PUE 是什么意思：数据中心能效指标详解

PUE 是什么意思？它是衡量数据中心用电效率的指标，英文 Power Usage Effectiveness，中文常译作“电能使用效率”，算法是 PUE = 数据中心总耗电量 ÷ IT 设备耗电量。分子是整个机房一段时间内用掉的全部电量，分母是其中真正送到服务器、存储和网络设备的那一部分。例如一个机房一年总用电 876 万 kWh，IT 设备用了 600 万 kWh，PUE = 876 ÷ 600 = 1.46，意思是 IT 设备每用 1 度电，机房为了给它供电、散热、照明，还要额外花 0.46 度。PUE 由 The Green Grid（绿色网格）在 2007 年提出，后来成为国际标准 ISO/IEC 30134-2，国内 GB/T 32910.3-2016 里对应的术语叫“电能使用效率（EEUE）”，算法一致。它是数据中心能耗最常用的指标，也是政策考核新建机房的主要数字，但它有明确的边界，下面把定义、读法、为什么越低越好和它的局限依次讲清楚。

PUE 的分子和分母各包含什么

把一个机房的用电按去向拆开，就能看清分子和分母的区别。假设一个 IT 负载 100 kW 的小型机房，某一时段的用电去向如下（数字为假设）：

用电去向	功率	计入
IT 设备：服务器、存储、交换机、路由器	100 kW	分子和分母都计入
制冷：空调压缩机、室内外风机、水泵、冷却塔	38 kW	只计入分子
供配电损耗：变压器、UPS、配电柜与线路发热	8 kW	只计入分子
照明、安防、动环、门禁	4 kW	只计入分子
合计	150 kW	PUE = 150 ÷ 100 = 1.50

可以把分子理解为“这个机房为了运行花掉的全部电”，分母是“最终干活的设备拿到的电”，两者的差就是基础设施的开销。实际计算时用的是同一时间段的电量（kWh），而不是某一时刻的功率，对外报数用全年累计值。

有几样设备容易归错，判断原则是看电在“IT 设备电源输入端”之前还是之后消耗：

• 服务器内部的风扇、电源模块的转换损耗：算 IT。它们在服务器电源输入端之后，电表分不出来。这一点后面讲局限时还会用到。
• 机柜里的 KVM、带外管理交换机：算 IT，它们本身就是 IT 设备。
• 行间空调、冷通道里的风机、液冷系统的冷却液分配单元（CDU）：算制冷，属于非 IT，哪怕它们装在机柜列里。
• 动环主机、门禁、摄像头：非 IT，即使有的机房把它们接在 UPS 输出上。
• 机柜 PDU 和末端线路的损耗：取决于 IT 用电在哪一级计量。在 UPS 输出端计量时，这部分被算进分母，PUE 会略微偏低；在 PDU 输出端或设备电源输入端计量，才更接近真实的 IT 用电。

PUE 值是什么意思：1.2、1.5、2.0 分别代表什么

看到一个 PUE 值，最直观的读法有两种：每用 1 度 IT 电额外要多少电，以及总用电里有多大比例没有用在 IT 上。后者等于 (PUE − 1) ÷ PUE：

PUE	每 1 kWh IT 用电的额外消耗	非 IT 用电占总用电	DCiE（= 1 ÷ PUE）
1.1	0.1 kWh	9.1%	90.9%
1.2	0.2 kWh	16.7%	83.3%
1.3	0.3 kWh	23.1%	76.9%
1.5	0.5 kWh	33.3%	66.7%
1.8	0.8 kWh	44.4%	55.6%
2.0	1.0 kWh	50.0%	50.0%
2.5	1.5 kWh	60.0%	40.0%

所以 PUE 2.0 的机房，交给电力公司的电费里有一半没有用在服务器上；PUE 1.2 的机房，这个比例降到六分之一。表里最后一列 DCiE（数据中心基础设施效率）是 PUE 的倒数，早年常用，现在行业和政策文件普遍使用 PUE。

几个参照点：1.0 是理论下限，表示制冷、供电损耗、照明全部为零，实际不可能达到；GB 40879-2021《数据中心能效限定值及能效等级》把 1.20、1.30、1.50 分别作为 1、2、3 级的上限，1.50 是能效限定值；新建大型数据中心的政策要求在 1.25 以内。一个具体机房的数值是否合理，还要结合规模、气候和上架率判断，不能只看数字本身。

为什么 PUE 越接近 1 越好

原因很直接：IT 负载不变时，PUE 越低，总用电越少。用一个假设的机房算一笔账：IT 设备平均负载 400 kW，全年运行 8,760 小时，IT 用电 350.4 万 kWh。

项目	PUE 1.60	PUE 1.35
全年总用电	560.6 万 kWh	473.0 万 kWh
其中非 IT 用电	210.2 万 kWh	122.6 万 kWh
全年电费（假设电价 ¥0.75/kWh）	约 ¥420 万	约 ¥355 万

同样的服务器，PUE 从 1.60 降到 1.35，每年少用 87.6 万 kWh，电费少约 ¥66 万。对包电出售机柜的 IDC，省下的就是毛利；在市电容量已经用满的机房，PUE 降低还意味着同样的进线容量能多带一些 IT 负载。

但越往下降，难度越大。IT 负载不变时，PUE 从 P1 降到 P2，总用电减少的比例是 (P1 − P2) ÷ P1：

降低区间	总用电减少	通常靠什么做到
2.0 → 1.5	25.0%	封堵盲板、调高送风温度、关掉多余的空调和加湿
1.5 → 1.3	13.3%	冷热通道封闭、变频风机水泵、提高 UPS 负载率
1.3 → 1.2	7.7%	大量使用自然冷却、间接蒸发冷却或液冷，需要较大的改造投入

