Применение PUE на практике

Практическое применение метрики PUE заключается в оценке альтернативных схем охлаждения и электроснабжения, анализе распределения энергопотребления и выборе решений, обеспечивающих минимальные совокупные энергозатраты. Эффективность ЦОД определяется совокупностью климатических условий, типа охлаждения, топологии электропитания и уровня резервирования.

Подходы к анализу энергопотребления

Существует два базовых подхода:

анализ всего энергопотребления ЦОД, включая ИТ-нагрузку;
анализ только инженерных систем, когда ИТ-нагрузка исключается для детального изучения систем охлаждения и электроснабжения.

Во втором случае достигается высокая точность в сравнении разных схем охлаждения и электроснабжения. После анализа доля ИТ-энергии добавляется обратно для расчёта итогового PUE.

Структура энергопотребления ЦОД

Типовая структура распределения энергопотребления:

Компонент	Доля	Комментарий
ИТ-нагрузка	~75–80%	Основной потребитель в зрелых ЦОДах
Охлаждение	10–15%	Сильно зависит от климата и схемы охлаждения
Электрические потери	5–10%	Потери UPS, трансформаторов, кабельных сетей
Прочие нагрузки	2–5%	Освещение, безопасность, вспомогательные цепи

(Значения усреднены; в условиях РФ при системах DX доля охлаждения может достигать 20–30%.)

Источники потерь инженерных систем

Основные элементы, которые вносят потери в механические и электрические цепи:

необходимость преобразования напряжений (например, с 4 кВ до 0,4–0,6 кВ для работы холодильного оборудования);
питание части охлаждающего оборудования от UPS в ЦОДах с высокой отказоустойчивостью;
механические потери кабельных линий (нагрев, сопротивление);
электрические потери на всех этапах — от трансформатора до потребителей (UPS, PDU, RPP, STS);
эффективность UPS обычно 85–96% в зависимости от нагрузки и топологии;
потери распределительных кабелей — порядка 1–1,5%.

Потери зависят от загрузки оборудования: при малой нагрузке UPS, трансформаторы и насосы работают менее эффективно. Это часто скрытый источник «хорошего» или «плохого» PUE.

Оптимизация энергоэффективности охлаждения

Основа энергосбережения — повышение температуры подачи или снижение разницы температур в конденсаторе.

Влияние повышения температуры воды/воздуха:

фиксированные чиллеры: повышение температуры подачи на 1 °F ≈ +1–2% КПД;
чиллеры с частотными приводами (VSD): 1 °F ≈ +2–4% КПД.

Пример: повышение температуры подачи воды с 60 °F до 75 °F может дать прирост эффективности около 40%.

В климатических условиях РФ (особенно Сибирь, Урал, северные регионы) эффект усиливается за счёт продолжительных периодов свободного охлаждения.

Риски некорректного применения PUE

Оценка PUE без анализа инженерных подсистем приводит к ошибочным выводам. Возможные сценарии:

ЦОД имеет высокоэффективный холодильный контур, но крайне неэффективную электротехническую часть (UPS, трансформаторы). Итоговый PUE может казаться «хорошим», но потенциал улучшения скрыт.
Чиллеры работают эффективно, но насосы или вентиляторы сильно перегружены — без детального анализа это не выявляется.
Невозможно корректно сравнивать разные ЦОД, т.к. климат, уровни резервирования и схемы охлаждения различаются.

Практическая методика применения PUE

Шаги грамотного использования PUE:

расчёт пиковых мощностей и годового потребления всех подсистем;
анализ распределения энергии между охлаждением, электроснабжением, ИТ и вспомогательными системами;
выделение подсистем с наибольшими потерями;
моделирование альтернативных схем охлаждения и электропитания;
оценка чувствительности PUE к изменениям режимов охлаждения (температуры подачи, скорости вентиляторов, режимы free cooling);
оценка зависимости эффективности от уровня резервирования (N, N+1, 2N);
повторный расчёт годового PUE после оптимизаций.

PUE полезен только как инструмент внутренней оптимизации. Цель — найти собственную точку максимальной эффективности, а не конкурировать с другими ЦОД.

Ключевые идеи

PUE отражает взаимодействие схем охлаждения и электроснабжения, а не только их суммарное потребление.
Реальная эффективность определяется не мгновенными значениями, а годовым энергопотреблением.
Потери UPS, трансформаторов и кабельных сетей могут существенно ухудшать PUE, даже при эффективном охлаждении.
Повышение температуры охлаждающей среды — один из наиболее сильных инструментов снижения энергозатрат.
PUE нельзя использовать для сравнения разных ЦОД; метрика применима только для внутреннего анализа и поиска оптимальных решений.