现代化绿色计算机房建设技术分析

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摘要：设计并实现了现代化绿色计算机房建设技术方案，该技术方案主要包括四大块功能：1.开发了低成本安防监控系统，实现了机房的智能化实时监控与状态感知，极大提高机房管理能力，保障机房安全可靠运行。2.实行空调室内机优化改造工程，通过优化设备位置、增加静压箱及镂空地板等技术手段，增强送风量及送风距离，大幅提升空调制冷效率。3.自主优化更新机房加湿运维模式，采用定制水槽、定时加湿的方法，利用空调送风风力加速水表面积蒸发过程实现自然加湿，大幅提升了加湿效果。4.实行上走线工程标准化实施与目视化管理相结合的模式，进一步提高机房的规范化管理。

关键词：监控；机房；空调；加湿；规范化

一、前言

在现代信息技术快速发展的背景下，石油企业现代化计算机房的安全管理受到广泛关注，这主要是因为其运行环境较为复杂，一旦出现问题不仅会影响到整个系统的正常运行，也容易造成各种各样的安全事故，进而带来更大的损失。随着油田信息化建设的高速发展，信息设备的大量投入，使得传统机房管理模式以及运维技术已经不能适应现代化信息安全的管理需要[1]。目前，研究院计算中心机房保障着全油田A1、A2系统、油田勘探开发数据库、地震资料处理集群、公共服务器、集群存储、核心网络等众多的油田及院内重点设备，由于机房场地设施陈旧、监控设备缺失、运维人员短缺等原因，存在着一定安全风险和管理隐患。随着油田信息化建设的高速发展，信息设备的大量投入，使得传统机房管理模式以及运维技术已经不能适应现代化信息安全的管理需要。为保证计算机房的安全高效运行，需要严格做好运维与安全监控管理工作，探索新的管理模式与管理实践，采取有效、高效的措施进行管理优化，建设具有现代化优势的绿色计算机房，从而提高其运行的安全性、可靠性和稳定性[2]。

二、功能模块

（一）低成本安防监控系统

当前，数据中心、云计算中心已经成为支撑现代化企业正常运营的中心，机房区域的精细化管理举足轻重，任何一个由于环境因素或人为失误而造成的意外系统中断或设备损坏都可能会带来巨大的损失，而为了减少这种损失，需要先进、可靠的机房监控预警系统来实时采集和感知系统和设备的运行状态[3]。监控预警系统必须能够随时随地观察和监控到机房的情况，并能及时地发出预防性报警，通知有关人员采取措施，防止事故发生。完善的机房监控系统应该具备三大特点：a.能够实现从设备运行情况到机柜微环境再到机房整体环境多层次的监控；b.有丰富的阈值设置以监测出危机的存在，并能有丰富的预警方式和预警流程，保证相关人员能够收到警讯，达到预警的目的；c.网络化、智能化，能够随时随地通过网络查看机房内的情况。本系统总体上分为硬件部分和软件部分。硬件部分包括服务器、存储、交换机、传感器等部署在机房内部。软件部分分为两类：一类是通过对硬件智能出口的数据采集部：仅采集原始数据（如温度、气体、湿度、浓度等），并以UDP协议上传到服务器；另一类则是与图像监控相关：从摄像头读取监控数据，利用FPU运行机器学习的预训练模型推理，分析出摄像头捕捉到的图像中的物体名称、位置、大小等属性参数，再将参数包以UDP协议上传到云台上。如图1。利用智能摄像头、水侵、温度传感器等低成本商用安防设备，自建“无线+有线”的物联网模式。同时，利用智能摄像头、水侵、温度传感器等安防设备，自建“无线+有线”的物联网络模式。自动报警信息服务是本系统的核心功能之一，对机房自动监控平台的自动化效率产生直接影响。自动报警信息服务使用了一套算法来自动监控是否监控数据出现异常。如果出现异常，根据管理员的设置异常信息反馈机制，通过自动报警方式及时发现问题，并在第一时间进行解决。利用以上主要功能来监控计算机房的环境数据，通过数据阈值设定和对比自动判断数据异常，对监控数据进行处理，提供时间区间监控数据展示，方便监控平台管理员回溯监控数据。系统大屏幕可24小时实时监控机房区域运行情况，相关人员可通过手机实时获取监控视频、温湿度、漏水等异常机房状态。本系统的设计与开发，确保在最短部署时间内恢复对计算机房的监控和安全管理，有效解决了特殊情况发生期间人员无法到现场、无法实时巡检的问题，保障了机房环境的安全[4]。

