图书馆硬件设施 [绿色图书馆及其硬件设施建设]

　　[摘要)绿色图书馆的硬件设施主要包括图书馆节能环保的建筑、和谐优美的内外环境以及低能耗、无污染的硬件设备。通过探讨图书馆绿色建筑、绿色电器设备、绿色计算机设备和绿色存储设备的建设，采用各种技术措施和技术手段达到硬件设施节能环保的目的，从而为全面营造绿色图书馆提供物质和环境基础。
　　[关键词]绿色图书馆　图书馆建筑　电器设备　计算机设备　存储设备　节能环保
　　[分类号]G250
　　
　　1　引　言
　　
　　改革开放以来，随着工业化、城市化进程的加快和居民消费结构的升级，我国对能源和自然资源的需求急剧上升。中国地大物博，但自然资源按人均占有量计算，都在世界平均值以下：耕地面积为40％，水资源为25％，森林面积为22％，石油储量仅为11％，天然气只有4.5％，矿产资源还不到一半。与此同时，我国资源实际的利用效率却相当低，单位建筑面积能耗是发达国家的2-3倍，钢材消耗高出10％-25％，卫生洁具的耗水量高出30％以上，而污水回用率仅为发达国家的25％。环境污染和生态破坏趋于严重，进一步加剧了我国资源紧缺的矛盾。近年来，世界能源和原材料价格剧烈波动，严重影响了我国经济建设的稳定发展。严峻的事实表明，中国要走可持续发展道路，发展节能与绿色建筑刻不容缓。
　　
　　2　绿色图书馆和绿色图书馆建设
　　
　　随着社会环境意识的不断增强，建设节能环保的绿色图书馆越来越受到关注。通常绿色图书馆指以可持续发展的思想为指导，提倡合理利用自然资源，保护生态环境，追求人文、自然、健康、和谐的低消耗、无污染的图书馆。这里的“绿色”涵盖三方面内容：①节约资源：包括水资源、能源、原材料等自然资源的节约和循环利用；②保护环境：采用无污染的建材，减少污染排放，保护自然环境，维护生态平衡；③追求和谐：即追求建筑与自然环境、人类之间和谐统一的完美境界。
　　绿色图书馆建设主要包括软件建设和硬件设施建设两个方面：软件建设主要指图书馆科学发展观、可持续发展观、和谐发展观、人文精神、以人为本、资源共享等绿色理念的倡导、树立以及在工作中的贯彻落实；硬件设施建设主要指图书馆节能环保的建筑、和谐优美的内外环境建设以及技术先进的低能耗、无污染的硬件设备建设。绿色图书馆的软件建设和硬件设施建设是相辅相成、缺一不可的，它们既相互影响、相互制约，又相互依赖、相互促进。其中，硬件设施建设是绿色图书馆建设的物质基础和前提条件。
　　
　　3　绿色图书馆建筑和内外环境建设
　　
　　要建设绿色图书馆，首先，其馆舍必须是绿色建筑。2006年我国颁布实施的《绿色建筑评价标准》对绿色建筑定义为：在建筑的全寿命周期内，最大限度地节能、节地、节水、节材，保护环境和减少污染，为人们提供健康、舒适、适用、高效的使用空间和与自然和谐共生的建筑。绿色图书馆建筑在遵循普通绿色建筑基本原则的同时，在一些方面还有更高的标准和要求。
　　?自然采光。馆舍须根据环境和朝向合理布局，采取适当加大窗墙面积比、设计中庭或天井、设置透光天窗、临窗安排阅览区域等方式加强自然采光效果。白天充分利用自然光提供照明，在减少灯光照明电力消耗的同时，利用阳光调节冬季室内气温、杀灭病菌，为读者提供一个明亮、舒适、健康的学习环境。
　　?自然通风。根据所在地气候、各季节风向变化等情况，设计合理的建筑结构和形态，使其具有较好的自然通风效果，以调节夏季书库及阅览区的室温，保持室内空气的清新。如获得绿色建筑认证最高奖的新加坡国立图书馆，其主体根据风向和日照选择了最佳的建筑朝向和位置，弯曲造型满足了南北朝向的理想要求，并充分利用自然风，减少午后阳光直射，降低了空调制冷的需求。
