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關(guān)鍵詞：能源短缺；空調(diào)節(jié)能技術(shù)；云計算與智能化
中圖分類號：TU831.7
文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B文章編號：1674-9944（2016）22-0081-05
1引言
自工業(yè)革命以來，隨著人類科技水平的不斷發(fā)展進(jìn)步，世界對能源的需求與日俱增。根據(jù)國際能源署數(shù)據(jù)：1990～2008年，人均能源消耗增加10%，世界人口增長了27%，這意味著世界能源消費總量增長了39%[1]。中國自改革開放以來，對能源的需求不斷增加，據(jù)國際能源署預(yù)測，至2035年，中國將超過歐洲，成為世界上最大的能源購買國[2]。
目前主要使用的能源物質(zhì)是煤炭、石油和天然氣等化石能源。例如，據(jù)2008年統(tǒng)計，供應(yīng)能源分別是：石油占33.5%，煤占26.8%，天然氣占20.8%（化石能源共占81%）和“其他能源”（包括水電、太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮?、生物燃料和核能等）?9%[3]。化石能源的使用將導(dǎo)致大量溫室氣體排放，尤其是二氧化碳，將會加劇溫室效應(yīng)帶來環(huán)境問題。并且這些化石能源都屬于不可再生資源，一旦消耗完畢短期內(nèi)不可再生，全球已探明的能源儲量是有限的：石油將在50年左右枯竭，天然氣能用7年左右，煤炭能夠支持200年[4]。隨著能源資源的捉襟見肘，能源的價格也直線上升，如美國普通零售汽油價格增長了3倍，從1990年的每加侖1.2美元到2014年的每加侖3.6美元，這一趨勢仍在增加[5]。能源資源的有限性使得開發(fā)新能源和發(fā)展新的節(jié)能技術(shù)成為人類解決能源短缺問題的最有效途徑。
建筑的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，特別是加熱、通風(fēng)和空調(diào)系統(tǒng)，是今天主要的能源消費單位。僅在美國，住宅和商業(yè)建筑的能源消耗占總能量的39.6%[6]。建筑能耗占我國能源消耗的比例如圖1所示。
在歐美國家，大約一半的總能量用于建筑，國家能源總量的20%被用于加熱、通風(fēng)、空調(diào)和制冷系統(tǒng)[7]。一般在工業(yè)發(fā)達(dá)的國家，建筑能耗占總能耗的30%～50%，而空調(diào)能耗又能占建筑能耗的50%[8]，大約全球15%的電力是被用于各種制冷和空調(diào)的使用方面[9，10]。
因為空調(diào)的普及率與日俱增，各個國家也逐漸意識到了空調(diào)使用對節(jié)能減排的重要性，大多數(shù)國家高層決策委員會也設(shè)置了相關(guān)的政策降低空調(diào)能耗[11～13]。我國人口眾多，地域遼闊，空調(diào)使用數(shù)量巨大。因此，大力研發(fā)和發(fā)展空調(diào)節(jié)能技術(shù)對貫徹我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略有著十分重要的意義。目前，我國空調(diào)節(jié)能領(lǐng)域正處于穩(wěn)健發(fā)展的狀態(tài)，但受到了技術(shù)障礙、政策障礙、市場障礙和其他諸多因素的制約[14～18]。在諸多障礙中，如何尋找到真正有效并切合中國基本國情的節(jié)能方式，是促進(jìn)中國空調(diào)節(jié)能領(lǐng)域發(fā)展的工作重點。
通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在酒店、賓館和KTV等場所多采用分體式空調(diào)與中央空調(diào)結(jié)合的模式。這些場所通常需要保持著空調(diào)整天工作，有時還要滿足個別顧客對空調(diào)過低溫度或者過高囟鵲囊求。而制冷溫度每降低或者制熱溫度每增高1℃，電功率就會增加5%～10%[19～21]。不合理地使用空調(diào)不僅增加了空調(diào)的能耗，還減少了空調(diào)的使用壽命，直接增加了城市的能源消耗，不利于貫徹我國的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。引進(jìn)分體空調(diào)智能節(jié)能控制器和中央空調(diào)控制器，并將其與現(xiàn)代云計算技術(shù)結(jié)合起來，將能夠通過互聯(lián)網(wǎng)在手機(jī)、平板電腦等移動設(shè)備上實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制空調(diào)運行狀況，達(dá)到智能控制的目的，可以直接降低空調(diào)使用中不必要的能耗，對我國空調(diào)節(jié)能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有重大意義。
2中國空調(diào)產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀
2.1空調(diào)的歷史
在1902年，美國人威利斯?開利為了保持印刷機(jī)工作時穩(wěn)定的濕度和溫度，最先成功設(shè)計了第一個空調(diào)系統(tǒng)。最初的空調(diào)系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于調(diào)節(jié)化工業(yè)、制藥業(yè)和軍火業(yè)等各個工業(yè)生產(chǎn)中的溫度和濕度。1922年開利工程公司研制成功了空調(diào)史上具有里程碑地位的產(chǎn)品―離心式空調(diào)機(jī)，大大提高了空調(diào)系統(tǒng)的效率，從此人開始成為空調(diào)服務(wù)的對象[22]。
2.2空調(diào)產(chǎn)業(yè)在中國的發(fā)展
自改革開放以來，中國經(jīng)濟(jì)走上了飛速發(fā)展的道路。隨著人們生活水平的不斷提高，空調(diào)的使用變得普遍起來。全國各大城市興建的公共建筑，大多都配備了空調(diào)設(shè)備來提高環(huán)境的舒適度[23，24]。目前，空調(diào)在我國建筑物中普及率仍在不斷提高，使得我國已經(jīng)成為繼美國、日本之后世界第三大空調(diào)市場，占全世界空調(diào)市場利用率的12%[25]。