前一段多靠管理和小改造，后一段要靠制冷架构本身。这也是为什么存量机房的目标通常定在 1.5 上下，而 1.2 一类的数字多出现在新建的大型数据中心里。

PUE 反映不了什么：五个局限

PUE 只回答一个问题：送到 IT 设备的电，基础设施额外花了多少。凡是超出这个问题的，它都反映不了，甚至会给出相反的信号。

一、它不管 IT 设备干了多少活

利用率 5% 的空转服务器和满负荷运行的服务器，在分母里一视同仁。假设机房 IT 负载 100 kW，非 IT 用电由 20 kW 固定损耗加上 IT 负载的 30% 组成，总用电 150 kW，PUE 1.50。把其中 25 kW 长期空转的服务器下线或合并后：

项目	合并前	合并后
IT 用电	100 kW	75 kW
非 IT 用电	20 + 30 = 50 kW	20 + 22.5 = 42.5 kW
总用电	150 kW	117.5 kW
PUE	1.50	约 1.57

总用电少了 21.7%，PUE 却变差了，因为固定损耗摊到了更少的 IT 负载上。只盯 PUE 考核的团队，会没有动力去做这类真正省电的事。

二、服务器风扇算在 IT 里，PUE 会“虚降”

提高送风温度能让空调少用电，但服务器进风变热后风扇会加速，这部分增加的电算在分母里。假设同一个机房调温后制冷少用 10 kW，服务器风扇多用 4 kW：IT 用电变成 104 kW，总用电 150 − 10 + 4 = 144 kW，PUE 从 1.50 降到约 1.38，降了 0.12；而总用电只少了 6 kW，即 4%。PUE 的改善幅度明显大于实际节电，调温时要同时看总用电。

针对这个问题，2013 年有研究者提出了 ITUE 和 TUE：ITUE = IT 设备总用电 ÷ 其中计算部件（CPU、内存、存储等）的用电，用来衡量服务器内部风扇和电源转换的开销；TUE = ITUE × PUE，衡量从进线到计算部件的整体效率。它们需要服务器内部的分项数据，目前主要用在研究和大型自建数据中心。

三、它不含水和碳

蒸发冷却、冷却塔能明显降低 PUE，代价是用水；同样 PUE 的两个机房，一个用煤电、一个用风电光伏，碳排放差别很大，PUE 却一样。这两方面要另看 WUE（水资源使用效率）、CUE（碳使用效率）和可再生能源利用率。

四、余热回收体现不出来

把服务器的余热接到园区供暖或周边建筑，是实实在在的节能，但 PUE 的分子分母都不变。描述这类情况要用 ERE（能源再利用效率）：ERE = (总耗能 − 被回收利用的能量) ÷ IT 耗能，它可以低于 1；ERF（能源再利用系数）= 回收利用的能量 ÷ 总耗能。按定义 PUE 不会低于 1，如果看到“PUE 低于 1”的说法，多半是把回收的能量折算了进去，严格说应该叫 ERE。

五、不同机房的 PUE 不能直接比

同样是 PUE 1.4，在东北和在华南、上架率 30% 和 80%、2N 供电和 N+1 供电、在 UPS 输出端计量和在 PDU 输出端计量、全年平均和只取冬季，含义都不一样。比较之前先对齐五件事：气候、负载率、冗余等级、计量位置、统计周期。对外公布的数字也一样，设计值、某个月的实测值和全年实测值不能混用。

除了 PUE，还要看哪些能效指标

指标	算法	补充 PUE 的哪一块
制冷负载系数、供电负载系数	制冷用电 ÷ IT 用电；供配电损耗 ÷ IT 用电	把 PUE 拆开，定位是制冷还是供电损耗大
pPUE（局部 PUE）	某个区域的全部用电 ÷ 该区域 IT 用电	园区里共用冷站时，评估单个模块或机房
WUE	年用水量（L）÷ IT 设备年用电量（kWh）	用水
CUE	年碳排放量（kgCO₂e）÷ IT 设备年用电量（kWh）	碳排放，受电源结构影响
可再生能源利用率	可再生能源电量 ÷ 总用电量	绿电比例，国内由 GB/T 32910.4 规定算法
ERE、ERF	(总耗能 − 回收能量) ÷ IT 耗能；回收能量 ÷ 总耗能	余热回收
ITUE、TUE	IT 总用电 ÷ 计算部件用电；ITUE × PUE	服务器内部的风扇和电源损耗
上架率	已投入使用的机柜 ÷ 可用机柜	负载率对 PUE 的影响，以及资源是否闲置

日常管理中最实用的组合是：PUE 看基础设施，两个负载系数找问题出在哪一块，上架率和服务器利用率看 IT 侧有没有浪费，三者一起看才不会被单个数字误导。

在管理系统里怎么落地

算 PUE 需要两组数据：分子来自配电或动环系统里的总表，分母要从 UPS、列头柜或机柜 PDU 汇总。机柜一级的数据在 DCIM 的范围里：Toplink DCIM 纳管机柜里的智能 PDU 后，各机房的用电量会汇总显示在首页的资源统计中；IT 设备都接在已纳管的 PDU 上时，这个数可以作为分母的来源，相当于在 PDU 输出端计量；每台设备装在哪个机柜、哪个 U 位，在机柜与资产管理里都能查到。

针对上面第一个局限，同一个统计页还会显示服务器开机、关机和状态未知的台数；结合流量监控里长期几乎没有流量的服务器，可以列出一份“可能在空转”的名单，逐台确认后下线或合并。做完之后 PUE 可能略升，但总用电会下降，这时要同时汇报两个数。DCIM 和动环系统各管哪一部分数据，可以参考 DCIM 是什么。