樹立臺(tái)灣高等教育綠色機(jī)房典范

近年來(lái)云端運(yùn)算的興起，掀起校園數(shù)據(jù)中心的新一波改革浪潮，數(shù)據(jù)中心作為校園信息傳播的中繼站，在校園e化的時(shí)代，扮演著舉足輕重的角色。一座新時(shí)代的校園數(shù)據(jù)中心，除了要求高穩(wěn)定、高效率、可擴(kuò)容，更要強(qiáng)調(diào)綠色環(huán)保，對(duì)供電、空調(diào)、機(jī)柜乃至數(shù)據(jù)中心管理系統(tǒng)都有高規(guī)格的要求。

根據(jù)Gartner調(diào)查研究指出，企業(yè)或組織CIO所面臨的機(jī)房基礎(chǔ)架構(gòu)前三大挑戰(zhàn)當(dāng)中，數(shù)據(jù)量的增長(zhǎng)位居第一，除了呼應(yīng)當(dāng)前大數(shù)據(jù)的熱門趨勢(shì)，也引發(fā)了機(jī)房管理挑戰(zhàn)，諸如系統(tǒng)效能、可擴(kuò)展性，以及居高不下的電力與空調(diào)成本等。研究顯示，和一般辦公室相比，機(jī)房的能耗高達(dá)辦公室能耗百倍之多。本文將以臺(tái)灣聯(lián)合大學(xué)綠色機(jī)房為例，分享該機(jī)房的設(shè)計(jì)理念、實(shí)施手法以及最終成效。

新機(jī)房建置的初衷與使命

位于臺(tái)灣中部的臺(tái)灣聯(lián)合大學(xué)，學(xué)生人數(shù)超過(guò)8000名，是一所教學(xué)、研究并重的綜合大學(xué)，未來(lái)將有兩個(gè)校區(qū)，共約77萬(wàn)平方米。原本位于第一校區(qū)的舊機(jī)房，隨著系所規(guī)模與學(xué)生人數(shù)的成長(zhǎng)，早已無(wú)法滿足使用需求。

隨著圖書館數(shù)字媒體典藏的日益增加，信息中心的角色愈來(lái)愈重要，臺(tái)灣聯(lián)合大學(xué)決定將“圖書”與“信息”合二為一，并希望將第二校區(qū)全新的圖資大樓，以綠色環(huán)保的理念建設(shè)新機(jī)房，為師生提供符合安全、穩(wěn)定、可靠的信息服務(wù)，構(gòu)建年均PUE（Power Usage Effectiveness）值達(dá)到1.6的節(jié)能減排機(jī)房，爭(zhēng)取成為綠色大學(xué)及“溫室氣體減量示范大專院?！?，成為全臺(tái)灣大學(xué)校院節(jié)能減碳機(jī)房的領(lǐng)頭羊，并以此增加學(xué)校曝光機(jī)會(huì)，尋求廠商及各機(jī)關(guān)的贊助。

“為了配合相關(guān)部門及學(xué)校將‘全面節(jié)能減排的措施落實(shí)，推動(dòng)聯(lián)合大學(xué)成為一所‘溫室氣體減量示范大專院校，我們大力支持這項(xiàng)計(jì)劃，在本校第二校區(qū)的圖資大樓六樓，將信息中心機(jī)房建設(shè)成一座綠色節(jié)能機(jī)。”臺(tái)灣聯(lián)合大學(xué)校長(zhǎng)許銘熙博士分享了當(dāng)時(shí)進(jìn)行機(jī)房建設(shè)的愿景與初衷。臺(tái)灣法規(guī)對(duì)新設(shè)或增修計(jì)算機(jī)機(jī)房有以下幾項(xiàng)原則：新設(shè)或增修計(jì)算機(jī)機(jī)房，建議采用冷熱信道氣流模式，以降低冷熱空氣混合比例，減少空調(diào)用電；計(jì)算機(jī)機(jī)房機(jī)柜的入口溫度應(yīng)介于20℃～25℃之間，相對(duì)濕度應(yīng)介于40%～55%之間；計(jì)算機(jī)機(jī)房之不間斷電源系統(tǒng)應(yīng)裝置適當(dāng)容量或選用模塊化設(shè)計(jì)辦理。

制定PUE值低于1.6的目標(biāo)

作為衡量機(jī)房能源使用效率的指標(biāo)，PUE值的定義是：PUE=數(shù)據(jù)中心總用電/IT設(shè)備用電。臺(tái)灣聯(lián)合大學(xué)新建機(jī)房以年平均PUE值1.6為目標(biāo)，直逼黃金級(jí)機(jī)房PUE 1.43的高水平，大幅超越了教育機(jī)構(gòu)目前針對(duì)公辦大學(xué)PUE平均值為2.99的要求。在不采用自然冷卻的條件下，達(dá)到這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)難度相當(dāng)大。