空調(diào)的使用在中國發(fā)展到今天已經(jīng)形成了一個規(guī)模巨大的產(chǎn)業(yè)。隨著科技水平的不斷提高和節(jié)能環(huán)保意識的不斷增強(qiáng)，國家也迫切希望能夠通過提高空調(diào)能耗的質(zhì)量等級來實現(xiàn)節(jié)能減排的目的。希望能夠在滿足人民日益增長的物質(zhì)需要的同時，減少能源消耗和碳排放，建立環(huán)境友好型和資源節(jié)約型社會，堅持貫徹我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。因此，國家相關(guān)政策的制定與實施也在向著更為節(jié)能環(huán)保的方面傾斜。隨著能源的短缺，節(jié)能逐步受到更為廣泛的注意和重視[26]。
節(jié)能空調(diào)，通俗地說就是用更少的電達(dá)到居室的溫度、濕度環(huán)境要求而且是達(dá)到消費者希望的居室內(nèi)的條件要求[27]。節(jié)能空調(diào)能否實現(xiàn)節(jié)電的目的，不僅取決于產(chǎn)品本身的設(shè)計和制造，同時也取決于用戶的使用方式。
但是，目前我國節(jié)能空調(diào)還存在著生產(chǎn)技術(shù)、產(chǎn)品質(zhì)量以及宣傳推廣等方面的不足。例如缺乏足夠的高效節(jié)能空調(diào)的技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化支持政策，缺乏高效變頻壓縮機(jī)制造核心技術(shù)等高端技術(shù)，這些是需要我們克服的在技術(shù)層面的不足。而許多空調(diào)購買者不選擇節(jié)能空調(diào)的原因主要有以下幾點：價格相對普通空調(diào)偏高；節(jié)能效果不明顯，短期收益低；需要維護(hù)保養(yǎng)，容易出故障，節(jié)能不節(jié)錢；對節(jié)能產(chǎn)品缺乏足夠的了解等。這些則是我們要克服的在產(chǎn)品質(zhì)量、宣傳推廣等方面的不足。
當(dāng)前，我國已經(jīng)出臺的空調(diào)節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)有：2010年6月1日實施的《空調(diào)強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)》、2011年11月1日實施的《中央空調(diào)水系統(tǒng)節(jié)能控制裝置技術(shù)規(guī)范》等[28，29]。雖然國家已經(jīng)制定了相關(guān)的規(guī)范政策，但受到政府監(jiān)督困難、企業(yè)違規(guī)操作等問題影響，一些建筑工程在選用主機(jī)以及末端空調(diào)設(shè)備時，仍然沒有按照規(guī)定設(shè)計的要求進(jìn)行選型。此外，一些數(shù)據(jù)也表明，在一些大型超市或者公共場合當(dāng)中，冬季的供暖熱量和夏季的制冷量超過了標(biāo)準(zhǔn)。這些存在的問題都造成空調(diào)制冷取暖浪費了大量的能源[30]。
與國際相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)相比，我國空調(diào)能效比還有很大發(fā)展空間，所以我國也在不斷改進(jìn)并提高空調(diào)能效相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。因為能效等級越高的產(chǎn)品，生產(chǎn)成本往往高于能效較低的產(chǎn)品。投資者往往忽略了能耗指標(biāo)的計算，而只重視投資成本，投資成本高的高效節(jié)能空調(diào)反而不受生產(chǎn)企業(yè)青睞[31]。相對應(yīng)的高效節(jié)能空調(diào)的市場銷售價格也比較高，再加上人們對高效節(jié)能空調(diào)所得的節(jié)電長遠(yuǎn)效益認(rèn)識不清楚，往往只比較了購買時的價格差異，導(dǎo)致高效節(jié)能空調(diào)在整個空調(diào)市場的占有份額并不高[32]。為了提高高效節(jié)能的推廣，我國也對企業(yè)所生產(chǎn)高能效等級空調(diào)進(jìn)行了相應(yīng)的補貼，直接降低了高能效等級空調(diào)的市場銷售價格，在一定程度上提高了節(jié)能空調(diào)的普及率[33]。
在中國社會主義市場經(jīng)濟(jì)條件下，作為消費者，首先關(guān)注的肯定是產(chǎn)品的價格和質(zhì)量，優(yōu)先選擇性價比高的商品。而作為生產(chǎn)企業(yè)，則是追求最大的利潤。國家作為管理者，有正確引導(dǎo)產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向的義務(wù)。在最開始很長的一段時間里，我國對節(jié)能空調(diào)的推廣只是處于教育道德層面的宣傳，并沒有充分使用社會主義市場經(jīng)濟(jì)中的價格杠桿來調(diào)節(jié)，結(jié)果是大家在意識層面認(rèn)同節(jié)能空調(diào)的情況下繼續(xù)選擇了較高能耗、較低價格的空調(diào)。而在社會主義市場經(jīng)濟(jì)下，價格杠桿往往比行政宣傳的效果更為直接和明顯。目前，我國直接按照生產(chǎn)空調(diào)能級相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)給予企業(yè)相應(yīng)補貼，使得企業(yè)在不漲價的前提下也能有錢賺，有效提高了企業(yè)生產(chǎn)節(jié)能空調(diào)的積極性。消費者間接享受到一定程度的優(yōu)惠，其購買節(jié)能空調(diào)的積極性也得到了的提升。國家實現(xiàn)了節(jié)能減排的期望，企業(yè)的銷售量和盈利水平也沒有下降，消費者節(jié)約了金錢和電費，實現(xiàn)了多方共贏，促進(jìn)了我國的可持續(xù)發(fā)展[34]。
在政府的大力支持下，2009年開始，國家對高效定頻空調(diào)器進(jìn)行了補貼，2010年家發(fā)改委、財政部印發(fā)了關(guān)于調(diào)整高效節(jié)能空調(diào)，推廣財政部補貼政策的通知[35]。這說明了國家政策支持的體現(xiàn)無處不在，近幾年來“家電下鄉(xiāng)”、“以舊換新”等財政補貼政策相繼推出，在各大家電銷售地點均有出現(xiàn)。在主要針對推廣空調(diào)能效1、2級產(chǎn)品的“節(jié)能惠民工程”啟動后，為縮小節(jié)能與非節(jié)能產(chǎn)品的價格差距，106款1級產(chǎn)品扣除補貼后價格從1230～3500元不等，提高了群眾的消費積極性。有調(diào)查顯示，在湖南省節(jié)能空調(diào)的推廣使用中，共有20家空調(diào)生產(chǎn)企業(yè)參與，其中銷售數(shù)量最多的品牌是格力，購買節(jié)能空調(diào)的用戶中，機(jī)關(guān)及企事業(yè)單位所占的比例較大，為37.52%，其次為個人用戶，占10.23%，在一定程度上也可以反映出中國絕大多數(shù)城市的空調(diào)用戶分配狀況[36]。
