淺談醫(yī)院小型節(jié)能數(shù)據(jù)中心建設(shè)

李 硯

隨著醫(yī)院信息化程度日趨提高，各種軟件系統(tǒng)如HIS、LIS、EMR、PACS 等在醫(yī)院里廣泛應(yīng)用，為醫(yī)院的醫(yī)療、教學(xué)和科研提供服務(wù)，對(duì)醫(yī)院正常運(yùn)營起重大作用。而支持軟件系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的硬件設(shè)備需要良好的運(yùn)行環(huán)境，因此醫(yī)院作為建設(shè)方需要依據(jù)國家及國際相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行數(shù)據(jù)中心建設(shè)。下面就結(jié)合國內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)淺談安全可靠、綠色節(jié)能的小型數(shù)據(jù)中心建設(shè)。

1 數(shù)據(jù)中心場地選擇

一般小型數(shù)據(jù)中心選擇在現(xiàn)有建筑里改建，數(shù)據(jù)中心為保障安全、穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)電力供給、空氣潔凈度、溫度、濕度等都有較為嚴(yán)格的要求，所以數(shù)據(jù)中心場地選擇主要考慮以下幾個(gè)方面:周邊環(huán)境;所在建筑的狀況;在建筑內(nèi)所處位置。

1.1 數(shù)據(jù)中心周邊環(huán)境 數(shù)據(jù)中心要求電力供給穩(wěn)定可靠，需要兩路取自不同變電所的獨(dú)立供電線路，在數(shù)據(jù)中心內(nèi)做雙路電源切換。交流配電系統(tǒng)安全地、設(shè)備工作地等接地電阻應(yīng)不大于1 Ω，若建筑物自身接地電阻不能滿足，則在數(shù)據(jù)中心附近合適場地制作獨(dú)立接地。數(shù)據(jù)中心四周應(yīng)以綠地代替硬質(zhì)鋪地表面，以降低室外地表溫度，減少室內(nèi)外溫差，從而降低冷負(fù)荷。數(shù)據(jù)中心周邊自然環(huán)境應(yīng)清潔，遠(yuǎn)離產(chǎn)生粉塵、油煙、有害氣體以及生產(chǎn)或貯存具有腐蝕性、易燃、易爆物品的場所。應(yīng)遠(yuǎn)離水災(zāi)和火災(zāi)隱患區(qū)域，遠(yuǎn)離強(qiáng)振源、噪聲源、電磁場干擾源。

1.2 數(shù)據(jù)中心所在建筑物的狀況 數(shù)據(jù)中心最好選在一樓建設(shè)若選址位于2 樓或以上，則首要考慮建筑的承重能力。一般民用建筑的樓板承重只有300 KG/M2左右，而數(shù)據(jù)中心內(nèi)的設(shè)備多、密度大，且需要長期穩(wěn)定的電力供給，尤其醫(yī)院數(shù)據(jù)中心更是需要較長的UPS 后備時(shí)間，例如1 臺(tái)40 KVA UPS，若依靠12 V 100Ah 電池供電1 小時(shí)需要電池30 節(jié)，每節(jié)電池重約30 KG 總重就是900KG，若后備時(shí)間2 小時(shí)就需要60 節(jié)近2 000 KG 重的電池，再加上UPS 主機(jī)和精密空調(diào)的重量，一般民用建筑不能滿足承重要求，需要采用安裝散力架等手段加以解決。新建建筑考慮在其內(nèi)部建數(shù)據(jù)中心，其所在區(qū)域的樓板承重能力最好在1 000 KG/M2，梁下層高最好大于等于3.7 M。數(shù)據(jù)中心所在建筑內(nèi)的通道寬度及門的尺寸應(yīng)便于材料和設(shè)備運(yùn)輸，一樓入口至數(shù)據(jù)中心的通道凈寬不應(yīng)小于1.5 M。

1.3 數(shù)據(jù)中心在建筑物內(nèi)所處位置 數(shù)據(jù)中心應(yīng)位于建筑物的北側(cè)，這樣可以有效阻擋日射，降低夏季室內(nèi)的溫度;應(yīng)遠(yuǎn)離建筑物避雷針的引下線，建筑物的變形縫、伸縮縫、防震縫等不應(yīng)穿過數(shù)據(jù)中心所在區(qū)域的圍護(hù)結(jié)構(gòu);應(yīng)與垃圾房、廚房、餐廳保持相當(dāng)距離以防止鼠害;數(shù)據(jù)中心上方和周邊應(yīng)無廁所、噴淋立管或排水主管道等用水設(shè)施;最好不要建在頂層房間內(nèi)，防止屋頂發(fā)生漏水事故。數(shù)據(jù)中心的消防和空調(diào)系統(tǒng)需單獨(dú)建設(shè)不應(yīng)和所在建筑共用。數(shù)據(jù)中心所處位置要便于精密空調(diào)內(nèi)外機(jī)的安裝及連接，應(yīng)有與建筑內(nèi)強(qiáng)、弱電間的線路通道，方便進(jìn)行強(qiáng)電及弱電施工。弱電間應(yīng)有良好的通風(fēng)散熱措施和工作照明并配置充足的工作電源，最好使用專用回路或應(yīng)急供電回路。

