能源效率（Energy Efficiency）就是單位能源所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益的多少，即能源利用效率的問(wèn)題。世界能源委員會(huì)1995年對(duì)能源效率的定義是“減少提供同等能源服務(wù)的源投入”。對(duì)于能耗高居不下的數(shù)據(jù)中心，研究提高能源效率具有深遠(yuǎn)的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。
數(shù)據(jù)中心一般由所在地電網(wǎng)或?qū)Ｓ玫陌l(fā)電設(shè)施提供電力供應(yīng)，經(jīng)過(guò)變、配電等環(huán)節(jié)處理后，為數(shù)據(jù)中心的用電設(shè)備提供電源。目前，數(shù)據(jù)中心耗電量占全球耗電總量的1%。2011年，美國(guó)數(shù)據(jù)中心的耗電量已達(dá)1 000億度，占全美總耗電量的2.5%，中國(guó)也達(dá)到了2.4%。資源環(huán)境問(wèn)題已成為數(shù)據(jù)中心發(fā)展的瓶頸。
數(shù)據(jù)中心的能耗由以下幾部分組成。
（1）IT設(shè)備。
（2）制冷系統(tǒng)設(shè)備。
（3）供配電系統(tǒng)設(shè)備。
（4）其他設(shè)備。
典型數(shù)據(jù)中心能耗構(gòu)成如圖2-1所示。其中，數(shù)據(jù)中心能耗比重最大的部分為IT設(shè)備，其次為制冷系統(tǒng)設(shè)備、供配電系統(tǒng)設(shè)備及其他消耗電能的數(shù)據(jù)中心設(shè)施。
數(shù)據(jù)中心性能評(píng)價(jià)指標(biāo)有很多，在已經(jīng)頒布的性能指標(biāo)中最常見(jiàn)的是電能利用效率（Power Usage Effectiveness，PUE）。在我國(guó)，PUE不但是數(shù)據(jù)中心研究、設(shè)計(jì)、設(shè)備制造、建設(shè)和運(yùn)維人員最為熟悉的數(shù)據(jù)中心能源效率指標(biāo)，也是政府評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)中心工程性能的主要指標(biāo)。
除了能源效率，數(shù)據(jù)中心還有多項(xiàng)其他性能指標(biāo)，按照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織ISO的定義統(tǒng)稱(chēng)為關(guān)鍵性能指標(biāo)，或者稱(chēng)為關(guān)鍵績(jī)效指標(biāo)，研究這些指標(biāo)對(duì)于數(shù)據(jù)中心同樣具有十分重要的意義。 2007年，綠色網(wǎng)格組織（The Green Grid，TGG）制定了數(shù)據(jù)中心能效比指標(biāo)PUE，即電源利用效率。其基本計(jì)算方法為
TGG和ASHRAE給出的PUE的定義相同：數(shù)據(jù)中心總能耗Et與IT設(shè)備總能耗Ei之比。而《數(shù)據(jù)中心 資源利用第3部分：電能能效要求和測(cè)量方法》（GB/T 32910.3—2016）將PUE的概念引申為EEUE：數(shù)據(jù)中心總電能消耗與信息設(shè)備電能消耗之間的比值。其定義與PUE定義相同，不同的是把國(guó)際上通用的PUE（Power UsageEffectiveness）改成了EEUE（Electric Energy Usage Effectiveness）。根據(jù)Malone等最初對(duì)PUE的定義，Et應(yīng)為市電公用電表所測(cè)量的設(shè)備總功率，即通常所說(shuō)的數(shù)據(jù)中心總的設(shè)備耗電量，與GB/T 32910.3—2016規(guī)定的Et應(yīng)為采用電能計(jì)量?jī)x表測(cè)量的數(shù)據(jù)中心總電能消耗的說(shuō)法相同。
