知道的。

第三,本课的 REF 是本课程体系里第五个「份额」,⛔ 与前四个不可互代。这一族的分母各不相同,而它们全都无量纲、全都在 0 到 1 之间、全都会被口头说成「百分之多少」:

份额 分子 分母 它是什么份额
β(R3-03 混合系统:剩余风冷那一部分怎么设计) 液侧带走的热 Q_总 热量的路径份额
η_liq(R9-01 NVIDIA 机柜级参考架构解构:GB200 NVL72 与 MGX 的冷却约束) 冷板带走的热 P_rack 同上,但分母更窄
f_free(R6-02 自然冷却小时数与气候区选址) 全自然冷却小时数 8760 h 时间份额
f_match(R6-04 余热回收:品位、去向与经济性) 全年供需重合的热量 Q_avail 年累计 需求匹配份额
REF(本课) 可再生来源能量 E_ren E_total 能量的来源份额

⇒ 五者放进同一份方案时,必须逐个写全称并注明分母,⛔ 不能只写一个百分数。本课在所有出现 REF 的地方都带着「来源」两个字,就是为了防这一条。

第四,ERF 与 f_match 都在讲余热,但它们不是同一个量。f_match(属主 R6-04 余热回收:品位、去向与经济性)的分母是「技术上可取走的热量」,它回答的是「可取的热里有多少真的卖得出去」;ERF(本课)的分母是设施总能耗,它回答的是「设施吃进去的能量里有多少被接走了」。⇒ 前者是余热项目内部的成功率,后者是设施层面的份额。一个余热项目 f_match 很高(卖得很好)而设施的 ERF 很低(可取的热本来就少),完全可能同时成立。

图5 本课程体系里五个无量纲份额的分母对照图。画面主体是五行并列的横条,每行结构相同:左端一个标签写份额符号与属主课号,中间一个分式示意(上格写分子,下格写分母),右端一个方框写它回答的问题。第一行左端标「β 属主 R3-03」,分子格写「液侧带走的热」,分母格写「Q_总 含柜内风扇与柜内配电损耗」,右端方框写「热量走哪条路(路径份额)」。第二行左端标「η_liq 属主 R9-01」,分子格写「冷板带走的热」,分母格写「P_rack 单机柜 IT 功率,不含柜外设施」,右端方框写「同上,但分母更窄」。第三行左端标「f_free 属主 R6-02」,分子格写「全自然冷却小时数」,分母格写「8760 小时」,右端方框写「一年里有多少时间不开压缩机(时间份额)」。第四行左端标「f_match 属主 R6-04」,分子格写「全年供需重合的热量」,分母格写「Q_avail 年累计 技术上可取走的热」,右端方框写「可取的热里有多少卖得出去(需求匹配份额)」。第五行用加粗边框突出,左端标「REF 属主 本课 R6-03」,分子格写「可再生来源能量 E_ren」,分母格写「E_total 设施总能耗」,右端方框写「吃进去的能量有多少来自可再生(来源份额)」。五行的分母格用一条竖直的红色虚线串起来并在右侧标注「⚠ 五个分母互不相同,⛔ 五个份额不可互代、不可相加」。画面下方另有一条横轴示意,轴左端标「0」右端标「1」,五个份额符号都画在轴的中段位置附近并用不同颜色标记,轴下方标一行「⚠ 五者都无量纲、都在 0 到 1 之间、都会被口头说成「百分之多少」⇒ 这正是它们互相串味的原因」。画面最底部横贯说明带,两行写「⇒ 放进同一份方案时必须逐个写全称并注明分母,⛔ 不能只写一个百分数」「⇒ 示意图,横轴上的位置为示意,图上不出现任何数值,⛔ 不得据图取值」。示意图,不含任何数值,不得据图取值。
图5 本课程体系里五个无量纲份额的分母各不相同。⇒ 结论:五者不可互代也不可相加,同一份方案里出现两个以上时,必须逐个写全称并注明分母。示意图,不含任何数值,不得据图取值。

1.8 平台相关量汇总表(⚠ 全部是典型值,⛔ 不是验收依据)

下面这些量,本课照给区间与常见值锚点;⚠ 每一条都是典型值、⛔ 不是验收依据,须按项目实测或向对应方索取。

量 典型区间 常见值锚点 ⇒ 拿到它的路
柜内风扇占信息设备功率的份额 约 5%~15% 约 10% 向服务器厂商索取该机型在你的进风温度与负载率下的风扇功耗曲线;⚠ 它随进风温度显著上升,⛔ 别用低温工况的单点值
供配电损耗占设施总电耗的份额 约 3%~10% 约 5% 由变压器与不间断电源在你的实际负载率下的效率算,⛔ 别用满载效率
冷却系统电耗占设施总电耗的份额 约 15%~40% 约 25% 沿用 R6-02 自然冷却小时数与气候区选址 1.6 同一行的口径,由方案逐项累加自算
照明、安防与其他辅助负荷占设施总电耗的份额 约 1%~3% 约 2% 由回路清单逐项累加;⚠ 是否计入分子取决于所依据的规范,见 2.3
冷却塔补水占全站年用水量的份额 约 70%~95% 约 90% 由 R6-01 一次侧冷源:冷却塔、干冷器与水侧经济器 5.1 的水量平衡自算,再与全站水表读数核对
电能计量表的常见准确度等级档 常见有 0.2S / 0.5S / 1.0 等档 ⛔ 不给推荐档——选用等级按项目所在地的计量规程与被计量回路的重要度确定 查项目所在地的计量规程;表计样本上的等级标识
能效数据的常见采样周期档 1 分钟 / 15 分钟 / 1 小时 约 15 分钟 由报告要求与数据存储能力共同决定;⚠ 计费类回路通常另有更严的要求
改造阶段补装计量相对新建同步实施的代价倍数 约 2~5 倍 约 3 倍 ⛔ 这一格最不能抄——它高度依赖母线形式与能否停电;由施工方按你的现场条件报价,见 5.6
PUE / WUE / ERF / REF 的数值 ⛔ 本课不给——它们由气候区、负载率、冷却形式与统计口径共同决定,同一机房换口径能差出一成以上 — 按第 5 讲的计量方案自己测;对标时只与声明了同一口径的样本比
各法域报告义务的门槛值、指标清单与时限 ⛔ 本课不给——它是法域性规定且会修订 — 查项目所在地现行规定的原文,见 4.5

⇒ 用法只有两条:可行性阶段用它们把账的结构先搭起来、判一份报表合不合常理;⛔ 不可用于确定设备容量、写进技术协议当验收指标、或作为对外能效承诺的依据。

后面还有 5 讲正文 · 关键公式 · 案例拆解 · 常见误区 · 动手做

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