2 數(shù)據(jù)中心綠色節(jié)能設(shè)計(jì)

隨著科技發(fā)展和信息化程度越來越高，醫(yī)院數(shù)據(jù)中心內(nèi)設(shè)備多、密度大且耗能高已成普遍問題，數(shù)據(jù)中心的費(fèi)用主要包含兩個(gè)部分，一部分為前期建設(shè)費(fèi)用，另一部分是后期運(yùn)維費(fèi)用，其中以后期運(yùn)維費(fèi)用占整個(gè)數(shù)據(jù)中心全生命周期總費(fèi)用的比重最大。數(shù)據(jù)中心里的硬件設(shè)備長期運(yùn)行需消耗大量電能，所以建設(shè)數(shù)據(jù)中心應(yīng)充分考慮節(jié)能設(shè)計(jì)，可以采取以下方法降低能耗:

2.1 下送上回、封閉冷通道 精密空調(diào)采用下送上回的氣流組織形式，在高架地板下布線時(shí)不得阻塞冷風(fēng)通道。機(jī)柜門使用網(wǎng)孔門，封閉機(jī)柜間的冷通道以聚集從防靜電地板下吹出的冷空氣，機(jī)柜內(nèi)設(shè)備的散熱風(fēng)扇從冷通道內(nèi)吸入冷氣，冷氣進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部吸熱后排入機(jī)柜后部的熱通道，熱空氣自然上升從熱通道上方回風(fēng)口返回到精密空調(diào)冷卻后再次進(jìn)入冷通道內(nèi)，封閉冷通道可防止其內(nèi)部的冷空氣與外部的熱空氣互相干擾從而提高能效。

2.2 高效節(jié)能EC 風(fēng)機(jī) EC 風(fēng)機(jī)就是采用了EC電機(jī)的離心風(fēng)機(jī)，精密空調(diào)機(jī)組可采用高效節(jié)能的EC 風(fēng)機(jī)，若采用下送上回的氣流組織形式，精密空調(diào)的EC 風(fēng)機(jī)還可以下沉到架空的防靜電地板下，這樣既可減少送風(fēng)余壓損失，又可增大精密空調(diào)換熱器面積高效制冷。

2.3 溫濕分離 有的精密空調(diào)使用電極加濕耗能高，長期使用加濕效率會(huì)降低或無法加濕，只能更換加濕罐且一般半年到1 年就需要更換加濕罐。溫濕分離使用濕膜加濕器加濕，降溫介質(zhì)使用自來水即可，循環(huán)水泵將水箱中的水輸送到加濕器頂部淋水器中，水沿濕膜材料向下滲漏，水分被濕膜材料吸收后形成均勻水膜。當(dāng)風(fēng)機(jī)吸入的干燥空氣通過濕膜材料時(shí)，水分充分吸收空氣中的熱量而氣化、蒸發(fā)，使空氣的濕度增加溫度降低，同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)中心內(nèi)空氣有過濾、洗滌作用且無過加濕現(xiàn)象，具有低噪聲、低能耗、耐腐蝕、壽命長等優(yōu)點(diǎn)。

2.4 選擇適合的精密空調(diào) 在選擇精密空調(diào)時(shí)可按照數(shù)據(jù)中心內(nèi)面積空間估算所需制冷量，對(duì)于小型數(shù)據(jù)中心，考慮到現(xiàn)在設(shè)備密度大熱量高的特點(diǎn)，我們一般可按照1 平方配500 瓦制冷量來估算數(shù)據(jù)中心內(nèi)的空調(diào)負(fù)荷，以40 平方的數(shù)據(jù)中心為例，所需制冷量為20 KW，那么選擇單臺(tái)25 KW 制冷量的空調(diào)就足夠了，過大就造成浪費(fèi)。當(dāng)然考慮到未來發(fā)展，數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)時(shí)可以預(yù)留另一臺(tái)精密空調(diào)的位置將來做雙機(jī)冗余。