數(shù)據(jù)中心機(jī)房的PUE實(shí)際上反映用戶(hù)總輸入電能中到底有多少電能真正被饋送到IT設(shè)備上。PUE值越大，表示用于確保IT設(shè)備安全運(yùn)行所配套的，由UPS供電系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、輸入/輸出供配電系統(tǒng)及照明系統(tǒng)等所組成的動(dòng)力和環(huán)境保障基礎(chǔ)設(shè)施所消耗的電功耗就越大。PUE指標(biāo)還可以根據(jù)考察范圍和對(duì)象細(xì)化為不同的分項(xiàng)指標(biāo)。
（1）數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施效率（Data Center Infrastructure Efficiency，DCIE）：PUE指標(biāo)的倒數(shù)，反映數(shù)據(jù)中心IT設(shè)備能耗在數(shù)據(jù)中心總能耗中的占比。
（2）局部PUE（partial PUE，pPUE）：數(shù)據(jù)中心PUE概念的延伸，用于對(duì)數(shù)據(jù)中心的局部區(qū)域或設(shè)備的能效進(jìn)行評(píng)估和分析。
（3）制冷負(fù)載系數(shù)（Cooling Load Factor，CLF）：數(shù)據(jù)中心中制冷設(shè)備耗電與IT設(shè)備耗電的比值。
（4）供配電負(fù)載系數(shù)（Power Load Factor，PLF）：數(shù)據(jù)中心中供配電系統(tǒng)耗電與IT設(shè)備耗電的比值。
（5）其他負(fù)載系數(shù)（Other Load Factor，OLF）：數(shù)據(jù)中心除IT負(fù)載、制冷設(shè)備及供配電設(shè)備之外的系統(tǒng)或設(shè)備損耗（如監(jiān)控、安防）與IT設(shè)備耗電的比值。
（6）可再生能源利用率（Renewable Energy Ratio，RER）：用于衡量數(shù)據(jù)中心利用可再生能源的情況，以促進(jìn)太陽(yáng)能、風(fēng)能、水能等可再生、無(wú)碳排放或極少碳排放的能源利用。在一般情況下，RER是指在自然界中可以循環(huán)再生的能源，主要包括太陽(yáng)能、風(fēng)能、水能、生物質(zhì)能、地?zé)崮芎秃Ｑ竽艿取？稍偕茉磳?duì)環(huán)境無(wú)害或危害極小，而且資源分布廣泛，適宜就地開(kāi)發(fā)利用。與可再生能源相對(duì)的是煤、石油、天然氣等化石燃料及核能。
其中，PUE與DCIE及CLF、PLF和OLF之間的關(guān)系為
隨著數(shù)據(jù)中心規(guī)模擴(kuò)大及建筑體量的增大，冷水系統(tǒng)方案得到越來(lái)越多的應(yīng)用。隨之而來(lái)的是大量水資源的消耗及循環(huán)水的凈化處理問(wèn)題。同時(shí)，若采用蒸發(fā)冷卻方案，其對(duì)清潔水的要求也越來(lái)越高。從能源利用的綜合角度來(lái)看，單純地靠PUE指標(biāo)難以全面準(zhǔn)確地評(píng)估數(shù)據(jù)中心的能耗水平，為全面合理地評(píng)價(jià)綠色數(shù)據(jù)中心工程，TGG在2009年首次提出并引入針對(duì)水利用效率評(píng)價(jià)的WUE（Water Useage Effectiveness）指標(biāo)。水利用效率作為評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)中心用水狀況的指標(biāo)，定義為數(shù)據(jù)中心水資源的全年消耗量與數(shù)據(jù)中心IT設(shè)備全年耗電量的比值，單位為L(zhǎng)/kW·h。
目前，可采用水蒸發(fā)冷卻的方法來(lái)促使制冷空調(diào)系統(tǒng)效率的提升，尤其在環(huán)境干燥的地區(qū)。但與此同時(shí)，PUE指標(biāo)的降低也帶來(lái)了水資源消耗的升高。對(duì)于采用冷水方案的工程，PUE與WUE存在一定的負(fù)相關(guān)性。 這也決定了在實(shí)踐應(yīng)用中需要進(jìn)行權(quán)衡，找到兩者之間合理的平衡區(qū)間。與此對(duì)應(yīng)的是，如今很多大型數(shù)據(jù)中心工程都選址在北方等氣候寒冷、干燥的地區(qū)，水資源短缺也是需要考慮的重要問(wèn)題。