3空調(diào)節(jié)能技術(shù)在中國的發(fā)展
在空調(diào)普及率大幅上升的情況下，空調(diào)用電量占我國總用電量的20%左右，占大中型城市夏季用電高峰負(fù)荷的40%左右。隨著能源問題日益凸顯和社會節(jié)能環(huán)保意識的不斷提高，我國也越來越重視發(fā)展空調(diào)節(jié)能技術(shù)。
空調(diào)節(jié)能技術(shù)，相對于其他較早引入空調(diào)并率先萌生節(jié)能意識的發(fā)達(dá)國家來說，我國發(fā)展比較晚，所以我國的節(jié)能空調(diào)技術(shù)相對于其他的國家來說經(jīng)驗、技術(shù)方面略有不足。再加上我國的節(jié)能空調(diào)的市場份額不高，所以導(dǎo)致我國的空調(diào)節(jié)能技術(shù)相對于其他的國家來說還是有差距。但是隨著能源問題凸顯，國家愈來愈重視發(fā)展節(jié)能技術(shù)，不斷借鑒國外先進(jìn)科技，加大促進(jìn)了對空調(diào)節(jié)能技術(shù)的研究，我國的節(jié)能空調(diào)技術(shù)得到了蓬勃的發(fā)展[37]。雖然與發(fā)達(dá)國家還有一定的差距，但是我國空調(diào)節(jié)能技術(shù)已經(jīng)取得了一定的成果，并得到相應(yīng)的應(yīng)用。
隨著時代的發(fā)展與進(jìn)步，我國的空調(diào)生產(chǎn)企業(yè)也逐漸意識到了發(fā)展空調(diào)節(jié)能技術(shù)的重要性和趨勢性，在產(chǎn)品節(jié)能技術(shù)研發(fā)和整體質(zhì)量水平提高方面更加重視，企業(yè)在產(chǎn)品開發(fā)和節(jié)能技術(shù)研究方面的投入正在逐漸加大，圍繞產(chǎn)品生產(chǎn)的基礎(chǔ)技術(shù)、系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計、測試分析、專業(yè)配套、節(jié)能減排和制冷劑替代技術(shù)等方面開展了全方位、深層次的長期性開發(fā)研究，不斷提高自主研發(fā)和創(chuàng)新能力。在眾多企業(yè)的共同努力下，一項項具備世界級技術(shù)水平的新技術(shù)、新產(chǎn)品在行業(yè)內(nèi)接連推出并直接服務(wù)于市場，實現(xiàn)了空調(diào)行業(yè)整體節(jié)能技術(shù)水平的穩(wěn)步提高[38]。
但是，總體來看我國空調(diào)能效等級整體水平依然較低，缺少前瞻性的未來空調(diào)技術(shù)方式。例如獨立除濕空調(diào)技術(shù)（包括除濕部分和新型的顯熱空調(diào)技術(shù)）、局部空調(diào)供冷技術(shù)、變頻空調(diào)技術(shù)、蓄冷空調(diào)技術(shù)、綠色數(shù)據(jù)中心空調(diào)節(jié)能技術(shù)、合理的熱電冷聯(lián)供技術(shù)、太陽能空調(diào)技術(shù)、熱聲制冷技術(shù)、熱泵技術(shù)、降低空調(diào)負(fù)荷等相關(guān)技術(shù)等[39～49]。這些技術(shù)雖然獲得了一定的研究成果，但尚不成熟且使用范圍較小，無法投入大大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)中。
由于空調(diào)生產(chǎn)廠家的多元化，企業(yè)出于商業(yè)原因往往不會共享節(jié)能空調(diào)的規(guī)格參數(shù)和生產(chǎn)技術(shù)，這直接影響了空調(diào)市場整體能效的提高。不同空調(diào)生產(chǎn)企業(yè)所生產(chǎn)的空調(diào)往往具有不同的規(guī)格參數(shù)，難以統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。如果能夠結(jié)合現(xiàn)代智能技術(shù)和云計算功能，通過手機(jī)、平板電腦等移動設(shè)備在特定的APP實現(xiàn)便捷的智能化控制，就能直接實現(xiàn)降低空調(diào)能耗的目的。
4智能化與云計算結(jié)合技術(shù)
云計算是一種利用互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)隨時隨地、按需求、便捷地訪問共享資源池（如計算設(shè)施、儲存設(shè)備、應(yīng)用程序等）。云計算的基本原理是，通過計算分布在大量的分布式計算機(jī)上，而非本地計算機(jī)或遠(yuǎn)程服務(wù)器中，企業(yè)數(shù)據(jù)中心的運行將更與互聯(lián)網(wǎng)相似。這使得企業(yè)能夠?qū)①Y源切換到需要的應(yīng)用上，根據(jù)需求訪這使得企業(yè)能夠?qū)①Y源切換到需要的應(yīng)用上，根據(jù)需求訪問計算機(jī)和存儲系統(tǒng)[50，51]。
鑒于難以統(tǒng)一不同企業(yè)生產(chǎn)規(guī)格參數(shù)相一致的空調(diào)，結(jié)合現(xiàn)代智能技術(shù)和云計算功能引入智能空調(diào)節(jié)能控制器。智能空調(diào)節(jié)能控制器為一獨立輔助控制器，適用于市場上絕大多數(shù)類型的空調(diào)。通過智能空調(diào)節(jié)能控制器，可以實時監(jiān)測空調(diào)的工作狀態(tài)，然后使用者或管理者可以在手機(jī)、平板電腦等移動設(shè)備上通過互聯(lián)網(wǎng)在特定APP上遠(yuǎn)程調(diào)控空調(diào)的運行狀態(tài)。實現(xiàn)合理的使用空調(diào)，避免不必要的能耗，這樣不僅可以增加空調(diào)壽命，還可以有效的實現(xiàn)節(jié)能減排的目的。
4.1智能空調(diào)節(jié)能控制器功能參數(shù)
通過智能空調(diào)節(jié)能控制器，可實時監(jiān)控并調(diào)整空調(diào)的運行狀態(tài)。主要功能參數(shù)包括定時開關(guān)機(jī)、智能溫度鎖定、智能感應(yīng)溫度開關(guān)機(jī)、智能人體感應(yīng)開關(guān)和空調(diào)狀態(tài)查詢與設(shè)置。
4.1.1定時開關(guān)機(jī)
控制參數(shù)：空調(diào)狀態(tài)（開關(guān)機(jī)）、空調(diào)模式（制冷或制熱）、空調(diào)溫度、風(fēng)門狀態(tài)（擺風(fēng)或不擺風(fēng)）、執(zhí)行時段、執(zhí)行日期。
通過此功能可以減少空調(diào)人工管理成本，并便捷有效達(dá)到合理控制的目的。
4.1.2智能溫度鎖定
