建设节能减排型的报业集团专用机房

高宝中 张智慧

（解放日报报业集团）

[摘 要] 计算机网络机房作为报业集团的数据处理中心，已经成为报业办公楼内耗能的重点环节。在节能减排已成全社会共识的情况下，报业集团新建计算机网络机房，应当把机房的节能减排和运行安全作为同等重要的考虑因素。建设一个满足节能减排要求的报业专用机房，需要在机房的规划、设计和施工的各个阶段采取措施，围绕节电这个中心环节，注重细节，从小处着手，积少成多，聚沙成塔，才有可能达到目的。本文结合解放日报报业集团迁址过程中新机房的建设，探讨了在节能减排型机房建设中所做的思考与实践。[关键词] 计算机网络机房 冷区与热区 节能减排 1 引言2005年，由于解放日报报业集团（以下简称“解放集团”）原有的计算机网络机房的配电和精密空调负荷太小，服务器增多后配电和精密空调无法配套。因此，集团技术中心用一年时间，到南方多个省级党报集团、上海市内的电信公司、网通公司和有线网络公司参观学习高等级机房的建设与运维经验。参观学习结束后，我们结合报业集团实际，提出了机房建设的规划和详细需求，并在2006年上半年新建了实用面积近120平方米的计算机网络机房。全国报业的很多同行曾到我们机房参观考察。当时，建设机房时我们注重三点：一是采用当时大型机房流行的下送风上回风的精密空调运行模式；二是选择并定制了大深度的机房内服务器机柜（机柜深度达到1117毫米），机柜后部设有足够的强电和弱电布线区域（垂直走线槽），从而改变了常见的机房内服务器后部各种线缆乱成团的局面，做到既美观又方便维护；三是在核心网络交换机柜和各服务器机柜之间预布了网络铜缆和光缆，并配置了相应的配线架，每只机柜预装了16口PDU电源配件，向机房内添加服务器非常方便。随着解放集团的事业发展，集团于2008年在全国率先开始新一轮拿地建楼的举措，在闵行区莘庄建设集团新办公楼——解放大厦，并在2011年完成报业集团的整体搬迁，集团称之为腾笼换鸟。集团技术中心需要同步在解放大厦配套新建计算机网络机房。如何在以往几年机房建设与运行维护经验的基础上，结合节能减排的时代要求，在新办公楼规划并建设一个节能环保安全的小型机房，成为摆在集团技术中心面前的新课题。 2 在学习借鉴英特尔公司企业级机房建设理念的基础上，结合报业实际，洋为中用，大胆创新，高起点规划并建设具有解放集团特点的节能减排型高密度机房上海市机房协会于2007年7月组织市内相关单位在扬子江大酒店举行机房新技术研讨会，协会组织与会人员到位于闵行紫竹科技园区的英特尔亚太研发中心有限公司参观机房。在英特尔公司近500平方米的大型机房内，用工业标准机柜分割成6个单元，每个单元由两排机柜（排间距约1.3米）面对面排列并在两端用防火材质构建防火门，从而构成6组密封的单元房。单元房内两排面对面机柜中或安装高密度机架式服务器，或安装网络交换机，或安装大型配线架，没有服务器、交换机和配线架的地方用机柜专用盲板封住，机柜内所有服务器尾部朝里，头部朝外。单元房机柜顶部建有类似大型酒店厨房间吸烟排烟用的收口型回风装置，回风装置通过镀锌薄钢通风管路与精密空调机组的进风口相衔接，在每个单元房外部的四周铺设开孔地板，机房精密空调所产生的下送式冷风在正压作用下从开孔地板下面向上吹出，机房内冷区温度在16度左右。冷风从开孔地板下面向上吹出后，因无处释放正压，只能被单元房内机架式服务器从正面吸入，带走服务器运行中产生的热量，经服务器后部排出之风已有余热（风温约23度），被单元房内的上部吸风装置吸收并经大型风管流回精密空调进风口，构成了机房内空调的冷风升温和电子设备排热降温的循环。