　　?空调系统设计。设计合理的空调系统布局，如计算机中心机房设置机房专用空调，电子阅览室、办公区、会议室、报告厅等区域设立VRV(可变制冷剂流量)变频空调，各自独立于大楼的中央空调系统，避免因为小范围的空调需求而开启整个大楼的中央空调系统，导致大量的电能浪费。
　　?节水和废水循环利用。广泛使用节水卫生洁具和感应节水龙头，并收集中央空调冷却塔排水、雨水等废水，经处理后用于绿化浇灌、馆舍卫生和消防储备用水，从而节约大量的清洁水资源。如荣获第二届全国绿色建筑创新奖一等奖的山东交通学院图书馆，利用作为水景观的池塘收集雨水，用作空调冷却水和绿化用水循环使用，达到了很好的节水降耗目的。
　　?防噪和隔音设计。图书馆大楼选址须远离公路、工厂、球场、娱乐场所等噪音来源地，使用中空隔音玻璃的窗户设计，并利用环境绿化等手段来减少噪音干扰。馆内布局考虑动静分离，采用吸音吊顶材料和静音复合地胶板，降低室内噪音，为读者提供安静的学习场所。
　　?可再生能源利用和隔热设计。利用太阳能和风能发电为图书馆提供部分电力供给，采用双层真空玻璃使建筑具有更强的隔热保温性能。如美国西雅图的巴拉德图书馆，除了利用太阳能发电来满足自身能源需求外，弧形屋顶上还种植大量的绿色植物，减少了室外气温对馆内的影响，减缓了城市热岛效应，在节能环保的同时，也为鸟类提供了理想的栖息场所。
　　?内外环境布置。通过室内植物的种植、盆栽植物的摆放、屋顶花园的设计以及雕塑作品和书画作品的布置，起到改善室内空气、提升装饰品位、增添人文气息、烘托文化氛围的作用。在充分利用周边原有的地形、地貌、植被和水系的基础上进行植树绿化，在美化图书馆外部环境的同时，起到阻挡和吸收环境噪音、调节周边小气候、改善周边小生态的作用。
　　?绿色通道设置。入馆通道、门禁、电梯和卫生设施应考虑年老体弱和残障读者的需求，体现绿色图书馆的人文精神和爱心关怀。如馆内外无障碍通道、入馆门禁系统的建设以及图书防盗监测仪的选型，都要考虑残障读者轮椅的宽度，保证他们能在馆内外各处畅通无阻，方便通行。
　　?就地取材及可再生材料的利用。馆舍和设备立足于利用本地出产的材料，降低物资运输过程中的耗费；大范围选用可再生材料，尽量减少对环境的影响。如绿色环保的美国克林顿图书馆，地面铺设的再生橡胶地板，其主要原料取自废旧的轮胎，而天花板的铝材也绝大部分来自回收的易拉罐。
　　?环保材料的选择。选择甲醛、苯、铅等有毒物质以及氡等放射性物质释放低于国家或国际标准的环保材料作为装修和家具用材。图书馆阅览桌椅、书报刊架、办公家具多用实木、钢质等天然材料，少用刨花板、中密度板、细木工板、胶合板、防火板等人造板材，降低室内空气污染，保障读者和工作人员的身体健康。
　　
　　4　绿色图书馆硬件设备建设
　　
　　绿色图书馆不仅需要一个绿色节能的建筑，而且还需要一系列节能、环保的硬件设备作为配套。其硬件设备建设主要包括绿色电器设备、绿色计算机设备和绿色存储设备的建设，建设的重点是节能降耗。
　　
　　4.1　绿色电器设备建设 　　图书馆的电器设备主要包括照明设备、空调设备、防盗检测设备和充消磁设备等。
　　图书馆对灯光照度要求较高，需要安装大量的照明设备。全面采用节能灯管和节能灯泡将大大节省电能消耗：①采用单端荧光灯或三基色荧光灯替代白炽灯，可节电约70％以上；采用细管轻型T5荧光灯代替老式粗管T12荧光灯，可节电约35％；②与普通电感镇流器相比，采用电子整流器具有功耗少、功率因数高、无噪声干扰等优点，节电率高达75％左右；如采用新型的节能型电感整流器代替传统电感整流器，无噪声、频闪，还克服了电子整流器价格高、使用寿命短、有电磁波污染的缺陷，比传统电感整流器减少自身能耗近50％；③采用自动控制开关，如在走廊、卫生间等场所使用人体红外感应开关，可避免长明灯现象而造成电能浪费；④采用LED(发光二极管)半导体绿色照明光源，具有效率高、光色纯、能耗小、无辐射和汞污染等优点，寿命是白炽灯泡的100倍，并可节电80％以上；室外路灯可采用更加节能、环保和安全的光控或时控开关的多晶硅太阳能LED路灯。
