高校圖書館小型綠色數據中心節能探索

●陳少春（四川旅游學院 圖書館，成都 610100）

高校圖書館小型綠色數據中心節能探索

●陳少春（四川旅游學院 圖書館，成都 610100）

綠色；數據中心；圖書館；節能技術；蓄能

綠色節能是綠色數據中心的重要標志，其中降低非ⅠT設備的能耗是關鍵。根據機房建設標準的要求，針對小型圖書館綠色數據中心特點，可以利用蓄能技術開發自然冷能取代空調降溫的方案，保障數據中心穩定可靠的工作，并通過能量回收的方式，將機房產生的熱能進行蓄能再利用，達到綠色節能的目的。

隨著信息化的發展，高校圖書館都先后建設獨立的數據中心，其24×7h的工作模式決定其成為了圖書館的耗能大戶。雖然與大中型數據中心相比，圖書館數據中心的能耗看似不大，但其數量眾多，總的能耗加起來，是相當可觀的。因此，小型數據中心如何做到高效、綠色、節能，意義非常重大。需要說明的是，最新的《電子信息系統機房設計規范》GB50174-2008標準，把各類數據中心、計算機主機房統稱為電子信息系統機房。為了不產生誤解，在本文中仍稱之為數據中心。

1 綠色節能——綠色數據中心的主要標志

在業界，綠色數據中心理念開始日益受到重視。但是，何謂“綠色數據中心”現在還沒有統一的標準，一般認為應該做到高利用率、綠色節能、智能安全，其中綠色節能是綠色數據中心的主要標志。［1］對于是否綠色節能，PUE指標是國際流行的主要判斷標準之一，它代表著數據中心能量使用的效率，由綠色網格組織提出。［2］

PUE為數據中心ⅠT設備能耗與總能耗之比。［3］除了ⅠT設備能耗，機房其他設備的能耗越小，數據中心的能效就越高，而這些設備中，空調耗電量所占比例又是最高的。GB50174-2008標準指出：“電子信息系統機房內空調系統的用電量約占機房總用電量的20%～50%，因此空調系統的節能措施是機房節能設計中的重要環節。”［4］空調的作用，就是創造一個符合數據中心要求的環境溫度，為設備可靠運行提供保障。然而，綠色數據中心要求必須要保證設備高效、可靠、穩定地運行，否則，所有的節能措施都是徒勞無益的。如果能夠找到一種方法，在不使用空調的情況下能有效地控制機房溫度，達到設備冷卻效果，就會產生顯著的節能效果，從而達到節能的目的。

在GB50174-2008標準中，數據中心分為A、B、C三種類型，按照該標準的定義，高校圖書館小型數據中心應該屬于C類，其機房溫度要求如表1所示。

表1 電子信息系統機房環境技術要求［4］

根據相關統計資料，可以了解成都地區一年溫度變化情況。現在以2011年度成都地區溫度變化狀況為參考，分析數據中心機房的應對策略。

表2 成都市2011年度月平均溫度統計表［5］

數據中心由于設備運行時會產生大量的熱量，但現今數據中心建筑都按照綠色標準建設，具有保溫效果，就算是在成都最冷的冬季，其溫度也不會低于18℃。因此，在溫度控制時，只需考慮最高溫度即可。從表2可以看出，雖然月平均氣溫最高的7月也沒有超過C類機房所要求的28℃，但事實上夏季仍有部分天數其最高溫度會超過28℃，極少數的極端情況甚至會接近40℃。針對夏季高溫天氣，從多方面入手的綜合應對措施是機房節能降耗的必須選擇。

2 改進機房設備性能，為節能創造條件

2.1 機柜加裝隔熱板，防止熱能匯聚

安裝于機柜中的設備，在工作時會釋放大量的熱能。根據熱空氣上升的原理，整個機柜的熱能將會在上部匯聚，形成局部熱島效應，溫度大大高于環境溫度。通過在機柜中加裝多個隔板把機柜分成多個獨立空間，熱空氣通過從前向后從各個分隔的空間獨自排出，熱能匯聚現象明顯減弱，可以顯著增強設備對環境的耐受能力。機柜在兩種情況下的熱能匯聚比較如圖1所示。

圖1 機柜熱能匯聚示意圖

2.2 做好防塵工作，提高散熱效率

在GB50174-2008標準中，對C級主機房沒有防塵要求。但在實際工作中，防塵工作非常重要。由于機房設備工作為24×7h模式，長時間的工作后，如果機房防塵不理想，會在設備以及機柜的通風通道中積累大量的塵埃，降低風冷通道的通風量，嚴重時甚至會堵塞通道，引起設備故障。因此，在機房不顯著增加成本的情況下，應該做好防塵工作。同時，建議在夏天到來之前，對設備進行一次全面的除塵處理。

