PUE可以小于1吗？这事重不重要？

前几天一篇关于利用数据中心余热的文章在数据中心圈内火了一下，因为文中提出了pue小于1的可能性，不明觉厉者颇多，迷惑质疑的也不少。其实PUE只是个简单衡量数据中心能效的指标，因为其简单直观，通俗易懂，因此在数据中心领域颇为流行，在合同中可以清晰界定和承诺PUE，也使得目前数据中心比较流行的租电分离模式得以广泛推广；近年来北上深等一线城市开始严控数据中心能耗指标之后，PUE更加大红大紫，不知难倒多少英雄好汉（也许这只是表面现象，但是本文只想讨论技术，其他暂且不表）。

关于PUE笔者认为和GDP一样只是便于决策和参考的统计指标，与统计的边界条件，时间等等都有关系，就最广义的PUE定义来说，当然可以小于1，因为这并不违背任何物理定律。以下简单分析探讨一下：

大家都知道PUE=P_total/P_IT

P_total数据中心输入总能量，P_total=∑P外电+∑P外燃气+∑P外燃油+∑P外供冷热

参考上海市的定义包括电，燃气，外供冷热等各类型能耗

P_IT=数据中心IT总能耗

假设供电效率近似100%，同时采用热回收技术，将IT系统的散发的热量收集起来，产生60℃的热水，用于供热，假设热回收利用率30%反馈回电网或本地再利用，那么∑P外供冷热用负数表示，那么P_total< P_IT,也就是PUE将小于1。毫无疑问，这个负数的表述，实际应用受外部电力政策和计量等影响，在此仅探讨理论的部分。

以上只是简单的基于理想条件的思想实验，没有考虑很多实际因素，如各级能耗损失，转化效率，输配能量等等，但是在很小的场景下，实现起来还是很容易的。

也就是说我们可以简单的把PUE的公式改成如下这样：

PUE=（∑数据中心总功耗-∑回收再利用的能量）/∑IT能耗

在OCP Summit上有一位叫做MichealBeatty的数据中心顾问分享了一篇 PUE 0.7 Datacenter of the future的演讲，大概也是得出了上述结论。

但是，这样也并不合理，以下是理由：

以上内容在只考虑热力学第一定律的情况下，没有问题；但是考虑到热力学第二定律，能量的质量问题，就不合理了。大多数人都熟悉热力学第一定律即能量守恒定律，也知道违背热一定律的设备叫永动机，是不可能实现的，但是其实能量除了有“量”的区别外，还有“质”的区别，不同种类的能量之间是不能直接用加减来计算的，虽然他们单位相同，功率单位都是kw。电能可以100%变成热能，而热能不行，即便是现代最先进的火力发电机组，效率也只有40%多。

因此个人认为应该改成这样：

PUE=（∑数据中心总功耗-∑回收再利用的能量*η）/∑IT能耗

其中η是回收能量的转化效率以及热回收本身的能量耗散

当然即便按照上述定义，在不考虑数据中心可再生能源利用因子的情况下PUE<1依然不是非常难以理解的事情。

补充说明一下，PUE是一个无量纲数据，在进行瞬时PUE计算的时候，可以是功率数之比，但就目前使用的情况看，统计全年PUE的应用场景最为广泛，因此，终极公式就变成了这样：

其中T1，T2为PUE统计的其实和结束时间，例如一个月，或者一年

η是考虑了能量有“质”的区别情况下回收能量的转化效率，同时热回收本身也有一定能量损耗散。

如果公式晦涩，用更平白方式，可以描述为：

（IT功耗+电气损耗+制冷损耗+其他损耗-热回收电能）/（IT功耗）

想象市电直供无UPS，基本只有线损和变压器，制冷是新风，有点类似早些年比特币挖矿的数据中心，只要热回收电能超过这些损耗，理论上来说是可以做到PUE<1.0。

 总结

PUE和GDP一样都是人为发明出来便于管理和统计的统计数据，虽然PUE也有不够完善的一面，但是目前在衡量数据中心能效方面依然是最为直观的参考数据。从上面的理论推导可以看出，一味追求低PUE而忽略其他制约因素和参数，结果就变成没有什么意义的理科生文字游戏了。这些理论计算要变现，是为了提高包电包租的利润率呢，还是演化出其他变现的商业模式，例如售卖热水，我们拭目以待。