設計思維案例討論
實地探訪新一代資訊機房 設計訣竅完全揭露
聯合大學新建資訊機房 樹立綠能院校PUE標竿
余采霏
2013年底，國立聯合大學位於第二校區的新機房竣工。這個綠能資訊機房
新建案，在教育領域深具指標性意義，包括樓面規劃、冷卻空調設計、模組化彈性擴充的實現、PUE目標以及資訊機房永續營運等層面，都可以看到其細膩之處。
為了追求高效率的應用服務，資訊機房的角色舉足輕重。現階段，資訊機房最被重視的環節，除了維運管理之外，節能、環保概念，以及降低整體IT與非IT能耗成本，都是資訊機房近期非常熱門的議題。
事實上，2013年期間，台灣有不少資訊機房的改善案正在執行，根據業者透露，總體資訊機房新建與改建案佔比大致為3:7，多數案例朝向舊機房改建，約莫佔了七成，而新建機房則僅有三成。這些新建案中，國立聯合大學的綠色機房新建案，在教育領域深具指標性意義。
教學相長，才能提攜進步。2013年底，聯合大學新機房峻工，本刊透過台達電子的協助，獲得聯合大學校長與資訊中心主任首肯，實際參訪了聯合大學位於第二校區的新機房，包括樓面規劃、冷卻空調設計、模組化彈性擴充的實現、PUE目標以及資訊機房永續營運等層面，在這個新建案中都可以看到其細膩之處。
興建緣起與動機
國立聯合大學位處苗栗，創校之初以工業類為主，而後增設商業類科，更名為「聯合工商專科學校」。民國92年正式改制更名為「國立聯合大學」，現有理工、電資、管理、客家研究、人文與社會共五個學院。
目前，聯合大學除了舊有的第一（二坪山）校區之外，第二（八甲）校區已陸續啟用理工一館與二館，持續興建中的校舍包括「電機資訊學院大樓」、「圖書資訊大樓」與「客家、人文學院、共教大樓及藝文教學中心」。而其中，新建機房就位於圖書資訊大樓。
聯合大學電子工程學系副教授兼資訊中心主任陳榮堅指出，由於二坪山舊校舍早已不敷使用，於是啟動了第二（八甲）校區興建計劃，「隨著圖書館功能愈來愈低，資訊部的功能愈來愈高，許多學校的思維是圖資整併在一起，聯合大學也決定採用這個模式。決定整併為圖資大樓之後，便開始思考，如何建立資訊綠能機房。」
他提到，原本二坪山校區也有一所資訊機房，但經多年使用後，存在不少問題，例如機櫃後方正對著另一組機櫃前方，因而造成混風嚴重、資訊中心的設備與代管設備無法區分、人員進出頻繁等等，這些情況，除了增加能源消耗之外，在資訊安全與管理層面都很難有效管控。
體現具體目標 PUE 1.6以下
而另一方面，能源問題日益嚴重，電力費用節節上升，資料中心也面臨預備經費需不斷增加，然而要符合能源政策又要提供給全校師生一個穩定、友善的資訊環境，對舊有資訊中心來說確實是一項難題。陳榮堅表示，「建置一個綠能機房確實有其需求。學校一整年的電費支出，資訊中心就佔了2…^3成，費用相當可觀。也因此，新建機房的初期目標之一，就是落實低PUE，確實降低能耗。同時，資訊中心也努力推廣虛擬化，現階段，資訊中心已經有30部虛擬主機（含學校首頁、教學相長系統、師生電子郵件信箱、網資料夾等）在8部實體主機上執行，較以往省下52部實體主機的成本與電費。」
聯合大學資訊中心網路管理師黃攸德提到，落實綠色節能，聯合大學並不光只是在資訊機房著手，營運服務方面也慢慢朝向虛擬化，未來，各系所教授或部門單位有硬體採購需求時，如果虛擬主機可達成使命，也可向資訊中心租賃虛擬主機，不僅費用精省，資訊中心還額外提供備援機制，可靠性更高。
正由於全盤考量，聯合大學新機房設立了多項目標，除了提供師生安全、穩定、可靠的資訊服務之外，還必須落實節能減碳，目標PUE值為1.6以下，未來資訊機房正式運轉後，電費可望控制在150萬元以下，真正有感節能。另外，聯合大學也希望能分享此次綠能機房經驗，成為示範機房，在全國大學校院節能減碳機房中成為領頭羊，同時也期望爭取成為「綠色大學」及「溫室氣體減量示範大專院校」。
「根據我們預估，每年節省下來的電費，只要八年，就足以讓這次投入的整體機房建置費用回收，效益相當可觀。而且聯合大學未來會持續朝向黃金級的PUE值邁進，預估有機會達到PUE 1.4。」陳榮堅說。
服務單位也可以是營運單位
不同於其他企業新建機房的案例，多數機房通常預設只對內部提供服務，但聯合大學換了一個新思維，資訊機房也可從服務單位轉換為營運單位，亦即，新建機房在對內服務之外，同時也可對外提供服務。
基於這樣的構想，因此，聯合大學在一開始就將服務切開，雖然新建機房位於同一層，但區分為兩個Site，一是資訊中心的主機房，另一個是代管機房。這其中，代管機房未來將代管資訊中心以外的伺服器，只要校內各部門或單位有代管需求，資訊部會將其設備放置在代管機房中。又或者，如果其他機關組織與企業有租賃需求，代管機房的資源也可以提供作為企業租用的選項。
▲國立聯合大學第二校區外觀。
▲聯合大學資訊中心主任陳榮堅（右）指出，舊 機房使用多年，目前存在不少問題，能耗、資
訊安全與管理層面都很難有效管控。左為聯合大 學資訊中心網路管理師黃攸德。