將鎖定溫度打開狀態(tài)，在空調(diào)開機(jī)的狀態(tài)下，分體節(jié)能模塊在5min內(nèi)若檢測到空調(diào)的設(shè)置溫度比制冷標(biāo)準(zhǔn)溫度低，或者空調(diào)的設(shè)置溫度比制熱標(biāo)準(zhǔn)溫度要高，那么分體節(jié)能控制器會將空調(diào)鎖定到標(biāo)準(zhǔn)溫度（若空調(diào)是制冷的情況下，鎖定到制冷標(biāo)準(zhǔn)溫度。若空調(diào)是制熱的情況下，鎖定到制熱標(biāo)準(zhǔn)溫度）。在打開鎖定溫度的情況下，需要查看一下節(jié)能器的節(jié)能參數(shù)中制冷標(biāo)準(zhǔn)溫度、制熱標(biāo)準(zhǔn)溫度是否是符合鎖定溫度要求。
通過此功能可以根據(jù)智能感應(yīng)溫度變化調(diào)整空調(diào)設(shè)定溫度，減少了空調(diào)額外的能耗。
4.1.3智能感應(yīng)溫度開關(guān)機(jī)
將空調(diào)打開時，分體節(jié)能模塊檢測到的室溫在禁止開機(jī)溫度區(qū)間內(nèi)，分體節(jié)能模塊將禁止開機(jī)，會將空調(diào)關(guān)機(jī)。
通過此功能可以根據(jù)智能感應(yīng)溫度判斷空調(diào)的是否需要工作，智能化的實現(xiàn)了空調(diào)開啟與關(guān)閉，減少了空調(diào)不必要的能耗。
4.1.4智能人體感應(yīng)開關(guān)設(shè)置
（1）智能人體感應(yīng)開設(shè)置：當(dāng)人體感應(yīng)開功能打開后，如果分體節(jié)能模塊接入智能人體感應(yīng)裝置，連續(xù)5min均有檢測到人體后執(zhí)行開機(jī)命令。
（2）智能人體感應(yīng)關(guān)設(shè)置：當(dāng)人體感應(yīng)關(guān)功能打開后，如果分體節(jié)能模K接入智能人體感應(yīng)裝置，連續(xù)30min未檢測到有人后執(zhí)行關(guān)機(jī)命令。
通過此功能可以根據(jù)監(jiān)測環(huán)境內(nèi)是否有人而智能選擇空調(diào)工作狀態(tài)，有效避免了人離開而忘記關(guān)閉空調(diào)所造成的能耗。
4.1.5空調(diào)狀態(tài)查詢與設(shè)置
可以查詢并設(shè)置空調(diào)狀態(tài)、空調(diào)模式、風(fēng)門狀態(tài)、室內(nèi)溫度、設(shè)置溫度、出風(fēng)溫度、傳感器的狀態(tài)、節(jié)能器狀態(tài)等。
通過此功能可實時在線了解空調(diào)工作狀態(tài)，并可根據(jù)個人需要和環(huán)境變化作出相應(yīng)的調(diào)整，實現(xiàn)了便捷合理控制空調(diào)工作狀態(tài)。
4.2技術(shù)應(yīng)用實例
與某環(huán)保公司合作，在某企業(yè)員工宿舍實踐所得數(shù)據(jù)見表1。
僅員工宿舍樓一間宿舍一天理論可節(jié)電量平均為：160330÷6÷30÷189=4.7（kW?h）；公司宿舍樓A，B，C，D棟實際入住189間宿舍，5～10月份預(yù)計可節(jié)電量160330kW?h，節(jié)能效果顯著。如果能夠大范圍廣泛推廣到城市，節(jié)能潛力巨大。
5討論與結(jié)論
面對中國空調(diào)市場企業(yè)品牌繁多、產(chǎn)品生產(chǎn)參數(shù)規(guī)格不一的局面，結(jié)合現(xiàn)代智能化和云計算結(jié)合的功能，在手機(jī)、平板電腦等移動設(shè)備上通過互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)實時監(jiān)控、遠(yuǎn)程操作和智能控制的目的。有效地降低了因不合理使用空調(diào)所產(chǎn)生的額外能源消耗，并且適用于市場上絕大多數(shù)空調(diào)，有利于提高我國空調(diào)節(jié)能領(lǐng)域整體的節(jié)能水平。
與傳統(tǒng)空調(diào)節(jié)能技術(shù)相比，最大的創(chuàng)新就是改變了過去“遙控器是唯一控制空調(diào)運行的工具”的觀念，實現(xiàn)了手機(jī)、平板電腦等多種互聯(lián)網(wǎng)端口控制的功能。智能空調(diào)產(chǎn)品正是通過把空調(diào)運行控制系統(tǒng)鏈接到互聯(lián)網(wǎng)操作平臺上來實現(xiàn)的。未來生活中實現(xiàn)對家中所有設(shè)備的控制定是朝著無線化、可移動化的方向發(fā)展。如今，隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展，讓我們的無線傳輸及控制變得無比簡單?；跓o線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)開發(fā)出的適用于用戶控制的智能家居就變得相對簡單起來。這也就意味著用戶只需通過手機(jī)、平板電腦等智能移動設(shè)備，甚至是當(dāng)前比較流行的可穿戴設(shè)備等就可輕松實現(xiàn)對家里的一切控制，不僅為人們的日常生活提供了極大的便利，還有效地減少了能源的消耗。
隨著生活水平的不斷提高，空調(diào)已經(jīng)成為高普及率的高能耗設(shè)備?，F(xiàn)今，能源問題凸顯，節(jié)能減排已經(jīng)成為21世紀(jì)發(fā)展的重要主題之一。國家和企業(yè)為了提高節(jié)能空調(diào)的市場占有率，也紛紛都加大了對空調(diào)節(jié)能技術(shù)的投入和相應(yīng)的政策補貼與推廣。由此，發(fā)展空調(diào)節(jié)能技術(shù)對我國實施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略和提升我國企業(yè)競爭力有著深遠(yuǎn)意義。
考慮到目前缺乏統(tǒng)一的、前沿性的、易于推廣實施的空調(diào)節(jié)能技術(shù)。結(jié)合當(dāng)今正廣泛使用并快速向前發(fā)展的智能化與云計算結(jié)合的技術(shù)，確定了該技術(shù)的的功能特性及可行性，并通過實例一定程度上反映了該技術(shù)應(yīng)用所產(chǎn)生的顯著節(jié)能效果。若能將此空調(diào)節(jié)能技術(shù)在全國范圍內(nèi)大規(guī)模推廣，必將有效地降低我國城市能耗總量和減少碳排放，達(dá)到節(jié)能減排的目的，有利于實施我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。
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【關(guān)鍵詞】云計算 數(shù)據(jù)中心 探討
