浅谈医院小型节能数据中心建设

李 砚

随着医院信息化程度日趋提高，各种软件系统如HIS、LIS、EMR、PACS 等在医院里广泛应用，为医院的医疗、教学和科研提供服务，对医院正常运营起重大作用。而支持软件系统稳定运行的硬件设备需要良好的运行环境，因此医院作为建设方需要依据国家及国际相关标准进行数据中心建设。下面就结合国内外相关标准与实际工作经验浅谈安全可靠、绿色节能的小型数据中心建设。

1 数据中心场地选择

一般小型数据中心选择在现有建筑里改建，数据中心为保障安全、稳定运行对电力供给、空气洁净度、温度、湿度等都有较为严格的要求，所以数据中心场地选择主要考虑以下几个方面:周边环境;所在建筑的状况;在建筑内所处位置。

1.1 数据中心周边环境 数据中心要求电力供给稳定可靠，需要两路取自不同变电所的独立供电线路，在数据中心内做双路电源切换。交流配电系统安全地、设备工作地等接地电阻应不大于1 Ω，若建筑物自身接地电阻不能满足，则在数据中心附近合适场地制作独立接地。数据中心四周应以绿地代替硬质铺地表面，以降低室外地表温度，减少室内外温差，从而降低冷负荷。数据中心周边自然环境应清洁，远离产生粉尘、油烟、有害气体以及生产或贮存具有腐蚀性、易燃、易爆物品的场所。应远离水灾和火灾隐患区域，远离强振源、噪声源、电磁场干扰源。

1.2 数据中心所在建筑物的状况 数据中心最好选在一楼建设若选址位于2 楼或以上，则首要考虑建筑的承重能力。一般民用建筑的楼板承重只有300 KG/M2左右，而数据中心内的设备多、密度大，且需要长期稳定的电力供给，尤其医院数据中心更是需要较长的UPS 后备时间，例如1 台40 KVA UPS，若依靠12 V 100Ah 电池供电1 小时需要电池30 节，每节电池重约30 KG 总重就是900KG，若后备时间2 小时就需要60 节近2 000 KG 重的电池，再加上UPS 主机和精密空调的重量，一般民用建筑不能满足承重要求，需要采用安装散力架等手段加以解决。新建建筑考虑在其内部建数据中心，其所在区域的楼板承重能力最好在1 000 KG/M2，梁下层高最好大于等于3.7 M。数据中心所在建筑内的通道宽度及门的尺寸应便于材料和设备运输，一楼入口至数据中心的通道净宽不应小于1.5 M。

1.3 数据中心在建筑物内所处位置 数据中心应位于建筑物的北侧，这样可以有效阻挡日射，降低夏季室内的温度;应远离建筑物避雷针的引下线，建筑物的变形缝、伸缩缝、防震缝等不应穿过数据中心所在区域的围护结构;应与垃圾房、厨房、餐厅保持相当距离以防止鼠害;数据中心上方和周边应无厕所、喷淋立管或排水主管道等用水设施;最好不要建在顶层房间内，防止屋顶发生漏水事故。数据中心的消防和空调系统需单独建设不应和所在建筑共用。数据中心所处位置要便于精密空调内外机的安装及连接，应有与建筑内强、弱电间的线路通道，方便进行强电及弱电施工。弱电间应有良好的通风散热措施和工作照明并配置充足的工作电源，最好使用专用回路或应急供电回路。

2 数据中心绿色节能设计

随着科技发展和信息化程度越来越高，医院数据中心内设备多、密度大且耗能高已成普遍问题，数据中心的费用主要包含两个部分，一部分为前期建设费用，另一部分是后期运维费用，其中以后期运维费用占整个数据中心全生命周期总费用的比重最大。数据中心里的硬件设备长期运行需消耗大量电能，所以建设数据中心应充分考虑节能设计，可以采取以下方法降低能耗:

2.1 下送上回、封闭冷通道 精密空调采用下送上回的气流组织形式，在高架地板下布线时不得阻塞冷风通道。机柜门使用网孔门，封闭机柜间的冷通道以聚集从防静电地板下吹出的冷空气，机柜内设备的散热风扇从冷通道内吸入冷气，冷气进入设备内部吸热后排入机柜后部的热通道，热空气自然上升从热通道上方回风口返回到精密空调冷却后再次进入冷通道内，封闭冷通道可防止其内部的冷空气与外部的热空气互相干扰从而提高能效。

2.2 高效节能EC 风机 EC 风机就是采用了EC电机的离心风机，精密空调机组可采用高效节能的EC 风机，若采用下送上回的气流组织形式，精密空调的EC 风机还可以下沉到架空的防静电地板下，这样既可减少送风余压损失，又可增大精密空调换热器面积高效制冷。

2.3 温湿分离 有的精密空调使用电极加湿耗能高，长期使用加湿效率会降低或无法加湿，只能更换加湿罐且一般半年到1 年就需要更换加湿罐。温湿分离使用湿膜加湿器加湿，降温介质使用自来水即可，循环水泵将水箱中的水输送到加湿器顶部淋水器中，水沿湿膜材料向下渗漏，水分被湿膜材料吸收后形成均匀水膜。当风机吸入的干燥空气通过湿膜材料时，水分充分吸收空气中的热量而气化、蒸发，使空气的湿度增加温度降低，同时对数据中心内空气有过滤、洗涤作用且无过加湿现象，具有低噪声、低能耗、耐腐蚀、寿命长等优点。

2.4 选择适合的精密空调 在选择精密空调时可按照数据中心内面积空间估算所需制冷量，对于小型数据中心，考虑到现在设备密度大热量高的特点，我们一般可按照1 平方配500 瓦制冷量来估算数据中心内的空调负荷，以40 平方的数据中心为例，所需制冷量为20 KW，那么选择单台25 KW 制冷量的空调就足够了，过大就造成浪费。当然考虑到未来发展，数据中心设计时可以预留另一台精密空调的位置将来做双机冗余。

2.5 虚拟化 虚拟化可以降低能耗更好地利用数据中心资产，通过整合和简化高效使用资源。在1台服务器上虚拟出多台服务器，分别配置不同的应用环境，把多台服务器上的应用整合到1 台服务器上，虚拟服务器间通过虚拟网卡互联、共享硬盘空间，减少对空间、冷却和供电需求。为保护原有投资，可把旧设备上的应用整合到新的高性能设备上，老旧IT 设备能耗要高于新设备，淘汰老旧设备可节能降耗。

传统虚拟主机需要更复杂的局域网和存储网络架构来支持额外的带宽，部署时间长且管理复杂。实现虚拟化最好选用具有统一管理平台可对网络、存储、服务器和虚拟化资源进行统一管理的系统，系统具备成熟架构可以满足广泛的应用需求，具备可预见的架构属性如电力、制冷、布线、气流、空间需求等，允许通过增加模块，而不是改变整个架构来按需快速拓展系统。

3 数据中心施工

3.1 施工前准备 施工前医院应提供数据中心所在建筑物的全套施工图纸、竣工验收报告等配合数据中心工程承建方做好数据中心的施工方案、施工图、施工进度表、消防及防雷设计的报验工作。同时医院要提前做好准备工作，清空场地切断原有水电，提供场所存放材料或机器设备，设立建筑垃圾临时堆放点，提供施工用水、电源等。

工程承建方需具备建设数据中心的资质，项目经理应持有建造师和安全员证书，特殊工种如焊工、电工等应具备相应的专业证书。施工前施工单位需提交施工进度表，施工图，施工方案，施工人员名单，特殊工种证件等。