（二）空调优化改造

计算机房空调制冷系统送风气流走向的科学规划是解决机房环境温度问题的必要条件，也是实现节能增效的有效途径。目前机房专用空调上送风方式主要采用风帽直接吹送和风管送风两种常见方式，但在空调实际安装过程中，容易受到空间的限制，导致气流短路循环，冷凝器的热量无法及时散出，导致系统高压偏高，高压跳机，影响设备运行。另外，数据中心机房普遍存在的问题是冷凝器大规模集中布置，容易出现严重的散热集中问题。对于室外机散热不良的问题，常规解决方法是对空调外机移位，加强通风，或者增设水喷淋冷雾系统等方法。这些方法比较简单，在空旷的场合下可以起到一定的效果。但在室外空间有限的情况下，倘若将空调外机移位，放大空调外机散热量，会造成气流短路，使风冷型冷凝器的热量无法散出，导致系统高压偏高，甚至高压跳机影响空调正常运行，进而影响机房环境和设备安全。此外，两种送风方式由于造成机房内空调送风断面过大，且系统调节性能较差，易造成局部发热源部分送风量不足，热量不能及时散发而造成局部过热现象[5]。且上送风方式由于在整个机房空间内冷、热气流混合交叉现象严重，制冷效率偏低。因此，如何解决机房空调的散热问题，对数据中心机房场地建设和维护来说都是一个必须解决的事情。为解决目前机房内存在的局部过热问题并使机房内气流组织的合理高效从而实现较好的节能效果，制定并实施集送风、加湿、更换大孔径镂空地板一体化的综合方案，空调采用下送风口连接新型消音静压箱（竖向分配气流）方式，并在送风路径上均匀布置加湿水槽，在机柜之间配置大孔径镂空地板，这样在下送风过程中，风会加速水槽水蒸发，从大孔径镂空地板中吹出，循环往复，最终充满整个机房，大幅提升空调风冷循环效果和制冷效率，节约能耗，同时使机房整体湿度达到标准。静压箱作用：使送风系统减少动压损失、增加静压、稳定气流、减少振动、降低噪音、增加送风距离、提高通风系统的综合性能。实现原理：机房空调风管为低压型，定制大边长为1.5m的静压箱，不锈钢板材厚度为1.2mm（长期风蚀下保持密闭，达到集风降噪效果）。另外箱体内部与空调出风口连接断面设有缓冲槽和吸声导流片，可有效稳定气流，减少噪音。机房在层高满足的条件下优先采用“下送风+静压箱”模式。此模式送风方案在工程应用中，要达到理想的效果，应注意以下环节：a.地板下只准通风，严禁布放线缆（消防用线缆除外）；b.架空层下有效净空高度一般应控制在350~500mm范围内；c.送风距离易小于15m。若送风距离超过15m,可以考虑两侧安装空调送风或地板下安装风管进行远距离输送；d.地板架空层下的水泥楼面应铺设不燃烧材料制造的隔热保温层和保护层，防止楼层水泥面或下层天花板结露。通过此模式的设计和准备，采取国际标准安装施工，按照机房30次/小时的循环风量标准及满足649.6KW设备制冷要求，调整空调设备为南北横向放置，增加静压箱及更新大孔距镂空地板，增强送风量及送风距离，降温效果明显，大幅提升制冷效率。如图2。

（三）优化自主加湿模式

计算机房的整体运行环境尤其是温湿度等参数，对硬件设备的安全性和稳定性起着至关重要的作用。机房原始采用定期更换加湿罐的方式进行加湿，这不仅大大提高了运维成本，加湿罐搬运的安全性问题也日益凸显。由此可见，机房管理的重点是合理优化场地环境布局，提高场地设备效率，并淘汰高能耗、低性能的老旧空调设备。为此，我们结合原有机房场地设备运行实际情况开展分析调研，对机房场地设备和环境设施进行优化改造，提高了设备利用率和冷热交换效率，并实现了减少场地设备投资，有效降低运营投资成本的目标，提出了三类解决方案：a.解决机房机房制冷能力不足问题。依据现代化机房设计理念，制定优化方案，将原来的20台效率低的老旧空调，整合为11台，减少了工作设备数量，提升了单台空调制冷性能，保障了机房所需制冷量。b.解决机房制冷量利用率低的问题。依据机房场地环境，将计算中心主机房七台空调位置进行优化调整，采取国际标准安装施工，新增了静压箱架，使冷风更集中，传送距离更远，大幅提升空调制冷利用率，节能降耗效果明显。c. 提高空调室外机散热效率。一是利用二楼机房室外平台空间大的特点，将三楼机房室外小平台上的空调室外机迁移到二楼大平台上，解决了室外机西晒和空气流通不畅等问题。调整后，空调高压故障率明显减少，提高了夏季抗高温能力。二是调整原室外机摆放不合理的方式和布局，改卧式为立式，增大了设备通风接触面，使气流更流畅，也使得设备便于维护，降低了设备故障率。根据以上解决方案，机房采用优化自主加湿模式，参考B类机房温度18~28℃、湿度30%~70%的运行标准，利用水分子物理蒸发原理，采用定制水槽定时加湿方法，利用空调送风风力加速水表面积蒸发过程实现自然加湿，加湿及降温效果明显，大幅度节省加湿罐费用。如图3。