2.5 虛擬化 虛擬化可以降低能耗更好地利用數(shù)據(jù)中心資產(chǎn)，通過整合和簡化高效使用資源。在1臺(tái)服務(wù)器上虛擬出多臺(tái)服務(wù)器，分別配置不同的應(yīng)用環(huán)境，把多臺(tái)服務(wù)器上的應(yīng)用整合到1 臺(tái)服務(wù)器上，虛擬服務(wù)器間通過虛擬網(wǎng)卡互聯(lián)、共享硬盤空間，減少對(duì)空間、冷卻和供電需求。為保護(hù)原有投資，可把舊設(shè)備上的應(yīng)用整合到新的高性能設(shè)備上，老舊IT 設(shè)備能耗要高于新設(shè)備，淘汰老舊設(shè)備可節(jié)能降耗。

傳統(tǒng)虛擬主機(jī)需要更復(fù)雜的局域網(wǎng)和存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)來支持額外的帶寬，部署時(shí)間長且管理復(fù)雜。實(shí)現(xiàn)虛擬化最好選用具有統(tǒng)一管理平臺(tái)可對(duì)網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)、服務(wù)器和虛擬化資源進(jìn)行統(tǒng)一管理的系統(tǒng)，系統(tǒng)具備成熟架構(gòu)可以滿足廣泛的應(yīng)用需求，具備可預(yù)見的架構(gòu)屬性如電力、制冷、布線、氣流、空間需求等，允許通過增加模塊，而不是改變整個(gè)架構(gòu)來按需快速拓展系統(tǒng)。

3 數(shù)據(jù)中心施工

3.1 施工前準(zhǔn)備 施工前醫(yī)院應(yīng)提供數(shù)據(jù)中心所在建筑物的全套施工圖紙、竣工驗(yàn)收?qǐng)?bào)告等配合數(shù)據(jù)中心工程承建方做好數(shù)據(jù)中心的施工方案、施工圖、施工進(jìn)度表、消防及防雷設(shè)計(jì)的報(bào)驗(yàn)工作。同時(shí)醫(yī)院要提前做好準(zhǔn)備工作，清空?qǐng)龅厍袛嘣兴?，提供場所存放材料或機(jī)器設(shè)備，設(shè)立建筑垃圾臨時(shí)堆放點(diǎn)，提供施工用水、電源等。

工程承建方需具備建設(shè)數(shù)據(jù)中心的資質(zhì)，項(xiàng)目經(jīng)理應(yīng)持有建造師和安全員證書，特殊工種如焊工、電工等應(yīng)具備相應(yīng)的專業(yè)證書。施工前施工單位需提交施工進(jìn)度表，施工圖，施工方案，施工人員名單，特殊工種證件等。

數(shù)據(jù)中心工程的技術(shù)要求高，施工專業(yè)性強(qiáng)，難度大，醫(yī)院最好請(qǐng)監(jiān)理在數(shù)據(jù)中心工程各階段對(duì)工程的質(zhì)量、成本、時(shí)間進(jìn)度進(jìn)行全面管控，確保數(shù)據(jù)中心達(dá)到相應(yīng)國家等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 工程施工階段 數(shù)據(jù)中心工程主要包含5 大部分:裝修工程、電氣工程、空調(diào)環(huán)境工程、弱電工程、消防工程等。承建方應(yīng)協(xié)調(diào)好各項(xiàng)工程的施工，嚴(yán)格按照施工圖、施工進(jìn)度表、材料清單中的約定，進(jìn)行材料的采購、到貨、驗(yàn)收、安裝。電線電纜、防火玻璃、防火門等需要提前訂貨的，承建方應(yīng)盡快將材料運(yùn)送至醫(yī)院以防止工期延誤，延誤工期應(yīng)有較為嚴(yán)厲的處罰措施。承建方因故需變更材料要提交材料變更申請(qǐng)表，經(jīng)建設(shè)方、監(jiān)理、承建方簽字認(rèn)可后方可變更。醫(yī)院、承建方、監(jiān)理應(yīng)各派專人負(fù)責(zé)溝通協(xié)調(diào)。布設(shè)室外光纖、電纜、獨(dú)立接地等，建設(shè)方需派遣有關(guān)負(fù)責(zé)人帶承建方勘察現(xiàn)場。