数据中心工程的技术要求高，施工专业性强，难度大，医院最好请监理在数据中心工程各阶段对工程的质量、成本、时间进度进行全面管控，确保数据中心达到相应国家等级标准。

3.2 工程施工阶段 数据中心工程主要包含5 大部分:装修工程、电气工程、空调环境工程、弱电工程、消防工程等。承建方应协调好各项工程的施工，严格按照施工图、施工进度表、材料清单中的约定，进行材料的采购、到货、验收、安装。电线电缆、防火玻璃、防火门等需要提前订货的，承建方应尽快将材料运送至医院以防止工期延误，延误工期应有较为严厉的处罚措施。承建方因故需变更材料要提交材料变更申请表，经建设方、监理、承建方签字认可后方可变更。医院、承建方、监理应各派专人负责沟通协调。布设室外光纤、电缆、独立接地等，建设方需派遣有关负责人带承建方勘察现场。

4 设备部署

建设方希望易于获得、易于安装、易于部署、易于扩展的解决方案，希望能够得到可直接应用于生产环境预先配置并经过实际部署的系统。该系统架构需要容易部署，并且可靠、可重用，还可按需扩展满足新需求，以降低成本并减少时间延误。现在普遍使用的数据中心建设流程:(1)收集详细需求;(2)设计:和相关厂商一起构想整个系统。根据涉及到的应用和厂商的数量，这个阶段可能要几个星期甚至几个月;(3)数据中心规划:数据中心团队评估新系统的能耗、占地面积、冷却系统;(4)获得设备:需要几个星期进行设备询价、订购、收货;(5)详细设计:这个阶段包括精确的计算机配置、网络连接、存储规划、安全策略及隔离;(6)部署:对设备进行配置安装;(7)测试:创建并实施一个测试流程来确认所有设备已正确安装并满足需求。

采用云计算时代标准化的部署方案，可以大幅加快设备部署速度，可压缩甚至完全跳过上述某些步骤，例如由Cisco、Netapp、Vmware 联合为所有顾客提供标准化的部署方案经多次验证可节约50%的部署时间，所用设备已经过预先集成，客户使用时，就像使用钥匙一样方便。

5 节能评价指标

PUE(Power Usage Effectiveness)是国际上比较通行的数据中心电力使用效率的衡量指标。PUE=数据中心总设备能耗/IT 设备能耗，PUE 是一个比值，基准是2，越接近1 表明能效水平越好。要提高能效做到最佳节能，最有效的方法是降低服务器等IT 设备的功耗。假如1 KW 的IT 设备需要的总设备能耗为2 KW。当降低IT 设备功耗到0.8 KW，总设备能耗就降到1.6 KW，IT 设备功耗降低到0.2 KW，总设备功耗就可降低至0.4 KW，因为IT 设备是数据中心里主要的耗电设备及热负荷来源，IT 设备的能耗降低了，所产生的热量减少，对电力和冷却的需求降低，总设备功耗降低。

6 结语

建设绿色节能数据中心不是一劳永逸的，不仅在前期数据中心建设的选址、设计、施工中需采用绿色节能方案，在后期运维中还需要经常清理不用的应用，降低设备负载。将不同设备的应用程序合并到一个更高效的设备上，提高设备的利用率，随着设备用电量下降，热负荷及其他辅助设备的功耗也会同步下降。使用虚拟化技术提升数据中心资源利用率，显著减少数据中心所需IT 设备。此外虚拟化系统支持网络虚拟化，在通讯时不需要网络基础设施:网卡、线缆、交换机等，虚拟系统可以利用虚拟化网络进行通讯，这样往往能以极快的速度传送数据。同时，减少了对环境和设备资源的需求，提高了系统性能和能效。此外，虚拟系统实现磁盘共享，还可提高存储空间利用效率。通过在生产环境中进一步实施管理策略，如按数据中心外部天气状况调整精密空调温湿度的设置，使得数据中心变得更加绿色节能。

1 高磊.云时代的高校数据中心建设［M］.北京:国防工业出版社，2013，33-59.

2 柳尽染，石峰，陈文，等.智慧数据中心［M］.北京:电子工业出版社，2011，99-130.

3 Alger，D.思科绿色数据中心建设与管理［M］.北京:人民邮电出版社，2011，69-82.