隨著“云計算時代”的來臨，越來越多的政府機(jī)關(guān)、企事業(yè)單位開始逐步將各自的業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)向“云”上遷移，云計算行業(yè)已經(jīng)成為未來ICT（（Information Communication Technology）領(lǐng)域中發(fā)展的重要方向。隨著云計算需求量的增大，越來越多的數(shù)據(jù)中心開始在各地建立起來。盡管云計算本身能夠提高效率，避免計算資源的浪費，但同時，云計算自身的能耗問題也逐步凸顯出來。
根據(jù)權(quán)威機(jī)構(gòu)的研究結(jié)果表明，數(shù)據(jù)中心耗費了全球1.5%至2%的電力，并且以每年12%的增長率增長。全球數(shù)據(jù)中心耗電量同樣驚人，據(jù)IDC報告，2005年全球數(shù)據(jù)中心的耗電量是全球用電量的0.8%。2007年全球數(shù)據(jù)中心耗費的總能量達(dá)到了3300億千瓦時，相當(dāng)于整個英國的電力需求。美國環(huán)保署報告，2011年美國的數(shù)據(jù)中心全年累計耗電1000億千瓦時，占全美當(dāng)年總耗電量的1.5%，電費約74億美元。數(shù)據(jù)中心已經(jīng)成為名副其實的“電老虎”。同時，數(shù)據(jù)中心電力的消耗會帶來大量的碳排放，自2008年以來，全球數(shù)據(jù)中心每年都產(chǎn)生大約8000萬噸二氧化碳，據(jù)預(yù)估，在2020年碳排放將達(dá)到3.4億噸。
作為發(fā)展中國家，中國未來經(jīng)濟(jì)的發(fā)展必須走節(jié)能環(huán)保之路。云計算作為當(dāng)前ICT發(fā)展重點方向，也必須尋找出一整套行之有效的節(jié)能技術(shù)手段。在數(shù)據(jù)中心的建設(shè)過程中，綜合當(dāng)前技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，應(yīng)從以下三個方面開展技術(shù)革新，節(jié)約能源，建設(shè)更“綠色”的數(shù)據(jù)中心。
1 IT節(jié)能技術(shù)的革新
IT技術(shù)是云計算技術(shù)的核心，目前業(yè)界對于IT技術(shù)的研究重心已經(jīng)由發(fā)展初期關(guān)注如何提高計算系統(tǒng)的高速度高性能，轉(zhuǎn)向如何提高計算系統(tǒng)的計算效率（提高能耗比）。云計算的數(shù)據(jù)中心是所有計算和存儲的中心，因此要構(gòu)建“綠色”的數(shù)據(jù)中心，首先從IT節(jié)能技術(shù)的革新開始。
CPU體系結(jié)構(gòu)的變化。CPU作為計算機(jī)的“心臟”主要有CISC（Complex Instruction Set Computer，復(fù)雜指令系統(tǒng)計算機(jī)）和RISC（Reduced Instruction Set Computer，精簡指令系統(tǒng)計算機(jī)）兩種體系結(jié)構(gòu)。Intel公司出品的X86系列CPU就是典型的CISC產(chǎn)品，其特點是指令復(fù)雜，指令長度較長，編解碼復(fù)雜，需要分解成多個微指令去執(zhí)行，雖然便于提高計算機(jī)性能，但導(dǎo)致能耗大，相對而言，能耗比偏低。相對于此，大家常用的手機(jī)、PAD等智能移動終端多以ARM系列CPU為主，特點是性能相對較差，能耗低。隨著近年來，電子技術(shù)飛速發(fā)展，以ARM為代表的CPU已經(jīng)在能耗比上逐漸超越X86，并在計算密集型應(yīng)用中逐漸嶄露頭角，逐漸引入到數(shù)據(jù)中心建設(shè)中。以百度為例，2012年底，該公司實現(xiàn)ARM Server全球首次規(guī)?；瘧?yīng)用。并將GPU應(yīng)用于機(jī)器學(xué)習(xí)領(lǐng)域。通過對程序的重構(gòu)和優(yōu)化，實現(xiàn)CPU單核加速400倍，將每瓦特的計算能力提升34倍的成果，大幅降低數(shù)據(jù)中心能耗。
存儲技術(shù)的改進(jìn)。當(dāng)前計算機(jī)系統(tǒng)主要采用機(jī)械式硬盤，優(yōu)點是技術(shù)成熟、價格低廉、使用方便，缺點是能耗較高。通過引入固態(tài)硬盤（Solid State Drive）將極大地緩解存儲設(shè)備的能耗問題。固態(tài)硬盤，使用閃存顆粒作為存儲單元，不再采用傳統(tǒng)的機(jī)械存儲方法，使用模擬的方式虛擬出傳統(tǒng)硬盤存取方式和扇區(qū)等，區(qū)別于傳統(tǒng)機(jī)械式硬盤，突出特點是沒有機(jī)械結(jié)構(gòu)，利用傳統(tǒng)的NAND Flash特性，以區(qū)塊寫入和抹除的方式來作讀寫的功能，因此在讀寫的效率上，非常依賴閃存技術(shù)的發(fā)展。與傳統(tǒng)機(jī)械式硬盤比較，具有低耗電、耐震、穩(wěn)定性高、耐低溫等優(yōu)點。IBM近期推出“FlashSystem”系列全閃存存儲服務(wù)器，有關(guān)負(fù)責(zé)人指出：數(shù)據(jù)中心建設(shè)中，采用SSD建設(shè)方案不僅有性能優(yōu)勢，也更省電，且在散熱措施上的投資也要比傳統(tǒng)硬盤小很多，綜合來看，采用SSD技術(shù)是符合當(dāng)前技術(shù)發(fā)展潮流的。
研發(fā)低能耗操作系統(tǒng)。隨著基礎(chǔ)硬件平臺的演變，低能耗的ARM系列CPU和SSD硬盤的廣泛使用，操作系統(tǒng)也需要全面調(diào)整體系結(jié)構(gòu)，應(yīng)將“低能耗，高效率、適度資源使用”原則作為未來計算機(jī)操作系統(tǒng)的重要設(shè)計原則。例如，微軟在Windows 7操作系統(tǒng)中推出ReadyBoost的技術(shù)，通過閃存減少常用軟件從較慢的機(jī)械硬盤中調(diào)用的次數(shù)，把讀取延誤減至最低，相應(yīng)提高性能的同時，降低了能耗。未來在服務(wù)器操作系統(tǒng)中，將出現(xiàn)更多的新技術(shù)，為降低服務(wù)器功耗提供更多的技術(shù)支持。
2 機(jī)房系統(tǒng)的技術(shù)革新
根據(jù)最新統(tǒng)計，機(jī)房系統(tǒng)占整個數(shù)據(jù)中心的電耗比例已經(jīng)達(dá)到45%，其中冷源部分占到2/3。綠色數(shù)據(jù)中心的構(gòu)建，機(jī)房系統(tǒng)的節(jié)能解決方案成了重中之重，刻不容緩。