以往人們對(duì)數(shù)據(jù)中心資源消耗的關(guān)注點(diǎn)往往集中在其電力消耗或燃料消耗上，認(rèn)為一個(gè)數(shù)據(jù)中心只要電力指標(biāo)優(yōu)良，就可以認(rèn)定為其為綠色數(shù)據(jù)中心；但近幾十年來(lái)，全球承受著曠日持久的系統(tǒng)性干旱，并且隨著人口的增長(zhǎng)，工業(yè)規(guī)模的擴(kuò)大，水資源消耗變得越來(lái)越緊迫，全球水資源缺乏的現(xiàn)狀不會(huì)改變。因此，面對(duì)水資源日趨匱乏的態(tài)勢(shì)，業(yè)內(nèi)也逐漸將目光轉(zhuǎn)移到數(shù)據(jù)中心的水資源消耗上來(lái)；根據(jù)Uptime Institute的調(diào)查數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)中心平均規(guī)模大約為1MW，每年消耗的水量為26 600～30 400立方米。
數(shù)據(jù)中心使用水的主要目的是散熱，即利用水作為載冷工質(zhì)持續(xù)帶走IT設(shè)備熱量。最常見(jiàn)的為冷凍水系統(tǒng)和冷卻水系統(tǒng)，在這些系統(tǒng)中，冷水流經(jīng)計(jì)算機(jī)機(jī)房的制冷單元；風(fēng)扇吹過(guò)冷凍水散熱盤(pán)管，向IT設(shè)備提供冷空氣；然后水流回冷卻裝置中被重新冷卻。冷卻水系統(tǒng)依靠冷卻塔利用水的蒸發(fā)來(lái)散發(fā)熱量，利用水與空氣流動(dòng)接觸后進(jìn)行冷熱交換帶走熱量達(dá)到蒸發(fā)散熱降低水溫的目的。
采用傳統(tǒng)水冷空調(diào)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心在運(yùn)行過(guò)程中水資源的消耗主要來(lái)源于冷卻塔（尤其是開(kāi)式冷卻塔）的運(yùn)行。通常一個(gè)1MW的數(shù)據(jù)中心通過(guò)冷卻塔每小時(shí)泵送約230m3的冷凝水，會(huì)有1%～2%的水被蒸發(fā)、作為細(xì)水霧被風(fēng)吹走。每年大約會(huì)消耗25400m3的水。另外，冷凝水被重復(fù)蒸發(fā)并排放到大氣中，會(huì)攜帶礦物質(zhì)、灰塵及其他污染物。這些水必須被定期處理。上述規(guī)模的數(shù)據(jù)中心每年通過(guò)排放或補(bǔ)水大約會(huì)消耗5 000m3的水。
總體來(lái)講，使用傳統(tǒng)水冷方式的1MW數(shù)據(jù)中心，每年用水量大約為30 000m3，這些數(shù)據(jù)并沒(méi)有將數(shù)據(jù)中心加濕系統(tǒng)和空調(diào)末端泄水的消耗計(jì)算在內(nèi)；另外，隨著時(shí)間的推移，在水冷設(shè)備上，尤其是換熱器翅片或換熱管上會(huì)累積水垢或雜質(zhì)，在去除這些影響空調(diào)運(yùn)行安全和運(yùn)行效率的污垢時(shí)，常用的方法是用水沖洗并排空，這一過(guò)程也消耗了大量的水資源。
采用水冷空調(diào)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心，其耗水主要來(lái)源可概括為以下幾個(gè)方面。
(1）冷卻水蒸發(fā)
采用冷卻塔制取低溫冷卻水時(shí)，數(shù)據(jù)中心的熱量主要靠冷卻水的蒸發(fā)散發(fā)到大氣環(huán)境中（采用干式冷卻器的系統(tǒng)主要依靠空氣與冷卻水的對(duì)流換熱，但其效率低，占地面積較大，且對(duì)氣候條件的要求較為苛刻），水蒸發(fā)損失為數(shù)據(jù)中心水資源消耗的主要部分。
(2）冷卻水排水
通常，數(shù)據(jù)中心冷卻水系統(tǒng)的運(yùn)行水溫為32℃/37℃，該溫度較容易滋生細(xì)菌，適宜藻類(lèi)和污垢的生長(zhǎng)及在管壁上的附著，并且需要通過(guò)冷卻水排污來(lái)配合控制加藥濃度，這一過(guò)程也會(huì)產(chǎn)生水的消耗。
