高校圖書館小型綠色數(shù)據(jù)中心節(jié)能探索

●陳少春（四川旅游學(xué)院 圖書館，成都 610100）

高校圖書館小型綠色數(shù)據(jù)中心節(jié)能探索

●陳少春（四川旅游學(xué)院 圖書館，成都 610100）

綠色；數(shù)據(jù)中心；圖書館；節(jié)能技術(shù)；蓄能

綠色節(jié)能是綠色數(shù)據(jù)中心的重要標志，其中降低非ⅠT設(shè)備的能耗是關(guān)鍵。根據(jù)機房建設(shè)標準的要求，針對小型圖書館綠色數(shù)據(jù)中心特點，可以利用蓄能技術(shù)開發(fā)自然冷能取代空調(diào)降溫的方案，保障數(shù)據(jù)中心穩(wěn)定可靠的工作，并通過能量回收的方式，將機房產(chǎn)生的熱能進行蓄能再利用，達到綠色節(jié)能的目的。

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

1 綠色節(jié)能——綠色數(shù)據(jù)中心的主要標志

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

PUE為數(shù)據(jù)中心ⅠT設(shè)備能耗與總能耗之比。［3］除了ⅠT設(shè)備能耗，機房其他設(shè)備的能耗越小，數(shù)據(jù)中心的能效就越高，而這些設(shè)備中，空調(diào)耗電量所占比例又是最高的。GB50174-2008標準指出：“電子信息系統(tǒng)機房內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)的用電量約占機房總用電量的20%～50%，因此空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能措施是機房節(jié)能設(shè)計中的重要環(huán)節(jié)。”［4］空調(diào)的作用，就是創(chuàng)造一個符合數(shù)據(jù)中心要求的環(huán)境溫度，為設(shè)備可靠運行提供保障。然而，綠色數(shù)據(jù)中心要求必須要保證設(shè)備高效、可靠、穩(wěn)定地運行，否則，所有的節(jié)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(diào)的情況下能有效地控制機房溫度，達到設(shè)備冷卻效果，就會產(chǎn)生顯著的節(jié)能效果，從而達到節(jié)能的目的。

在GB50174-2008標準中，數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)中心應(yīng)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(tǒng)機房環(huán)境技術(shù)要求［4］

根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計資料，可以了解成都地區(qū)一年溫度變化情況。現(xiàn)在以2011年度成都地區(qū)溫度變化狀況為參考，分析數(shù)據(jù)中心機房的應(yīng)對策略。

表2 成都市2011年度月平均溫度統(tǒng)計表［5］

數(shù)據(jù)中心由于設(shè)備運行時會產(chǎn)生大量的熱量，但現(xiàn)今數(shù)據(jù)中心建筑都按照綠色標準建設(shè)，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(shù)其最高溫度會超過28℃，極少數(shù)的極端情況甚至?xí)咏?0℃。針對夏季高溫天氣，從多方面入手的綜合應(yīng)對措施是機房節(jié)能降耗的必須選擇。

2 改進機房設(shè)備性能，為節(jié)能創(chuàng)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(shè)備，在工作時會釋放大量的熱能。根據(jù)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(yīng)，溫度大大高于環(huán)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(xiàn)象明顯減弱，可以顯著增強設(shè)備對環(huán)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(shè)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(shè)備以及機柜的通風(fēng)通道中積累大量的塵埃，降低風(fēng)冷通道的通風(fēng)量，嚴重時甚至?xí)氯ǖ溃鹪O(shè)備故障。因此，在機房不顯著增加成本的情況下，應(yīng)該做好防塵工作。同時，建議在夏天到來之前，對設(shè)備進行一次全面的除塵處理。

通過對數(shù)據(jù)中心進行這些改進，可以提高設(shè)備對環(huán)境的耐受能力，降低設(shè)備對冷卻氣流的溫度要求，為節(jié)能增效創(chuàng)造有利條件。

3 采用智能風(fēng)冷控制系統(tǒng)，有效地減少能源消耗

許多大型數(shù)據(jù)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(diào)系統(tǒng)。然而，小型數(shù)據(jù)中心依托于所屬機構(gòu)，無法在選址上作出特別的要求，一般都設(shè)立在相應(yīng)的業(yè)務(wù)大樓內(nèi)，如圖書館數(shù)據(jù)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(guān)鍵所在，而利用蓄能技術(shù)開發(fā)環(huán)境廣泛存在的“自然冷能”［6］成為了必然的選擇。

3.1 應(yīng)用蓄能技術(shù)開發(fā)“自然冷能”，保障冷空氣來源

自然冷能的開發(fā)利用，關(guān)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(yōu)異的熱傳導(dǎo)特性釋放貯藏于地下的冷能，獲得低溫的空氣。

對于小型數(shù)據(jù)中心來說，更適合采用相對簡單的空氣蓄能，即利用大樓現(xiàn)有的地下室等作為蓄能空間，其空間大小可以根據(jù)機房總耗能大小來確定，配合智能的控制系統(tǒng)，利用晝夜溫差進行蓄能。其結(jié)構(gòu)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(nèi)溫度時，啟動風(fēng)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(fēng)扇停止工作。貯藏的冷空氣供白天氣溫高的時候新風(fēng)系統(tǒng)使用。

3.2 利用智能新風(fēng)系統(tǒng)

根據(jù)C級機房的環(huán)境要求，需要把溫度控制在28℃以下。新風(fēng)系統(tǒng)的控制器通過安裝于室內(nèi)的溫度感應(yīng)器檢測到機房室內(nèi)溫度大于28℃時，即啟動系統(tǒng)開始向機房送風(fēng)。為了減少蓄能空間的大小，提高蓄能應(yīng)用的效率，當氣溫低于28℃的時候，使用室外空氣作為系統(tǒng)冷風(fēng)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(yīng)急措施，在系統(tǒng)檢測到氣流的溫度大于28℃時，停止新風(fēng)系統(tǒng)工作，啟動機房空調(diào)為機房降溫，其系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)中心節(jié)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(shù)據(jù)中心設(shè)備所產(chǎn)生的熱能直接排出室外。這時，可以通過智能系統(tǒng)，不斷把熱空氣從數(shù)據(jù)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(diào)的使用，進一步節(jié)省能源。

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

［1］蔡港．企業(yè)綠色數(shù)據(jù)中心的標準與技術(shù)探討［J］．計算機安全，2010（12）：35－36.

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

［3］崔亮．低碳綠色數(shù)據(jù)中心建設(shè)思考［J］．金融電子化，2010（11）：83－84.

［4］GB50174-2008．電子信息系統(tǒng)機房設(shè)計規(guī)范［S］.

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

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

G258.6；TP308

A

1005－8214（2014）02－0034－02

陳少春，四川旅游學(xué)院計算機副教授，主要從事圖書館自動化管理與技術(shù)服務(wù)工作。

2013－01－10［責(zé)任編輯］閻秋娟

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