树立台湾高等教育绿色机房典范

　　——台湾联合大学数据中心建设纪实

　　近年来云端运算的兴起，掀起校园数据中心的新一波改革浪潮，数据中心作为校园信息传播的中继站，在校园e化的时代，扮演着举足轻重的角色。一座新时代的校园数据中心，除了要求高稳定、高效率、可扩容，更要强调绿色环保，对供电、空调、机柜乃至数据中心管理系统都有高规格的要求。

　　根据Gartner调查研究指出，企业或组织CIO所面临的机房基础架构前三大挑战当中，数据量的增长位居第一，除了呼应当前大数据的热门趋势，也引发了机房管理挑战，诸如系统效能、可扩展性，以及居高不下的电力与空调成本等。研究显示，和一般办公室相比，机房的能耗高达办公室能耗百倍之多。本文将以台湾联合大学绿色机房为例，分享该机房的设计理念、实施手法以及最终成效。

　　新机房建置的初衷与使命

　　位于台湾中部的台湾联合大学，学生人数超过8000名，是一所教学、研究并重的综合大学，未来将有两个校区，共约77万平方米。原本位于第一校区的旧机房，随着系所规模与学生人数的成长，早已无法满足使用需求。

　　随着图书馆数字媒体典藏的日益增加，信息中心的角色愈来愈重要，台湾联合大学决定将“图书”与“信息”合二为一，并希望将第二校区全新的图资大楼，以绿色环保的理念建设新机房，为师生提供符合安全、稳定、可靠的信息服务，构建年均PUE(Power Usage Effectiveness)值达到1.6的节能减排机房，争取成为绿色大学及“温室气体减量示范大专院校”，成为全台湾大学校院节能减碳机房的领头羊，并以此增加学校曝光机会，寻求厂商及各机关的赞助。

　　“为了配合相关部门及学校将‘全面节能减排’的措施落实，推动联合大学成为一所‘温室气体减量示范大专院校’，我们大力支持这项计划，在本校第二校区的图资大楼六楼，将信息中心机房建设成一座绿色节能机。”台湾联合大学校长许铭熙博士分享了当时进行机房建设的愿景与初衷。台湾法规对新设或增修计算机机房有以下几项原则：新设或增修计算机机房，建议采用冷热信道气流模式，以降低冷热空气混合比例，减少空调用电；计算机机房机柜的入口温度应介于20℃~25℃之间，相对湿度应介于40%~55%之间；计算机机房之不间断电源系统应装置适当容量或选用模块化设计办理。

　　制定PUE值低于1.6的目标

　　作为衡量机房能源使用效率的指标，PUE值的定义是：PUE=数据中心总用电/IT设备用电。台湾联合大学新建机房以年平均PUE值1.6为目标，直逼黄金级机房PUE 1.43的高水平，大幅超越了教育机构目前针对公办大学PUE平均值为2.99的要求。在不采用自然冷却的条件下，达到这个标准难度相当大。

　　就台湾联合大学一整年的电费支出来看，仅信息中心用电就占了20%~30%，费用相当可观。建立绿能机房实属当务之急。台湾联合大学电子工程学系副教授暨信息中心主任陈荣坚表示：“位于联合大学第一校区的旧机房，采用的是传统的上送风空调，而且机柜摆设又采取‘前胸贴后背’的方式，机柜后方正对着另一组机柜的前方，造成了冷热混风的问题；而且机柜内布线杂乱无章，简直像瀑布一样壮观，导致气流管理成效不佳，机柜进风口温度不稳定，无法有效降温。这样不但使IT设备容易热宕机，也造成了空调系统耗能严重，增加了无谓的电费开销。”

　　为了彻底摆脱旧机房沉重的历史包袱，台湾联合大学与厂商充分沟通后，采取了有别于传统机房设计和实施方法的解决方案，改用高效能与模块化的机房基础设施解决方案，向绿色机房之路迈进了一大步。