（四）上走线+目视化结合模式

计算机房原有线路为地板下走线方式，各类线缆占据地板下空间，严重影响机房空调送风效果，且换线、清理、线路检查等情况发生时也存在一定安全隐患。因此，本文参考机房国标施工标准，设计并实现了机房上走线改造工程，完成了计算机房上走线桥架安装与电缆敷设，新增网线和电缆等已全部按类别分类上架；相比之前，除线缆铺设规整、美观外，还极大地减少了各种线缆对空调送风的阻挡，便于线路检查，可及时发现线缆过热、起火、老鼠啃咬等风险隐患，有效防止水侵危害，减少数据通信线缆本身的信号传输串扰等问题，大大降低维修成本，提升运维效率。按照QHSE管理规范与相关安全标准，充分利用标识牌，定置划线让物在其位，安全标识让机房场地内相关人员警惕危险，随时了解机房管理规程、操作流程、安全事项、环保要求，清楚相关设备负责人及运行状态，自主提醒与警示异常现象，提高维护效率和服务质量。如图4。

（五）应用效果及效益

1.实施机房空调设备“下通风”+“强散热”+“降能耗”方案，优化机房空调设备管理模式，解决了机房环境高温问题、高耗能问题，提高了机房专用空调室外机散热效率。解决了空调送风受阻，线缆过热、水侵危害、信号传输串扰等问题，大幅提升空调风冷循环效果和制冷效率，总体节约大量资金，使机房整体湿度达到标准。2.搭建并完善“软硬件一体”“无线+有线”的物联网+安防管理平台，主要实现了数据自动采集、异常数据识别与反馈、自动报警、高效响应等功能，实现了机房全面监控管理。契合绿色发展理念，有利于推进绿色建筑高质量发展，为员工营造良好的办公运维环境，提高运维效率和服务质量，最终使机房评价达到绿色一星级标准。3.优化机房线路布局改造方案，设计并实施机房“上走线工程”，减少了由于虫鼠啃咬等带来的安全隐患和信号传输串扰，大大降低维修成本，提升运维效率。实现了计算机房基础设施目视化管理和规范化运维，大幅提升机房整体质量环境和综合管理能力，使空调设备风冷循环效果和制冷利用率得到提升，在温湿度达标的同时最大限度节约能源和费用，提高了运维效率和服务质量，适合在油田计算机房推广使用。4.通过对空调风向和风道的调整改进、对机房线缆上走线实施改造、低成本安防系统建设以及机房规范化管理，实现了机房场地环境设施和管理模式的优化升级，提高了空调设备利用率和冷热交换效率，从而减少场地设备投资规模340余万元，改造后设备年节约电费41.29万元，有效降低了投资和运营成本，机房管理能力得到大幅提升。

三、结语

本文主动探索现代化绿色计算机房建设方案，结合机房现代化管理标准规范，设计并实现了提高机房运行环境和运行效率新办法、新途径。从设备位置优化调整与技术改进、上走线方案实施、自主优化加湿、低成本安防系统建设、目视化规范管理等方面，对机房场地环境设施进行了优化改造，利用科学管理与智能化技术，全面提高了机房运维管理能力，不仅节省高额的投资、运维成本，还提高了管理效率，最大程度地保障机房平稳运行，机房环境安全可靠性得到大幅提高。从整体的角度来看，计算机房的现代化建设和管理包括很多方面，伴随着互联网技术的发展，有越来越多的新技术能够应用到机房的建设当中，计算机机房的现代化建设是必不可少的，更应该紧随时代的脚步大力发展。随着 5G 及智能化新技术的来临，相信计算机房管理还会更加多元化发展。随着 5G 及智能化新技术的来临，相信计算中心机房管理还会更加多元化发展。通过制度完善、平台搭建、管理提升等措施，计算机网络研究室以技防代替人防，结合设备设施基础现状，利用科学管理与智能化技术，全面提高了机房运维管理能力，不仅节省高额的投资、运维成本，还提高了管理效率，最大程度地保障机房平稳运行，机房环境安全可靠性得到大幅提高。

参考文献

[1]王斌,凌德昌.深圳有线电视机房监控系统[J].广播与电视技术,2003,30(7):78-80.

[2]肖宏飞.物联网技术在网络机房管理中的应用研究[J].巢湖学院学报,2016,18(3):31-34.

[3]曾松鸣.计算机机房布线的两个问题[J].智能建筑与城市信息,2007(2):58-60.

[4]张峰.浅谈计算机机房的建设与日常管理维护[J].中国科技博览,2011(30):19-19.

[5]霍涛涛,杨玲,周涛,等.高校数据中心机房基础工程建设与实践研究[J].中国电子商务,2012(4):44-46.

作者：冯保民 闫冲 丛峰 修伟