英特尔公司机房的特点可以概括为：在大型机房内部引入了冷岛区和热岛区的理念，精密空调机组输送到冷岛区的冷风被服务器吸纳后流入热岛区并经动力回收风管重新回流到精密空调机组。据公司方介绍，英特尔公司在全球的所有机房均采用此种模式统一设计与建造。由于作者第一次参观按此理念设计的机房，因此，留下了极为深刻的印象。2008年开始，解放集团在闵行区莘庄地铁站南广场建设新办公楼——解放大厦，大楼筹建组要求技术中心提供新大楼内计算机网络机房建设的详细技术需求。集团技术中心经过内部多次交流，形成了借鉴英特尔公司机房设计理念的想法，达成了建设一个节能减排安全环保的报业集团高密度机房的共识。据此共识，我们形成了新大楼机房建设技术需求书。通过招标方式，机房建设中标公司根据我们制定的技术需求书的规定，在与机柜供应商的多次交流协商后，构思设计了机房的设计图。建成后的解放集团计算机网络机房，实用面积110平方米，就机房面积来讲比老大楼的机房还要小。但是，我们认为信息技术发展已经进入虚拟化时代，机架式服务器、刀片式服务器和海量存储设备这类密集度很高的电子设备，在解放集团内大量部署。这类设备占用机柜空间少，对精密空调的制冷要求高。因此，机房面积小一些，既可少占用楼层空间，还可缩减精密空调作用区域，使空调的制冷效能全面转化为电子设备的排热，最终降低机房总体运营成本。 上面的合成图中，左边是机房概念设计图，右边是机房建成后的实拍图。在长方型的机房有效区域内，共放置两排定制机柜（机柜深度达到1117毫米），每排机柜为12只，其中每排的第1只机柜作为UPS配电列头柜使用，每排其余11只机柜用于存放核心交换机和机架式服务器（包括刀片服务器和海量存储设备）。两排机柜面对面放置（排间距为三块标准地板），两排机柜的两边加装玻璃钢双开门，两排机柜的顶部加装钢化玻璃顶，通过机柜在机房内的摆放，构成一个密封单元。密封单元的底部窄长区域内铺设一排无孔和两排开孔的防静电机房地板，机房地板离楼层地面距离为500毫米，整个机房地板下部500毫米高的空间构成精密空调下送风的风箱区，由精密空调制冷产生的下送风，经此大风箱区域的流动后静压趋于均衡，再从带孔地板的孔中吹出，孔中吹出的冷风在上升过程中被机柜内服务器从正面吸收，带走服务器运行过程中产生的热量，再从服务器后部排风孔吐出，流入单元房外部区域，吸附了热量的空气在正压作用下回流到精密空调机组上部的进风口（实拍图中最远处三台精密空调，上部是进风口），构成了计算机网络机房内冷暖气流的循环。我们概括解放集团机房的特点：两排机柜带帽装门封边构成冷岛区，冷岛区内冷风穿透电子设备带走热量进入热岛区，在正压作用下无路可走只能重新流回到精密空调机组。解放集团机房与英特尔公司机房的共同点是都引入了冷岛区和热岛区的理念，两者之间的区别在于，前者把机房内机柜构成的单元内部定义为冷岛区，而后者把大型机房中各个单元的内部定义为热岛区。 3 在规划与建设机房过程中全面落实节能减排理念，需要在设计与施工的各个通常不被关注的细节上下功夫，做到节能从小处着手，积少成多，聚沙成塔3.1 借鉴先进设计理念时，不能忘记报业集团实际在学习借鉴英特尔公司机房设计理念时，考虑到解放集团机房是高密度机房，所以采用反相设计。单元内冷岛区温度低而且维护人员平常不进入，单元外部是各类服务器的后部，设备维护人员常在此区域插拔服务器电源和跳线，常会临时外接显示终端调试服务器，此机房区域内温度约24度，比较适合维护人员操作。另外，机房围护结构的四个立面中有两个是大楼外墙，另有一面是大型观赏型钢化玻璃墙，建机房时尽管做了围护墙保温层处理，精密空调生成的低温冷风在机房内循环时，在夏天仍然容易受到外墙高温影响产生对冲作用，反相设计可部分降低对冲影响，减少机房空调的无效电能消耗。