采用自然冷卻的冷水機(jī)組。數(shù)據(jù)中心通常都需要常年不間斷供冷，常規(guī)的制冷系統(tǒng)，室外溫度即使是低于或遠(yuǎn)低于其循環(huán)冷凍水溫的情況下冷水機(jī)組也需要照常運行。自然冷卻（Freecooling）機(jī)組與常規(guī)冷水機(jī)組最大的區(qū)別在于它帶有獨特的風(fēng)冷自然冷卻換熱器，其運行優(yōu)先利用天然環(huán)境的低溫空氣冷卻循環(huán)冷凍水，可以實現(xiàn)無壓縮機(jī)運行制冷，顯著節(jié)省壓縮機(jī)的電耗。在夏季，自然冷卻機(jī)組與常規(guī)空調(diào)一樣仍舊采用壓縮機(jī)制冷。在過渡季，當(dāng)環(huán)境溫度達(dá)到比冷凍水回水溫度低2℃或以上時，開起自然冷卻，利用冷空氣的冷量預(yù)冷冷凍水，無需壓縮機(jī)功耗；自然冷卻不足部分，再由常規(guī)壓縮制冷接力，從而減少了系統(tǒng)功耗。在冬季，完全靠自然冷卻冷卻冷凍水，不需壓縮機(jī)開起，只需少量風(fēng)扇電耗，能效比高達(dá)20以上。通過自然冷卻技術(shù)，在過渡季和冬季減少了壓縮機(jī)工作時間和強(qiáng)度，有效降低了制冷功耗。與常規(guī)的冷水機(jī)組相比，據(jù)計算，北京所在緯度地區(qū)為例，常年節(jié)電達(dá)到30%-38%。
熱回收技術(shù)利用。大型數(shù)據(jù)中心常年需要不間斷的冷源，需要冷水機(jī)組高效制冷完成。而與數(shù)據(jù)中心配套的周邊辦公、運維和宿舍在冬季卻同時需要大量的熱量來解決供暖問題。在常規(guī)設(shè)計中，供暖需要鍋爐或熱泵解決，需要消耗大量的能源。新的熱回收技術(shù)，免費利用制冷機(jī)組在制冷時候向環(huán)境中排放的冷凝熱來加熱供暖系統(tǒng)，從而不需要鍋爐或熱泵系統(tǒng)。在冬季需要供暖時，系統(tǒng)回收冷凝熱來實現(xiàn)，多余的冷凝熱仍舊排放到環(huán)境中去。由于實現(xiàn)制冷機(jī)組的冷熱聯(lián)供，空調(diào)綜合能效比達(dá)到9-10，這是其他任何冷機(jī)效率所無法比擬的。采用這種熱回收技術(shù)，一個數(shù)據(jù)中心的上萬平方米的辦公、運維和宿舍都可以實現(xiàn)免費供暖。
高效磁懸浮變頻離心冷水機(jī)組。磁懸浮離心壓縮機(jī)代表了當(dāng)今最先進(jìn)的壓縮機(jī)技術(shù)趨勢。變頻驅(qū)動的高效磁懸浮無油離心式壓縮機(jī)采用磁懸浮軸承技術(shù)，高性能脈寬調(diào)制（PWM）永磁同步電動機(jī)，其轉(zhuǎn)速隨負(fù)荷變化而自動調(diào)節(jié)，確保機(jī)組在各工況下始終處于最佳運行狀態(tài)，使機(jī)組在滿負(fù)荷及部分負(fù)荷時均能高效運行。無油磁懸浮軸承，無任何接觸摩擦，無需油系統(tǒng)，顯著增加機(jī)組可靠性，保養(yǎng)簡單方便；無換熱器油膜熱阻，可提高蒸發(fā)、冷凝換熱效率達(dá)15%左右，提升離心機(jī)組運行效率。采用該技術(shù)建設(shè)的空調(diào)機(jī)組具有當(dāng)前最高的使用效率，無論在滿負(fù)荷下，還是在部分負(fù)荷下，機(jī)組都有非常高的能效系數(shù)，空調(diào)綜合能效比值達(dá)到10。
3 數(shù)據(jù)中心建設(shè)的技術(shù)革新
解決計算時代數(shù)據(jù)中心的能耗問題，除了在IT技術(shù)和機(jī)房系統(tǒng)的節(jié)能方面做出努力外，還需要在數(shù)據(jù)中心建設(shè)上做出整體的節(jié)能考慮，目前主要數(shù)據(jù)中心建設(shè)節(jié)能技術(shù)革新主要體現(xiàn)在以下兩個方面：
全面使用DCIM軟件。傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)設(shè)施運行效率低下是運維中的長期困擾，企業(yè)在初期缺少合理的規(guī)模設(shè)計，并在后期未能提高總體的管控能力是關(guān)鍵因素。為此多功能的數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施管理（DCIM）軟件作為一種解決方案被引入進(jìn)了企業(yè)，全球已有上百家公司提供數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施解決方案。DCIM 解決方案可幫助CIO收集個人設(shè)備的電源和冷卻系統(tǒng)信息以及測量的能源消耗情況，動態(tài)配置能源使用方案。如艾默生電氣公司的Trellis平臺，被康普收購的iTRACS公司，都可以幫助企業(yè)積極主動地管理能源使用和自動執(zhí)行的內(nèi)部任務(wù)計劃，以降低運營成本。DCIM軟件管理讓IT管理人員與設(shè)備管理人員可以更好地交流并協(xié)同工作，顯而易見的好處是可以實現(xiàn)至少30%的節(jié)能效果，有助于讓PUE（Power Usage Effectiveness，衡量數(shù)據(jù)中心能源效率指標(biāo)）值降至1.22甚至更低。根據(jù)IDC研究，DCIM有望在未來幾年保持穩(wěn)健的增長態(tài)勢。在2011年， DCIM軟件和服務(wù)的市場總額達(dá)2.47億美元。到2016年，DCIM市場將增長到6.9億美元，年增長率為22.8%。
加強(qiáng)能源效率審計。近年來，企業(yè)對能效審計工作越來越關(guān)注，國外的很多成功經(jīng)驗也表明，能效管理將成為決定企業(yè)發(fā)展的“軟實力”。德國能效博士柯文諾表示：“高能耗企業(yè)發(fā)展到今天，年產(chǎn)值已經(jīng)不再是企業(yè)強(qiáng)大與否的唯一指標(biāo)，重不重視節(jié)能技術(shù)正成為決定企業(yè)成敗的關(guān)鍵因素。”數(shù)據(jù)中心運維過程中，信息化部門可通過定期審計并分析有關(guān)數(shù)據(jù)，實時掌握能耗情況，便于確定能耗突出點，從而有針對性地完善方案，優(yōu)化配置。數(shù)據(jù)中心通過引入能源效率審計，有助于進(jìn)一步節(jié)能工作的開展。
目前，信息技術(shù)正在日新月異的發(fā)展，云計算逐步在我國落地。從資源節(jié)約角度，云計算為我們的節(jié)能、環(huán)保提供了一個非常好的發(fā)展方向，但是大規(guī)模的云計算數(shù)據(jù)中心的建設(shè)又給我們帶來了數(shù)據(jù)中心能耗突出的實際問題。因此，我們既要用好云計算，同時也要管好云計算，只有通過IT技術(shù)革新、機(jī)房系統(tǒng)建設(shè)技術(shù)革新、數(shù)據(jù)中心技術(shù)革新等多項節(jié)能舉措并行，才能更好的將云計算為我們建設(shè)服務(wù)，才能真正的享受云計算帶來的種種好處。
參考文獻(xiàn)
[1]舒爾茨著.韓毅剛等譯.綠色虛擬數(shù)據(jù)中心[M].北京：人民郵電出版社.