　　新机房建设与改善方法

　　台湾联合大学机房建设项目，包含新图资大楼信息中心计算机主机房与代管机房的基础设备建设，具体的项目有：高架地板500型建设；主机机柜、电源管理器；信息设备操控系统(IP-KVM)；机房不间断电源(UPS)、信息电力配置；机房空调冰水主机、精密式机柜空调系统建设；机房光纤主干建设、UTP CAT-6主干配置；机房环境监控系统建设；全自动消防灭火系统建设；防火隔间、门禁、监视系统建设；. 计算机教室安全设备建设。

　　在机房建设初期，场地的规划设计十分重要。优异的机房规划，有助于将机房应用时的修正风险减至最低。有恰当合宜的规划，才不致于造成人力、财力与时间的浪费，才能让日后机房的运营成本大幅度降低。联合大学绿色机房规划的方向为：能延长使用寿命，优化的效能与节能能力，可弹性扩充的先进设计，符合ISO 27001信息安全要求，能掌握系统的信息，启用后能实现有效的运营管理。

　　对于机房的建设，台湾联合大学具有创新的思维。在他们看来，机房既是对内的服务单位，也可以是对外的营运单位。台湾联合大学机房在校园中所扮演的角色主要是对内提供服务，支持教学研究，提供计算机相关软硬件、校务行政计算机化、校园网络服务、技术咨询与推广训练等相关业务，改善校园信息环境并加强学校行政信息化。另外还有单一认证账号密码管理与 LDAP 及 AD 主机维护、全校教职员生电子邮件主机管理与维护、网络文件夹主机管理与维护、云端计算机教室主机管理与维护、虚拟主机平台管理与维护、ISMS相关事宜。

　　企业机房通常只对内部单位提供服务，但台湾联合大学的机房却可以从对内的服务单位，转换为对外的营运单位。新建机房在对内服务之余，还可以对外提供服务，为学校增加额外营收。基于这样的设计思路，台湾联合大学一开始就把机房的实体空间分开，区分为两个独立房间：一个信息中心主机房，一个代管机房(colocation)。代管机房未来用于代管信息中心以外的服务器，只要校内各部门或单位有代管需求，信息部就会将其设备放置在代管机房中。如果其他机关、组织与企业有租赁需求，代管机房的资源还可以对外开放租赁。陈荣坚主任指出，考虑到未来电费区分和管理的问题，代管设备与主机房才会在空间上采用直接分隔的方式。它们虽然位于同一层楼，但是不同的房间。不包括操作室和配电室，主机房大约为200平方米，代管机房为100平方米左右。

　　台湾联合大学数据中心设有计算机主机房、代管机房、八间计算机教室，可容纳该校信息设备操控系统与光纤骨干等关键设施，安全设备。机房有一系列的系统整合方案守护着这些关键设备：模块化不间断电源系统UPS、精密配电柜、机柜式精密空调、热通道封闭技术、模块化机柜、数据中心管理系统 DCIM。

　　台湾联合大学采用了模块化不间断电源UPS，可以根据实际需求弹性扩充，避免初期设备闲置的状况。其“轻载高效”的特性，使UPS在15%低负载率的情况下，仍然可以达到整机90%高效率，一旦负载率超过40%，整机效率就能达到94%，每个月都能为学校省下一笔可观的电费。通过两套UPS并联冗余，使电力可靠度等级达到Tier2的水平。

　　此外，精密配电柜的断路器也具备热插拔与扩充设计，不须停机就能随需扩展。由于能够侦测各输出回路电力数值，对于台湾联合大学实现主机代管业务，并发展为企业租赁的新兴运营模式可提供不少帮助。

　　新机房则通过以下手法，大幅度改善了空调效率：机柜配置改善，冷热信道分离，消除传统机房冷热混风的现象，选择“热通道封闭技术”将热空气封闭在热通道之内；传统的房间式空调(RoomCool)采用上送风或下送风，而新式的机柜式空调(RowCool)则是安装在两只机柜之间，提供均流的水平送风，针对某些高密度机柜，能够缩短送风路径，就近消除热点，冷风直接被机柜吸入，损耗更少；智能节能的设计如DC无刷直流风扇自动转速设计等，可以依据机柜负载率的变化自动调节风速；三通阀可做冰水流量控制，亦是空调节能的功臣之一；搭配使用蜂巢式门板设计的模块化机柜，通孔率高达70%以上，具有基本的自散热能力，进一步优化了空调冷却效果。