3.2 机房地板下部排除障碍物，可使空调出风的风速更快更匀，同时需要合理安排风口地板的出风量在机房设计与施工中把机柜用电源线和弱电线缆全部从机柜上部定制走线槽中穿梭，一方面使空调发生漏水时不致使地板下方电源接线端子短路，另一方面地板下部无任何障碍物。这样，精密空调的出风在大风箱内畅流后，受正压作用均匀地从各开孔地板出风，带来的好处是前前后后各开孔地板以同样的风速流出冷风，解决了传统机房内常会发生的机房内一头热一头冷的局面。每个机柜安装服务器的数量不相同，热负荷也会不同。经过实际试验，对热负荷小的机架区域，封闭部分出风孔，高热负荷区域加大风量，使冷热交换更加高效。 3.3 在机柜内精心布局服务器，可以更高效发挥空调的制冷效能，推广服务器虚拟化技术，有效减少服务器总量，使节能减排落到实处解放集团近年配合服务器虚拟化技术的推广应用，采购了多台惠普企业级C7000刀片服务器。刀片服务器机笼后部最多装有6只高速蜗轮式排风组件，排风量大。根据进出风平衡原理，刀片服务器正面吸风自然也很强，把刀片服务器机笼放置在各个机柜底部，服务器吸风口离地板出风口最近，冷风最有效地被服务器吸收，从而提高空调制冷的效能。几年前，技术中心参观罗氏制药公司中国区总部机房，罗氏公司在一台惠普DL380高配置服务器上采用虚拟化技术运转八个老式应用软件系统，把原来八台老式服务器的功能整合到一台新服务器上，大大节省服务器耗电。我们对集团现有的各类应用软件进行分类，经过充分试验取得经验后，在解放大厦新机房内，全面推行服务器虚拟化和海量存贮技术。同时，借集团搬迁的机会，淘汰了一批老服务器，近年新添置的刀片服务器已成机房内主要服务器。虚拟技术的推广应用使机房小型化成为可能，缩减服务器数量使机房节电成为可能，新技术的应用使智能管理成为可能。3.4 机房照明全面采用LED节能灯具。根据机房运维的理论，机房照明能耗只占机房总能耗的2%左右。实施机房节能减排，就要着眼小处，积少成多。解放集团新建机房中采用了节能无电磁污染的LED日光管照明格栅灯具，与普通日光灯相比，LED灯属于冷光源，直流驱动低功耗，节省电能达到80%。虽然，LED灯具的一次性购买价较高，但是，灯具使用寿命也比普通日光灯要长十倍。同时，经过实际测量，主机房采用LED灯具后，照度达到700LX，比普通日光灯管增加20%，而照明能耗减少70%。3.5 节能减排型机房使用过程中节能效果评估。国际流行的数据中心节能指标体系中，把数据中心的总设备能耗除以IT设备能耗的值称之为PUE（Power Usage Effectiveness，是数据中心消耗的所有能源与IT负载使用的能源之比）。世界最先进水平的机房PUE值约为1.7，我国的机房多数在2.5以上。经过我们工程师用智能电表的数据采样，解放集团新机房的总设备能耗约80KVA，IT设备能耗约43KVA，PUE略小于2，远低于国内的平均数。最后，我们要补充说明，为了节省机房建设资金，我们把原来机房中所用的一台美国菲尼克斯品牌的DA35精密空调机组和两台梅兰日梅GALAXY 80KVA的UPS机组，连同蓄电池组，分步拆卸后搬迁到了新建机房，使解放大厦内新建的计算机网络机房的建设成本控制在三百万元以内。同时，集团的一套1400门容量的数字程控交换主机也安装在新建机房内，在不增加精密空调容量的情况下，数字程控交换机按15K热负荷计算，年热负荷131400KW。总之，技术中心工程师经过精心计算，新机房通过实施多种节能措施，每年可为报业集团节省电费30多万元。 编辑：中国新闻技术工作者联合会