机柜式机房在中小学校机房应用的可行性研究

方案。

【关键词】机柜式机房;防尘;节能

一、引言

随着教育信息化在未来教育改革和发展中具有战略性地位，未来十年教育部推进教育信息化的初步方案中包括建设教育信息基础设施体系，实现网络全覆盖、校园全接入，缩小数字鸿沟，保证教育公平。作为教育信息化载体的各中心机房及相关IT设备在信息化建设的过程中承担着数据的存储、传输、交换等极其重要的作用。然而，即使在发达地区，其县区以下学校的中心机房仍处90年代末的水平，远不能满足新形势对教育信息化建设的要求。而建立专业化的机房面临造价高、空调能耗高、专业人才储备不足等一系列问题。

二、什么是机柜式机房

机柜式机房，顾名思义，即机柜本身具有专业机房同样的密闭防尘特性，又具有普通机架式机柜承载安放标准机架式IT设备的内涵。

三、机柜式机房的优点

机柜式机房集防尘除尘系统、供配电系统、制冷系统、防火防雷系统、动环检测系统、智能语音交互平台等于一体，具有防尘、节能、降噪、防辐射、省空间、人工智能等优点。从诞生之日起，即备受关注。以接近简易机房的造价达到小型专业机房效果，应用前景十分广阔。

1.防尘。网络设备由于长时间不间断运行，空气中的尘埃聚积是其最主要的危害源，90%的设备故障与灰尘有关。而目前中小学校绝大部分的机房都是没有防尘能力的简易机房，机房空调也没有智能调节功能，缺乏最基本的智能、防尘与安全等功能。机柜式机房密闭防尘这一优点不仅提高了网络设备的稳定性和可靠性，并且使网络设备故障率平均下降约50%～60%，寿命延长1～2倍，大大增强了教学系统的安全性，减少了网络设备的维修费用及设备更新费用等。

2.人工智能。机柜式机房能够实现365天7×24小时连续不间断地远程监控及智能人性化管理，不必人工值守，减少人力资源成本，提高了机房环境安全系数。

3.无工程化。无工程化是机柜式机房又一个突出的优点。由于机柜式机房包含传统机房内的所有元素。用户只需提出需求，系统集成商或设备提供方按照用户的需求配备好所有的设备，现场安装调试时只需连接弱电线缆和电源线即可实现即时运行，方便快捷，真正实现机房建设无工程化。

四、机柜式机房在教育系统的应用——以南京市北京东路小学中心机房改造为例

1. 中心机房改造背景

南京市北京东路小学的网络机房建于2004年，后经不同时期的建设，形成现有的网络系统，由于当时条件的限制及缺少统一的规划，原有系统在使用过程中出现的不足也渐渐显现出来，主要体现在信息点预留点位不足、各网络设备间规划充计不合理不完善、设备参差不齐，多为一些老旧的设备。根据学校三年规划要求，按照由中心向四周不断改善的方式逐步改造，本项目中，以网络中心机房改造和设备更新为主要对象。机房的改造要考虑先进性，又要兼顾节能要求。按照目前机房发展趋势，机柜式机房在中小型机房应用中的节能优势明显，而华设科技的专利产品——微型智能机房能提供柜机防尘解决方案。

2. 机柜式机房解决方案可行性分析

北京东路小学网络机房服务器、交换机等设备如表1所示。

表1 北京东路小学数据中心机房设备功率

由表1可得，除UPS外，其他所有设备预估的电源总功率为3500W。柜内总负荷（理论极大值所需制冷量，单位为KW）：

Q= Qi+QR+QU

——Q：制冷量，单位kw;

——Qi：柜内元器件所产生的总热负荷;

——QR：柜体外传导至柜体内的热负荷;

——QU：UPS工作是所产生的热负荷;

根据经验公式Qi = W（r）*0.8*（0.7～0.95）

——W（r）：设备功耗，单位KW;

——0.8：功率因素;

——0.7～0.95为发热系数，本次工程取0.7;

QR = 5.5×A×△T/1000

——A：柜体表面积（m2），本次工程采用3柜并联，柜体表面积约为15m2（采用标准服务器机柜）;