就臺(tái)灣聯(lián)合大學(xué)一整年的電費(fèi)支出來(lái)看，僅信息中心用電就占了20%～30%，費(fèi)用相當(dāng)可觀。建立綠能機(jī)房實(shí)屬當(dāng)務(wù)之急。臺(tái)灣聯(lián)合大學(xué)電子工程學(xué)系副教授暨信息中心主任陳榮堅(jiān)表示：“位于聯(lián)合大學(xué)第一校區(qū)的舊機(jī)房，采用的是傳統(tǒng)的上送風(fēng)空調(diào)，而且機(jī)柜擺設(shè)又采取‘前胸貼后背的方式，機(jī)柜后方正對(duì)著另一組機(jī)柜的前方，造成了冷熱混風(fēng)的問(wèn)題；而且機(jī)柜內(nèi)布線雜亂無(wú)章，簡(jiǎn)直像瀑布一樣壯觀，導(dǎo)致氣流管理成效不佳，機(jī)柜進(jìn)風(fēng)口溫度不穩(wěn)定，無(wú)法有效降溫。這樣不但使IT設(shè)備容易熱宕機(jī)，也造成了空調(diào)系統(tǒng)耗能嚴(yán)重，增加了無(wú)謂的電費(fèi)開銷。”

為了徹底擺脫舊機(jī)房沉重的歷史包袱，臺(tái)灣聯(lián)合大學(xué)與廠商充分溝通后，采取了有別于傳統(tǒng)機(jī)房設(shè)計(jì)和實(shí)施方法的解決方案，改用高效能與模塊化的機(jī)房基礎(chǔ)設(shè)施解決方案，向綠色機(jī)房之路邁進(jìn)了一大步。

新機(jī)房建設(shè)與改善方法

臺(tái)灣聯(lián)合大學(xué)機(jī)房建設(shè)項(xiàng)目，包含新圖資大樓信息中心計(jì)算機(jī)主機(jī)房與代管機(jī)房的基礎(chǔ)設(shè)備建設(shè)，具體的項(xiàng)目有：高架地板500型建設(shè)；主機(jī)機(jī)柜、電源管理器；信息設(shè)備操控系統(tǒng)（IP-KVM）；機(jī)房不間斷電源（UPS）、信息電力配置；機(jī)房空調(diào)冰水主機(jī)、精密式機(jī)柜空調(diào)系統(tǒng)建設(shè)；機(jī)房光纖主干建設(shè)、UTP CAT-6主干配置；機(jī)房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)；全自動(dòng)消防滅火系統(tǒng)建設(shè)；防火隔間、門禁、監(jiān)視系統(tǒng)建設(shè)；. 計(jì)算機(jī)教室安全設(shè)備建設(shè)。

在機(jī)房建設(shè)初期，場(chǎng)地的規(guī)劃設(shè)計(jì)十分重要。優(yōu)異的機(jī)房規(guī)劃，有助于將機(jī)房應(yīng)用時(shí)的修正風(fēng)險(xiǎn)減至最低。有恰當(dāng)合宜的規(guī)劃，才不致于造成人力、財(cái)力與時(shí)間的浪費(fèi)，才能讓日后機(jī)房的運(yùn)營(yíng)成本大幅度降低。聯(lián)合大學(xué)綠色機(jī)房規(guī)劃的方向?yàn)椋耗苎娱L(zhǎng)使用壽命，優(yōu)化的效能與節(jié)能能力，可彈性擴(kuò)充的先進(jìn)設(shè)計(jì)，符合ISO 27001信息安全要求，能掌握系統(tǒng)的信息，啟用后能實(shí)現(xiàn)有效的運(yùn)營(yíng)管理。

對(duì)于機(jī)房的建設(shè)，臺(tái)灣聯(lián)合大學(xué)具有創(chuàng)新的思維。在他們看來(lái)，機(jī)房既是對(duì)內(nèi)的服務(wù)單位，也可以是對(duì)外的營(yíng)運(yùn)單位。臺(tái)灣聯(lián)合大學(xué)機(jī)房在校園中所扮演的角色主要是對(duì)內(nèi)提供服務(wù)，支持教學(xué)研究，提供計(jì)算機(jī)相關(guān)軟硬件、校務(wù)行政計(jì)算機(jī)化、校園網(wǎng)絡(luò)服務(wù)、技術(shù)咨詢與推廣訓(xùn)練等相關(guān)業(yè)務(wù)，改善校園信息環(huán)境并加強(qiáng)學(xué)校行政信息化。另外還有單一認(rèn)證賬號(hào)密碼管理與 LDAP 及 AD 主機(jī)維護(hù)、全校教職員生電子郵件主機(jī)管理與維護(hù)、網(wǎng)絡(luò)文件夾主機(jī)管理與維護(hù)、云端計(jì)算機(jī)教室主機(jī)管理與維護(hù)、虛擬主機(jī)平臺(tái)管理與維護(hù)、ISMS相關(guān)事宜。