4 設(shè)備部署

建設(shè)方希望易于獲得、易于安裝、易于部署、易于擴(kuò)展的解決方案，希望能夠得到可直接應(yīng)用于生產(chǎn)環(huán)境預(yù)先配置并經(jīng)過實(shí)際部署的系統(tǒng)。該系統(tǒng)架構(gòu)需要容易部署，并且可靠、可重用，還可按需擴(kuò)展?jié)M足新需求，以降低成本并減少時(shí)間延誤。現(xiàn)在普遍使用的數(shù)據(jù)中心建設(shè)流程:(1)收集詳細(xì)需求;(2)設(shè)計(jì):和相關(guān)廠商一起構(gòu)想整個(gè)系統(tǒng)。根據(jù)涉及到的應(yīng)用和廠商的數(shù)量，這個(gè)階段可能要幾個(gè)星期甚至幾個(gè)月;(3)數(shù)據(jù)中心規(guī)劃:數(shù)據(jù)中心團(tuán)隊(duì)評(píng)估新系統(tǒng)的能耗、占地面積、冷卻系統(tǒng);(4)獲得設(shè)備:需要幾個(gè)星期進(jìn)行設(shè)備詢價(jià)、訂購、收貨;(5)詳細(xì)設(shè)計(jì):這個(gè)階段包括精確的計(jì)算機(jī)配置、網(wǎng)絡(luò)連接、存儲(chǔ)規(guī)劃、安全策略及隔離;(6)部署:對(duì)設(shè)備進(jìn)行配置安裝;(7)測試:創(chuàng)建并實(shí)施一個(gè)測試流程來確認(rèn)所有設(shè)備已正確安裝并滿足需求。

采用云計(jì)算時(shí)代標(biāo)準(zhǔn)化的部署方案，可以大幅加快設(shè)備部署速度，可壓縮甚至完全跳過上述某些步驟，例如由Cisco、Netapp、Vmware 聯(lián)合為所有顧客提供標(biāo)準(zhǔn)化的部署方案經(jīng)多次驗(yàn)證可節(jié)約50%的部署時(shí)間，所用設(shè)備已經(jīng)過預(yù)先集成，客戶使用時(shí)，就像使用鑰匙一樣方便。

5 節(jié)能評(píng)價(jià)指標(biāo)

PUE(Power Usage Effectiveness)是國際上比較通行的數(shù)據(jù)中心電力使用效率的衡量指標(biāo)。PUE=數(shù)據(jù)中心總設(shè)備能耗/IT 設(shè)備能耗，PUE 是一個(gè)比值，基準(zhǔn)是2，越接近1 表明能效水平越好。要提高能效做到最佳節(jié)能，最有效的方法是降低服務(wù)器等IT 設(shè)備的功耗。假如1 KW 的IT 設(shè)備需要的總設(shè)備能耗為2 KW。當(dāng)降低IT 設(shè)備功耗到0.8 KW，總設(shè)備能耗就降到1.6 KW，IT 設(shè)備功耗降低到0.2 KW，總設(shè)備功耗就可降低至0.4 KW，因?yàn)镮T 設(shè)備是數(shù)據(jù)中心里主要的耗電設(shè)備及熱負(fù)荷來源，IT 設(shè)備的能耗降低了，所產(chǎn)生的熱量減少，對(duì)電力和冷卻的需求降低，總設(shè)備功耗降低。

6 結(jié)語

建設(shè)綠色節(jié)能數(shù)據(jù)中心不是一勞永逸的，不僅在前期數(shù)據(jù)中心建設(shè)的選址、設(shè)計(jì)、施工中需采用綠色節(jié)能方案，在后期運(yùn)維中還需要經(jīng)常清理不用的應(yīng)用，降低設(shè)備負(fù)載。將不同設(shè)備的應(yīng)用程序合并到一個(gè)更高效的設(shè)備上，提高設(shè)備的利用率，隨著設(shè)備用電量下降，熱負(fù)荷及其他輔助設(shè)備的功耗也會(huì)同步下降。使用虛擬化技術(shù)提升數(shù)據(jù)中心資源利用率，顯著減少數(shù)據(jù)中心所需IT 設(shè)備。此外虛擬化系統(tǒng)支持網(wǎng)絡(luò)虛擬化，在通訊時(shí)不需要網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施:網(wǎng)卡、線纜、交換機(jī)等，虛擬系統(tǒng)可以利用虛擬化網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通訊，這樣往往能以極快的速度傳送數(shù)據(jù)。同時(shí)，減少了對(duì)環(huán)境和設(shè)備資源的需求，提高了系統(tǒng)性能和能效。此外，虛擬系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)磁盤共享，還可提高存儲(chǔ)空間利用效率。通過在生產(chǎn)環(huán)境中進(jìn)一步實(shí)施管理策略，如按數(shù)據(jù)中心外部天氣狀況調(diào)整精密空調(diào)溫濕度的設(shè)置，使得數(shù)據(jù)中心變得更加綠色節(jié)能。

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2 柳盡染，石峰，陳文，等.智慧數(shù)據(jù)中心［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2011，99-130.

3 Alger，D.思科綠色數(shù)據(jù)中心建設(shè)與管理［M］.北京:人民郵電出版社，2011，69-82.