——△T：柜外周围环境最高温度与加装空调后柜内所要求温度之温差（℃），从节能角度考虑机房微环境温度为27℃，本次项目所在地在南京，按照南京9月份室内温度最高32℃计算（考虑到学校每年7月、8月放暑假，学校机房停止工作），机柜内外温差为5℃;

QU = W（u）*5%;

——W（u）：UPS工作功率，发热系数为5%。

因此，柜内总负荷为：

Q=3.85 * 0.8 * 0.7 + 5.5 * 13 * 5 / 1000 + 6000*0.05/1000=2.813 KW。

根据计算结果，本次工程设备功耗极大值不超过2.183KW。以华设科技的KT30机架式精密空调为例，KT30的最大制冷量为3000W，故选用1台KT30空调。

由于本次工程的服务器仅配置1颗Intel Xeon E5-2430CPU（最高可配置6颗CPU），1条8GB内存（最高可配置12条内存），3块2TB3.5寸的SATA硬盘（最高可配置12个硬盘），每台服务器的实际工作发热量低于250W，故本次工程所有设备的实际发热量仅有1400W。选用3000W制冷量的精密空调为后续扩容预留约50%可扩容空间。

另外，机柜式机房一般都自带智能控制系统，智能控制系统内置动环检测系统、网络监控系统和交互式语音告警平台，完全可以满足实际应用的需求，不必要再另外配置监控报警系统。

1.经济效益分析

机柜式机房整体建设相比于传统专业机房建设费用大大降低。

抛开机房装修工程除外，本次工程如果采用普通3P大金牌立式空调、标准服务器机柜、机房动环检测系统的费用要超过采用机柜式机房的费用。如果从节能角度分析：

普通3P定频空调压缩机按照70%（定频压缩机工作负荷高，不符合节能要求）的负荷计算月耗电量：

2.25KW*24h*30day*0.7=1134KWH

KT30精密空调是变频制式，加之华设微型智能机房控制主机实时控制，实行按需供冷，本次工程中空调的负载水平约为满负荷的45%（由于柜体有热传导功能，夏天压缩机工作负载在50%，冬天压缩机工作负载在40%，平均工作负载在45%），因此月耗电量为：

1.3KW*24h*30day*0.45= 421.2 KWH

——KT30的功率为1.3KW，制冷量达到3KW。

如果考虑学校每年2月、7月、8月放假，空调暂停使用，根据上述计算，本工程采用华设KT30精密空调和采用3P立式空调的年耗电量如表2所示：

表2  空调节能方案对比

综上所述，本工程采用华设微型智能机房解决方案比采用传统3P立式空调的节能方案节省至少60%的能耗。

2.社会效益分析

随着机柜式机房的解决方案正在更多的场合被用来替代小型专业机房，方案也越来越趋于完善，市场的接受度越来越高。

采用机柜式机房的解决方案来替代传统的机房解决方案在很大程度上节约了时间成本，毕竟机柜式机房安装和实施非常方便，即插即用。机柜式机房自带一整套的监控系统和传感器，从真正意义上实现了对机柜微环境监控，给管理人员带来极大的方便，节约了管理成本。机柜式机房是完全封闭的环境，对噪音和电磁辐射有很好的屏蔽，在一定程度上保障机房管理人员的身心健康。

五、展望

机柜式专业机房目前处于推广阶段，但不乏有大量成功的示范应用。随着国家对教育IT基础设施投入的不断增加，对学校机房安全和管理的日益重视，简易机房必将被机柜式机房所替代。在教育信息化建设浪潮的推动下，机柜式机房的解决方案无疑会得到更多更广的应用。

参考文献：

[1]郭涛. 机房建设新思路：机柜即机房. 中国计算机报，2009（44）.

[2]电子信息系统机房设计规范GB 50174-2008.

[3]肖光. 专用空调技术参数[J]. 艾默生网络能源技术专刊，2002（1）1.

[4]张冲. 机房微环境温度监控解决方案. 电脑与电信，2010（10）：79-80.