　　图书馆中央空调系统大多选用冷水机组，选择能效比高的产品，并通过PLC(可编程控制器)对空调的冷冻水系统、冷却水系统，冷却塔风机系统和主机进行智能优化控制，根据参数变化自动调节变频器的运行频率，通过有效合理地调节水流量、适时启动和停止机组，以达到最佳的节能日的。另外，可选择新型的绿色节能空调技术，如地源热泵中央空调系统：将专用管道埋入地下深处，与地下土壤进行热量交换。冬季，空调热泵机组从地源中吸收热量，向建筑物供暖；夏季，热泵机组从室内吸收热量并转移释放到地源中，实现空调的制冷。和传统空调相比，地源空调节能、维护成本低、占地空间小、零污染物排放，耗费少量电能就能达到室内四季如春的效果。
　　防盗检测和充消磁设备在工作中将产生电磁波，应选择符合国际和国内相关标准的名牌产品，避免因电磁辐射超标影响读者和工作人员的身体健康。另外，可充消磁条的选择在考虑磁性充消性能和使用寿命的同时，还要考虑磁条材料的环保性能。
　　
　　4.2　绿色计算机设备建设
　　现代大型图书馆普遍拥有数十台小型计算机和PC服务器，7×24小时运行提供信息服务；拥有数百台微型计算机作为业务用机、公共查询用机、电子阅览室用机，每天10余个小时连续运行，耗电量非常巨大。引进绿色计算机设备，并采用有效的软硬件节能技术，可以取得非常明显的节电效果。
　　?选用低能耗的服务器。多台刀片服务器可共用系统背板、网络端口、冗余电源、冗余风扇以及光驱、键盘、显示器和鼠标等配件，其低功耗的设计节省了大量电能，比传统机架式服务器节电30％以上。刀片服务器的高密度计算，有效地节约了空间；集中管理的办式，简化了管理，降低了维护费用。
　　?采用虚拟服务器技术。采用EMC公司的VM―ware、微软的Hyper-V等虚拟服务器软件，在单一服务器上运行数个、十数个或更多的虚拟机，把单台服务器的利用率从平均15％以下提高到虚拟化后的70％以上。由于一台高性能服务器完成了几台、甚至上几台服务器的网络应用服务，因此，减少了中心机房运行的物理服务器数量。以一台服务器实际功耗半均350瓦计算，每减少一台服务器，每年可节电3 000千瓦时以上，再加上节约的冷却能耗，节能效果显著。
　　?选用低能耗的计算机部件。处理器的耗电量占整个服务器耗电量的50％至60％，可采用能耗较低的CPU，如45纳米的AMD Opteron(皓龙)处理器，其采用新型智能预取和CodCore等节能技术，可关闭CPU中不用的内核和非工作区域，达到节能降耗的口的。权威的测试结果显示，在工作状态中，采用AMDOpteron的服务器比采用英特尔Xeon(至强)的服务器节能7.3％至15.2％；在待机状态时，前者比后者少耗电44.1％。
　　?采用软硬件节能手段。通过KVM(多主机切换器)系统，采用一套键盘、鼠标和显示器，在不同操作系统的多个服务器之间进行切换，实现集中控制管理。不但可以提高系统的可管理性、节约机房面积、降低硬件成本，还可以节省电能消耗，避免使用多显示器产生的辐射。另外，通过微机Windows操作系统“控制面板”中的“电源选项”，合理设置无用户使用时系统自动关闭显示器、硬盘以及切换到低能耗待机状态的等待时间，可以节约大量的电能消耗，并延长计算机的寿命；用户使用时，按任意键或移动鼠标即可快速恢复计算机的正常运行。
　　
　　4.3　绿色存储设备建设