[2]領(lǐng)先騰訊阿里.百度云數(shù)據(jù)中心國內(nèi)PUE第一.http：//.cn IT專家網(wǎng)論壇[Z].2014，04，17
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[4]王珂.數(shù)據(jù)中心節(jié)能的前沿高招.暢享網(wǎng)，[Z].2013.
作者單位
1.中國五礦集團(tuán)公司 北京市 100044
2.中節(jié)能科技投資有限公司 北京市 100082
根據(jù)權(quán)威機(jī)構(gòu)的研究結(jié)果表明，數(shù)據(jù)中心耗費了全球1.5%至2%的電力，并且以每年12%的增長率增長。全球數(shù)據(jù)中心耗電量同樣驚人，據(jù)IDC報告，2005年全球數(shù)據(jù)中心的耗電量是全球用電量的0.8%。2007年全球數(shù)據(jù)中心耗費的總能量達(dá)到了3300億千瓦時，相當(dāng)于整個英國的電力需求。美國環(huán)保署報告，2011年美國的數(shù)據(jù)中心全年累計耗電1000億千瓦時，占全美當(dāng)年總耗電量的1.5%，電費約74億美元。數(shù)據(jù)中心已經(jīng)成為名副其實的“電老虎”。同時，數(shù)據(jù)中心電力的消耗會帶來大量的碳排放，自2008年以來，全球數(shù)據(jù)中心每年都產(chǎn)生大約8000萬噸二氧化碳，據(jù)預(yù)估，在2020年碳排放將達(dá)到3.4億噸。
作為發(fā)展中國家，中國未來經(jīng)濟(jì)的發(fā)展必須走節(jié)能環(huán)保之路。云計算作為當(dāng)前ICT發(fā)展重點方向，也必須尋找出一整套行之有效的節(jié)能技術(shù)手段。在數(shù)據(jù)中心的建設(shè)過程中，綜合當(dāng)前技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，應(yīng)從以下三個方面開展技術(shù)革新，節(jié)約能源，建設(shè)更“綠色”的數(shù)據(jù)中心。
1 IT節(jié)能技術(shù)的革新
IT技術(shù)是云計算技術(shù)的核心，目前業(yè)界對于IT技術(shù)的研究重心已經(jīng)由發(fā)展初期關(guān)注如何提高計算系統(tǒng)的高速度高性能，轉(zhuǎn)向如何提高計算系統(tǒng)的計算效率（提高能耗比）。云計算的數(shù)據(jù)中心是所有計算和存儲的中心，因此要構(gòu)建“綠色”的數(shù)據(jù)中心，首先從IT節(jié)能技術(shù)的革新開始。
CPU體系結(jié)構(gòu)的變化。CPU作為計算機(jī)的“心臟”主要有CISC（Complex Instruction Set Computer，復(fù)雜指令系統(tǒng)計算機(jī)）和RISC（Reduced Instruction Set Computer，精簡指令系統(tǒng)計算機(jī)）兩種體系結(jié)構(gòu)。Intel公司出品的X86系列CPU就是典型的CISC產(chǎn)品，其特點是指令復(fù)雜，指令長度較長，編解碼復(fù)雜，需要分解成多個微指令去執(zhí)行，雖然便于提高計算機(jī)性能，但導(dǎo)致能耗大，相對而言，能耗比偏低。相對于此，大家常用的手機(jī)、PAD等智能移動終端多以ARM系列CPU為主，特點是性能相對較差，能耗低。隨著近年來，電子技術(shù)飛速發(fā)展，以ARM為代表的CPU已經(jīng)在能耗比上逐漸超越X86，并在計算密集型應(yīng)用中逐漸嶄露頭角，逐漸引入到數(shù)據(jù)中心建設(shè)中。以百度為例，2012年底，該公司實現(xiàn)ARM Server全球首次規(guī)模化應(yīng)用。并將GPU應(yīng)用于機(jī)器學(xué)習(xí)領(lǐng)域。通過對程序的重構(gòu)和優(yōu)化，實現(xiàn)CPU單核加速400倍，將每瓦特的計算能力提升34倍的成果，大幅降低數(shù)據(jù)中心能耗。
存儲技術(shù)的改進(jìn)。當(dāng)前計算機(jī)系統(tǒng)主要采用機(jī)械式硬盤，優(yōu)點是技術(shù)成熟、價格低廉、使用方便，缺點是能耗較高。通過引入固態(tài)硬盤（Solid State Drive）將極大地緩解存儲設(shè)備的能耗問題。固態(tài)硬盤，使用閃存顆粒作為存儲單元，不再采用傳統(tǒng)的機(jī)械存儲方法，使用模擬的方式虛擬出傳統(tǒng)硬盤存取方式和扇區(qū)等，區(qū)別于傳統(tǒng)機(jī)械式硬盤，突出特點是沒有機(jī)械結(jié)構(gòu)，利用傳統(tǒng)的NAND Flash特性，以區(qū)塊寫入和抹除的方式來作讀寫的功能，因此在讀寫的效率上，非常依賴閃存技術(shù)的發(fā)展。與傳統(tǒng)機(jī)械式硬盤比較，具有低耗電、耐震、穩(wěn)定性高、耐低溫等優(yōu)點。IBM近期推出“FlashSystem”系列全閃存存儲服務(wù)器，有關(guān)負(fù)責(zé)人指出：數(shù)據(jù)中心建設(shè)中，采用SSD建設(shè)方案不僅有性能優(yōu)勢，也更省電，且在散熱措施上的投資也要比傳統(tǒng)硬盤小很多，綜合來看，采用SSD技術(shù)是符合當(dāng)前技術(shù)發(fā)展潮流的。