企業(yè)機(jī)房通常只對(duì)內(nèi)部單位提供服務(wù)，但臺(tái)灣聯(lián)合大學(xué)的機(jī)房卻可以從對(duì)內(nèi)的服務(wù)單位，轉(zhuǎn)換為對(duì)外的營(yíng)運(yùn)單位。新建機(jī)房在對(duì)內(nèi)服務(wù)之余，還可以對(duì)外提供服務(wù)，為學(xué)校增加額外營(yíng)收?；谶@樣的設(shè)計(jì)思路，臺(tái)灣聯(lián)合大學(xué)一開始就把機(jī)房的實(shí)體空間分開，區(qū)分為兩個(gè)獨(dú)立房間：一個(gè)信息中心主機(jī)房，一個(gè)代管機(jī)房（colocation）。代管機(jī)房未來(lái)用于代管信息中心以外的服務(wù)器，只要校內(nèi)各部門或單位有代管需求，信息部就會(huì)將其設(shè)備放置在代管機(jī)房中。如果其他機(jī)關(guān)、組織與企業(yè)有租賃需求，代管機(jī)房的資源還可以對(duì)外開放租賃。陳榮堅(jiān)主任指出，考慮到未來(lái)電費(fèi)區(qū)分和管理的問(wèn)題，代管設(shè)備與主機(jī)房才會(huì)在空間上采用直接分隔的方式。它們雖然位于同一層樓，但是不同的房間。不包括操作室和配電室，主機(jī)房大約為200平方米，代管機(jī)房為100平方米左右。

臺(tái)灣聯(lián)合大學(xué)數(shù)據(jù)中心設(shè)有計(jì)算機(jī)主機(jī)房、代管機(jī)房、八間計(jì)算機(jī)教室，可容納該校信息設(shè)備操控系統(tǒng)與光纖骨干等關(guān)鍵設(shè)施，安全設(shè)備。機(jī)房有一系列的系統(tǒng)整合方案守護(hù)著這些關(guān)鍵設(shè)備：模塊化不間斷電源系統(tǒng)UPS、精密配電柜、機(jī)柜式精密空調(diào)、熱通道封閉技術(shù)、模塊化機(jī)柜、數(shù)據(jù)中心管理系統(tǒng) DCIM。

臺(tái)灣聯(lián)合大學(xué)采用了模塊化不間斷電源UPS，可以根據(jù)實(shí)際需求彈性擴(kuò)充，避免初期設(shè)備閑置的狀況。其“輕載高效”的特性，使UPS在15%低負(fù)載率的情況下，仍然可以達(dá)到整機(jī)90%高效率，一旦負(fù)載率超過(guò)40%，整機(jī)效率就能達(dá)到94%，每個(gè)月都能為學(xué)校省下一筆可觀的電費(fèi)。通過(guò)兩套UPS并聯(lián)冗余，使電力可靠度等級(jí)達(dá)到Tier2的水平。

此外，精密配電柜的斷路器也具備熱插拔與擴(kuò)充設(shè)計(jì)，不須停機(jī)就能隨需擴(kuò)展。由于能夠偵測(cè)各輸出回路電力數(shù)值，對(duì)于臺(tái)灣聯(lián)合大學(xué)實(shí)現(xiàn)主機(jī)代管業(yè)務(wù)，并發(fā)展為企業(yè)租賃的新興運(yùn)營(yíng)模式可提供不少幫助。

新機(jī)房則通過(guò)以下手法，大幅度改善了空調(diào)效率：機(jī)柜配置改善，冷熱信道分離，消除傳統(tǒng)機(jī)房冷熱混風(fēng)的現(xiàn)象，選擇“熱通道封閉技術(shù)”將熱空氣封閉在熱通道之內(nèi)；傳統(tǒng)的房間式空調(diào)（RoomCool）采用上送風(fēng)或下送風(fēng)，而新式的機(jī)柜式空調(diào)（RowCool）則是安裝在兩只機(jī)柜之間，提供均流的水平送風(fēng)，針對(duì)某些高密度機(jī)柜，能夠縮短送風(fēng)路徑，就近消除熱點(diǎn)，冷風(fēng)直接被機(jī)柜吸入，損耗更少；智能節(jié)能的設(shè)計(jì)如DC無(wú)刷直流風(fēng)扇自動(dòng)轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)等，可以依據(jù)機(jī)柜負(fù)載率的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)速；三通閥可做冰水流量控制，亦是空調(diào)節(jié)能的功臣之一；搭配使用蜂巢式門板設(shè)計(jì)的模塊化機(jī)柜，通孔率高達(dá)70%以上，具有基本的自散熱能力，進(jìn)一步優(yōu)化了空調(diào)冷卻效果。