(3）IT房間加濕用水
冬季，尤其是我國(guó)北方地區(qū)，室外環(huán)境相對(duì)濕度較低，機(jī)房?jī)?nèi)濕度受此影響需通過(guò)加濕系統(tǒng)維持機(jī)房?jī)?nèi)的濕度要求，需要消耗加濕用水。
(4）軟化水設(shè)備用水
冷凍水及加濕水等閉式水系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中由于泄漏、排水會(huì)造成一定的損失，為保證運(yùn)行安全及系統(tǒng)壓力，需要及時(shí)補(bǔ)充軟化水，通過(guò)軟化水設(shè)備對(duì)市政補(bǔ)水處理后補(bǔ)充到系統(tǒng)中。
(5）設(shè)備維護(hù)用水
系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，沖洗、管道壓力測(cè)試等需要的用水。
(6）柴發(fā)系統(tǒng)運(yùn)行及維護(hù)用水
此部分為柴發(fā)機(jī)組排煙凈化及機(jī)組冷卻用水，這部分水資源消耗所占比例較小。此外，季節(jié)不同，數(shù)據(jù)中心各項(xiàng)用水比例會(huì)發(fā)生明顯變化。 WUE指標(biāo)目前還沒(méi)有被廣泛用于工業(yè)中，并且很少被引用，但水已經(jīng)成為數(shù)據(jù)中心十分顯著的因素，未來(lái)水資源利用效率一定會(huì)進(jìn)入PUE度量工作中。
數(shù)據(jù)中心碳排放越來(lái)越受到全球關(guān)注。美國(guó)環(huán)境保護(hù)署（EPA）將數(shù)據(jù)中心作為美國(guó)能源消耗的主要源頭之一。EPA為各州政府設(shè)定的碳排放目標(biāo)是：到2030年實(shí)現(xiàn)100%可再生能源電力供應(yīng)，到2050年實(shí)現(xiàn)碳中和，即溫室氣體排放較1990年減少85%，其余15%碳排放則以補(bǔ)償方式（如植樹(shù)造林）消除。
二氧化碳是對(duì)地球溫室效應(yīng)影響最大的氣體，占大氣層中溫室氣體的76%。二氧化碳被大量排放到大氣層中，在大氣層中可存在約100年。從數(shù)據(jù)中心總體生命周期來(lái)看，“碳排放”術(shù)語(yǔ)也包含數(shù)據(jù)中心內(nèi)所有組件（服務(wù)器、UPS、建筑外壁、制冷系統(tǒng)等）在制造過(guò)程所排放的二氧化碳。這類(lèi)碳排放可以用“隱含碳”這一術(shù)語(yǔ)加以表達(dá)。“碳排放”術(shù)語(yǔ)還包括數(shù)據(jù)中心在運(yùn)營(yíng)中（耗電產(chǎn)生的碳排放）、維護(hù)時(shí)（消耗品的更換，如電池、電容器等）及數(shù)據(jù)中心生命周期完結(jié)時(shí)組件報(bào)廢處理所產(chǎn)生的碳排放。
TGG于2010年創(chuàng)造的碳利用效率（Carbon Usage Effectiveness，CUE）也已經(jīng)成為綠色數(shù)據(jù)中心最重要的另一個(gè)指標(biāo)。CUE是一個(gè)度量單位，用于測(cè)量每天數(shù)據(jù)中心的碳使用量。
在美國(guó)，數(shù)據(jù)中心管理員通過(guò)閱讀電表并乘以本地碳因素的數(shù)量（這可由數(shù)據(jù)中心的能源消耗提供），可以得到大概的碳測(cè)量結(jié)果。大型數(shù)據(jù)中心的管理員可通過(guò)設(shè)施的整體能源消耗的二氧化碳放射等同物除以總體IT能耗去計(jì)算CUE值。得出的結(jié)果是每千瓦時(shí)產(chǎn)生多少克二氧化碳。最完美的CUE值是0.0，這意味著在數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)中沒(méi)有產(chǎn)生任何碳排放。
隨著能源成本的增加及對(duì)環(huán)境的擔(dān)憂(yōu)，促使人們尋求方法降低溫室氣體排放量，尤其是碳排放。除了幫助人們制定精明決策改變對(duì)全球溫室效應(yīng)的影響，碳利用效率還可幫助組織在某些行業(yè)獲得綠色計(jì)算財(cái)政激勵(lì)。