陳榮堅指出，考量未來電費區分以及管理的便利性，代管設備與主機房在空間上就直接分隔，雖然是位於同一層樓，但是各自不同房間。如果不含操作室以及電力系統，主機房粗估大概是六十坪，代管機房則是三十坪左右。
小細節才是真關鍵
根據政府機關及學校全面節能減碳措施，針對資訊機房有幾項設計綱領，包括新設或增修電腦機房，建議採用冷熱通道氣流模式，以降低冷熱空氣混合比例，減少空調用電；電腦機房機櫃的入口溫度應介於20025℃之間，相對濕度應介於40055%之間；以及電腦機房之不斷電系統應裝置適當容量或選用模組化設計。
▲聯合大學新機房，除冷熱通道分離之外，在熱通道處還設計了電動門，而且上方還有做隔離，盡可能地降低混風的機率。
而在設計綱領之外，考量實體安全、管理維護以及節能減碳要求，聯合大學此次圖書資訊大樓內的新機房，還有幾項值得留意的特點：
1. 考量實體安全，資訊機房位於高樓層。
2. 冷熱通道確實分離，並且採用機櫃式空調。
3. 佈線位於機櫃上方，但仍保留高架地板。
4. 為了預防地震，採「頂天立地」強化結構。
5. 模組化UPS以及氬氣消防設施。
無窗設計解決日照問題
陳榮堅解釋，將資訊機房位於高樓層，自然是實體安全考量，由於機房是重鎮，為了預防宵小，也不希望有太多人經過進出，所以機房所在位置位於頂樓。但缺點就是陽光易照射，溫室效應對於機房溫度可能會造成影響，因此在整個機房設計中，除了完全不留窗戶避免陽光照射之外，頂樓也加做隔熱板，以有效隔絕。
密閉熱通道杜絕混風
另外，為了降低資訊機房能耗，冷熱通道分離也是一項重點。而且聯合大學做的更為徹底，於熱通道處還設計了電動門，再加上在機櫃上方設有隔板，等於把熱通道密閉起來，盡可能地降低混風的機率。萬一突發狀況，熱通道真的過熱，在熱通道的上方還留有一個出風口，屆時可以啟用把熱氣帶走。
▲氬氣消防設備。
他提到，雖然下吹式空調也能做到冷熱通道分離，但考量下吹式空調的冷路徑較長，為了能夠有效致冷，通常會將出風口的溫度調低，例如20℃、18℃，甚至更低，如此從蜂巢板吹出的冷風才能夠有效致冷，但也因為如此，相對會耗費不少電力。「所以，這一次，我們採用的是機櫃式空調，送風路徑短，因而可以調高出風口溫度，一般來說，精密空調調高1℃，可省電6%，若是提高到24℃的話，節能成效就會相當不錯。」
佈線位於機櫃上方 頂天立地防地震
儘管沒有採用下吹式空調，但聯合大學仍然保留高架地板，高度約32公分，主要功用是供給冰水主機的水管走線以及部署早期偵煙系統。目前高架地板的負重為500公斤，為了最大化承重，因此機櫃擺放位置會橫跨兩片高架地板，讓支撐度更好。而為了管理方便，未來所有設備線路，全都會被整理到機櫃上方的佈線架，統一納管。
▲ 佈線位於機櫃上方。
除此之外，考量台灣地震頻繁，苗栗又位處西部地震帶，為了固定機櫃設備，在機櫃上方以及高架地板處，都有支架固定。
▲ 為了預防地震，採「頂天立地」強化結構。
模組化UPS 遠端操作減少人員進出
聯合大學第二校區資訊中心主機房配置，除了主機設備區外，左邊還留有空間作為資訊人員操作區，而右邊則為電力室以及消防設施配置。黃攸德指出，基於安全考量，進入主機房之前會有刷卡機確認身份，而從操作室要進入機房之前還會有一道關卡，屆時會以指紋辨識系統來把關。而且，未來，除非有硬體維護需求，不然多數時候，人員只會進到操作室內，以IP KVM遠端處理。
另外，他也提到，第二校區機房規劃採用模組化UPS，若有模組故障只需更換故障模組，整機仍能運作。日後擴充也只需增加模組即可，可逐步擴充，不必一次到位購足大型UPS設備，或日後買大換小，造成浪費。
陳榮堅則補充說明，資訊機房的消防系統也是建置過程中不可或缺的一環，如何在火災初期就能偵測並且撲滅，降低設備與人員損傷，同時又能兼顧環保，也是很重要的課題，因此聯合大學特別選擇了氬氣消防設備，不僅可以滅火但同時又不會有二次污染的問題。
新舊機房互為備援
聯合大學新機房峻工之後，資訊設備將會陸續搬遷，黃攸德表示，舊機房並不會因此而聞置不用，而是讓新舊機房互為備援，舉例來說，之前提到的8部執行VM的實體主機，就可以在新機房與舊機房各放置4部，如此一來，萬一有突發狀況，就可以轉移到另一邊的機房，重新啟動，以減少對服務的衝擊。
▲第二校區機房規劃採用模組化UPS，若有模組故障只需更換故障模組，整機仍能運作。
另外，為了更確切掌握資訊機房的各項資訊，未來也可能採用台達DCIM（Data Center Infrastructure Management）解決方案，「第二校區機房絕大部分都是採用台達的解決方案，一方面是功能面都能符合聯合大學的需求，二方面台達解決方案經評估下來，C/P值是最好的，更重要的是台達與合作伙伴所提供的服務讓管理人員相當放心。」陳榮堅提到，在施工過程中，能夠做到每天提供日報表是相當不容易的一件事，「也因為如此，我們對台達深具信心，DCIM解決方案能夠帶來的效益相信一定能讓聯合大學的新機房展現更好的價值。」