　　数字资源的建设，使图书馆装备了海量的存储设备，而数字资源的服务，又要求存储设备7×24小时运行，设备运行和降温所需的电能消耗非常大。根据IDC统计数据显示，存储设备的耗电量约占数据中心总耗电量的37％，位居数据中心各项电力消耗之首。采用节能的绿色存储产品和先进的绿色存储技术米构建图书馆的存储系统，是硬件设备节能降耗的关键。
　　?选用技术先进的存储产品。引进采用MAID(大规模非活动磁盘阵列存储)技术的存储设备，设备的空闲磁盘可被暂停供电，一旦磁盘数据被访问时，即快速恢复供电，启动相关磁盘。因为空闲磁盘处于休眠状态，所以存储设备的能耗明显降低，节约电能可达30％，同时也延长了磁盘寿命。采用具备Thin Provi―sloning EqualLogic(自动精简配置)技术的存储设备，创建卷或LUN时只分配应用程序预计所需的逻辑容量，而存储的物理容量只有被真正写入数据时，才会被分配使用。这样多个服务器和应用程序可共享空闲存储空间，提高存储的利用率，从而有效地节省了能耗。
　　?采用存储虚拟化技术。存储虚拟化有三种方式，即基于主机的虚拟化、基于存储设备的虚拟化和基于网络的虚拟化。前两种虚拟化独立性、灵活性和扩展性较差，是性能较低的初级虚拟化技术；基于网络的虚拟化独立于服务器和存储系统，性能优越，技术先进，是存储虚拟化的发展方向。基于网络的存储虚拟化技术能将不同品牌异构的存储子系统整合成一个逻辑存储池，在其中按需建立逻辑卷，并将这些逻辑卷按一定的读写授权分配给存储网络上的应用服务器，以达到整合存储系统、提高存储空间利用率、实现集中管理、保护原有投资、降低存储成本的目的，从而减少了存储设备的需求，相应地节约了电力消耗。
　　?使用固态硬盘存储。固态硬盘(Solid StateDisk)是由控制单元和固态存储单元(通常指FLASH芯片)组成的硬盘。目前高端的存储设备已开始采用固态硬盘，大型主流存储厂商发布了相关产品并已正式投入市场。固态硬盘使用闪存芯片，没有普通硬盘的磁头、磁盘等磁性介质和机械结构，因而存取速度快、抗震性能佳、工作温度范围宽、无噪音、能耗低，具有更高的性能、可靠性和耐用性。固态硬盘lOPS的速度，读是传统硬盘的100倍，写是10倍，而能耗是传统硬盘的20％，并且运行不产生任何热量，减少了设备的冷却耗能。成本较高是采用固态硬盘的主要缺点，但固态硬盘的价格每年在以60％的速度下滑。可以预见，绿色环保的固态硬盘因其优异的性能，使用会越来越普及。
　　?采用先进的存储技术。磁盘转速越高，存取速度越快，但耗电量也越大，如15 000转的硬盘耗电量是7 500转硬盘的4倍。图书馆存储设备中的部分数据需要经常高速访问，部分数据访问量较小，还有些数据长期无人访问。采用分级存储技术，通过分级存储管理软件设置分级策略，根据数据的访问频率、性能要求、保留时间、容量等因素，实现数据在存储设备之间的自动迁移，将经常访问的关键数据存放在高转速的光纤硬盘上，而将一些访问量低、效能要求不高的数据迁移到低转速的SATA磁盘中，实现分级存储，可降低存储设备的总体成本和能耗。
　　
　　5　结语
　　
　　随着绿色环保理念的深入人心，绿色图书馆建设已经引起图书馆界的高度重视，建设绿色图书馆也成为贯彻落实科学发展观在图书馆建设中的具体体现。通过绿色图书馆硬件设施的建设，图书馆不仅节约了大量的能源消耗，降低了运营成本；而且还促进了与自然的和谐统一，增添了自身的可持续发展能力，取得了良好的经济效益和社会效益，同时也为全面营造绿色图书馆提供了坚实的物质和环境基础。

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