影響數(shù)據(jù)中心碳足跡的主要因素有3個(gè)：數(shù)據(jù)中心位置、IT負(fù)載、電氣效率。
碳排放交易（簡(jiǎn)稱(chēng)碳交易）是為促進(jìn)全球溫室氣體減排，減少全球二氧化碳排放所采用的市場(chǎng)機(jī)制。聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專(zhuān)門(mén)委員會(huì)通過(guò)艱難談判，于1992年5月9日通過(guò)《聯(lián)合國(guó)氣候變化框架公約》（UNFCCC，以下簡(jiǎn)稱(chēng)《公約》）。1997年12月于日本京都通過(guò)了《公約》的第一個(gè)附加協(xié)議，即《京都議定書(shū)》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)《議定書(shū)》）。《議定書(shū)》把市場(chǎng)機(jī)制作為解決以二氧化碳為代表的溫室氣體減排問(wèn)題的新路徑，即把二氧化碳排放權(quán)作為一種商品，從而形成了二氧化碳排放權(quán)的交易，即碳交易。
碳交易是指運(yùn)用市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)來(lái)促進(jìn)環(huán)境保護(hù)的重要機(jī)制，允許企業(yè)在碳排放交易規(guī)定的排放總量不被突破的前提下，可以用這些減少的碳排放量，使用或交易企業(yè)內(nèi)部及國(guó)內(nèi)外的能源。《議定書(shū)》第17主題規(guī)定，碳排放交易是一個(gè)可交易的配額制度，以議定書(shū)附件B所列承諾的減排和限排承諾計(jì)算的配額為基礎(chǔ)。例如，全球限定100單位的碳排放量，A國(guó)獲得15單位的指標(biāo)，B國(guó)獲得10單位的指標(biāo)，其他國(guó)家則獲得其余75單位的指標(biāo)。如果A國(guó)只排放了10個(gè)單位，而B(niǎo)國(guó)排放了12個(gè)單位，B國(guó)就可以從A國(guó)購(gòu)買(mǎi)2個(gè)單位的碳排放量。目前，在推動(dòng)碳排放交易方面，歐盟走在世界前列，已經(jīng)制定了在歐盟地區(qū)適用的氣體排放交易方案，通過(guò)對(duì)特定領(lǐng)域的萬(wàn)套裝置的溫室氣體排放量進(jìn)行認(rèn)定，允許減排補(bǔ)貼進(jìn)入市場(chǎng)，從而達(dá)到減少溫室氣體排放的目標(biāo)。
工業(yè)和信息化部、國(guó)家機(jī)關(guān)事務(wù)管理局、國(guó)家能源局制定了《國(guó)家綠色數(shù)據(jù)中心試點(diǎn)工作方案》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)《方案》），組織重點(diǎn)省（區(qū)、市）圍繞生產(chǎn)制造、能源、電信、互聯(lián)網(wǎng)、公共機(jī)構(gòu)、金融等重點(diǎn)應(yīng)用領(lǐng)域選擇一批代表性強(qiáng)、工作基礎(chǔ)好、管理水平高的數(shù)據(jù)中心，開(kāi)展綠色數(shù)據(jù)中心試點(diǎn)創(chuàng)建工作，提升試點(diǎn)數(shù)據(jù)中心節(jié)能環(huán)保水平。
方案中提到，加強(qiáng)公共服務(wù)能力建設(shè)。整合行業(yè)現(xiàn)有資源，建立綠色數(shù)據(jù)中心公共服務(wù)平臺(tái)，培育一批第三方檢測(cè)評(píng)價(jià)機(jī)構(gòu)、節(jié)能服務(wù)公司等；探索綠色數(shù)據(jù)中心節(jié)能量交易、融資租賃等金融服務(wù)模式。鼓勵(lì)在數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域推廣合同能源管理和融資租賃等新型服務(wù)模式，研究節(jié)能量交易等新型方式。