通過對數據中心進行這些改進，可以提高設備對環境的耐受能力，降低設備對冷卻氣流的溫度要求，為節能增效創造有利條件。

3 采用智能風冷控制系統，有效地減少能源消耗

許多大型數據中心，由于可以不受地域的限制，選址時充分考慮溫度控制的需要，把主機房建在全年氣溫較低的地點，目的都是為了減少或者取消空調系統。然而，小型數據中心依托于所屬機構，無法在選址上作出特別的要求，一般都設立在相應的業務大樓內，如圖書館數據中心。在夏季，白天氣溫常常高于28℃，如何獲得符合要求的冷空氣，是解決問題的關鍵所在，而利用蓄能技術開發環境廣泛存在的“自然冷能”［6］成為了必然的選擇。

3.1 應用蓄能技術開發“自然冷能”，保障冷空氣來源

自然冷能的開發利用，關鍵就在于蓄能，最簡單、廉價的蓄能體就是大地。［6］比較成熟的方案為地源熱泵，就是將熱管埋藏于地下，利用熱管優異的熱傳導特性釋放貯藏于地下的冷能，獲得低溫的空氣。

對于小型數據中心來說，更適合采用相對簡單的空氣蓄能，即利用大樓現有的地下室等作為蓄能空間，其空間大小可以根據機房總耗能大小來確定，配合智能的控制系統，利用晝夜溫差進行蓄能。其結構如圖2所示。

空氣蓄能的工作原理是在夏季到夜晚氣溫下降后，控制器檢測到室外溫度低于蓄能空間內溫度時，啟動風扇將室外冷空氣送入蓄能空間中。在蓄能空間溫度等于或者低于室外溫度時，風扇停止工作。貯藏的冷空氣供白天氣溫高的時候新風系統使用。

3.2 利用智能新風系統

根據C級機房的環境要求，需要把溫度控制在28℃以下。新風系統的控制器通過安裝于室內的溫度感應器檢測到機房室內溫度大于28℃時，即啟動系統開始向機房送風。為了減少蓄能空間的大小，提高蓄能應用的效率，當氣溫低于28℃的時候，使用室外空氣作為系統冷風來源，而只在白天氣溫高于28℃時，才開始使用蓄能空間的冷氣，保證機房散熱降溫需求。作為一種在極端天氣里的應急措施，在系統檢測到氣流的溫度大于28℃時，停止新風系統工作，啟動機房空調為機房降溫，其系統如圖2所示。

圖2 數據中心節能降耗示意圖

3.3 嘗試熱空氣儲藏與利用，進行能量回收，進一步提高能效

在冬季，不再需要蓄能空間來貯藏冷空氣，而且通常情況下，數據中心設備所產生的熱能直接排出室外。這時，可以通過智能系統，不斷把熱空氣從數據中心機房抽出送入蓄能空間。到了工作人員上班時間，通過蓄能方式獲取的熱空氣就可以為辦公室提供暖氣，減少辦公室空調的使用，進一步節省能源。

綜上所述，筆者認為，綠色節能是綠色數據中心的重要標志，因而，降低非ⅠT設備的能耗是關鍵。根據機房建設標準的要求，針對小型圖書館綠色數據中心特點，可以利用蓄能技術開發自然冷能取代空調降溫的方案，保障數據中心穩定可靠的工作，并通過能量回收的方式，將機房產生的熱能進行蓄能再利用。目前，有關綠色數據中心的研究方興未艾。隨著不斷有新的技術、新的理念引入到綠色數據中心的建設中來，必將進一步促進其節能技術的發展。

［1］蔡港．企業綠色數據中心的標準與技術探討［J］．計算機安全，2010（12）：35－36.

［2］繆晨琦．基于能效邏輯的數據中心定量評估方法探究［J］．計算機光盤軟件與應用，2011（5）：72.

［3］崔亮．低碳綠色數據中心建設思考［J］．金融電子化，2010（11）：83－84.

［4］GB50174-2008．電子信息系統機房設計規范［S］.

［5］中國統計出版社．2011年四川省統計年鑒 ［Z］.北京：中國統計出版社，2011.

［6］張津生，孫成權．21世紀潛在的綠色能源——自然冷能［J］．世界科技研究與發展，1999（1）: 51－54.

G258.6；TP308

A

1005－8214（2014）02－0034－02

陳少春，四川旅游學院計算機副教授，主要從事圖書館自動化管理與技術服務工作。

2013－01－10［責任編輯］閻秋娟

本文系四川省教育廳四川省高等學校圖書館、情報與文獻學規劃項目“圖書館信息化機房節能研究”（項目編號：48）研究成果之一。