研發(fā)低能耗操作系統(tǒng)。隨著基礎(chǔ)硬件平臺的演變，低能耗的ARM系列CPU和SSD硬盤的廣泛使用，操作系統(tǒng)也需要全面調(diào)整體系結(jié)構(gòu)，應(yīng)將“低能耗，高效率、適度資源使用”原則作為未來計算機(jī)操作系統(tǒng)的重要設(shè)計原則。例如，微軟在Windows 7操作系統(tǒng)中推出ReadyBoost的技術(shù)，通過閃存減少常用軟件從較慢的機(jī)械硬盤中調(diào)用的次數(shù)，把讀取延誤減至最低，相應(yīng)提高性能的同時，降低了能耗。未來在服務(wù)器操作系統(tǒng)中，將出現(xiàn)更多的新技術(shù)，為降低服務(wù)器功耗提供更多的技術(shù)支持。
2 機(jī)房系統(tǒng)的技術(shù)革新
根據(jù)最新統(tǒng)計，機(jī)房系統(tǒng)占整個數(shù)據(jù)中心的電耗比例已經(jīng)達(dá)到45%，其中冷源部分占到2/3。綠色數(shù)據(jù)中心的構(gòu)建，機(jī)房系統(tǒng)的節(jié)能解決方案成了重中之重，刻不容緩。
采用自然冷卻的冷水機(jī)組。數(shù)據(jù)中心通常都需要常年不間斷供冷，常規(guī)的制冷系統(tǒng)，室外溫度即使是低于或遠(yuǎn)低于其循環(huán)冷凍水溫的情況下冷水機(jī)組也需要照常運行。自然冷卻（Freecooling）機(jī)組與常規(guī)冷水機(jī)組最大的區(qū)別在于它帶有獨特的風(fēng)冷自然冷卻換熱器，其運行優(yōu)先利用天然環(huán)境的低溫空氣冷卻循環(huán)冷凍水，可以實現(xiàn)無壓縮機(jī)運行制冷，顯著節(jié)省壓縮機(jī)的電耗。在夏季，自然冷卻機(jī)組與常規(guī)空調(diào)一樣仍舊采用壓縮機(jī)制冷。在過渡季，當(dāng)環(huán)境溫度達(dá)到比冷凍水回水溫度低2℃或以上時，開起自然冷卻，利用冷空氣的冷量預(yù)冷冷凍水，無需壓縮機(jī)功耗；自然冷卻不足部分，再由常規(guī)壓縮制冷接力，從而減少了系統(tǒng)功耗。在冬季，完全靠自然冷卻冷卻冷凍水，不需壓縮機(jī)開起，只需少量風(fēng)扇電耗，能效比高達(dá)20以上。通過自然冷卻技術(shù)，在過渡季和冬季減少了壓縮機(jī)工作時間和強(qiáng)度，有效降低了制冷功耗。與常規(guī)的冷水機(jī)組相比，據(jù)計算，北京所在緯度地區(qū)為例，常年節(jié)電達(dá)到30%-38%。
熱回收技術(shù)利用。大型數(shù)據(jù)中心常年需要不間斷的冷源，需要冷水機(jī)組高效制冷完成。而與數(shù)據(jù)中心配套的周邊辦公、運維和宿舍在冬季卻同時需要大量的熱量來解決供暖問題。在常規(guī)設(shè)計中，供暖需要鍋爐或熱泵解決，需要消耗大量的能源。新的熱回收技術(shù)，免費利用制冷機(jī)組在制冷時候向環(huán)境中排放的冷凝熱來加熱供暖系統(tǒng)，從而不需要鍋爐或熱泵系統(tǒng)。在冬季需要供暖時，系統(tǒng)回收冷凝熱來實現(xiàn)，多余的冷凝熱仍舊排放到環(huán)境中去。由于實現(xiàn)制冷機(jī)組的冷熱聯(lián)供，空調(diào)綜合能效比達(dá)到9-10，這是其他任何冷機(jī)效率所無法比擬的。采用這種熱回收技術(shù)，一個數(shù)據(jù)中心的上萬平方米的辦公、運維和宿舍都可以實現(xiàn)免費供暖。
高效磁懸浮變頻離心冷水機(jī)組。 磁懸浮離心壓縮機(jī)代表了當(dāng)今最先進(jìn)的壓縮機(jī)技術(shù)趨勢。變頻驅(qū)動的高效磁懸浮無油離心式壓縮機(jī)采用磁懸浮軸承技術(shù)，高性能脈寬調(diào)制（PWM）永磁同步電動機(jī)，其轉(zhuǎn)速隨負(fù)荷變化而自動調(diào)節(jié)，確保機(jī)組在各工況下始終處于最佳運行狀態(tài)，使機(jī)組在滿負(fù)荷及部分負(fù)荷時均能高效運行。無油磁懸浮軸承，無任何接觸摩擦，無需油系統(tǒng)，顯著增加機(jī)組可靠性，保養(yǎng)簡單方便；無換熱器油膜熱阻，可提高蒸發(fā)、冷凝換熱效率達(dá)15%左右，提升離心機(jī)組運行效率。采用該技術(shù)建設(shè)的空調(diào)機(jī)組具有當(dāng)前最高的使用效率，無論在滿負(fù)荷下，還是在部分負(fù)荷下，機(jī)組都有非常高的能效系數(shù)，空調(diào)綜合能效比值達(dá)到10。
3 數(shù)據(jù)中心建設(shè)的技術(shù)革新
解決計算時代數(shù)據(jù)中心的能耗問題，除了在IT技術(shù)和機(jī)房系統(tǒng)的節(jié)能方面做出努力外，還需要在數(shù)據(jù)中心建設(shè)上做出整體的節(jié)能考慮，目前主要數(shù)據(jù)中心建設(shè)節(jié)能技術(shù)革新主要體現(xiàn)在以下兩個方面：
全面使用DCIM軟件。傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)設(shè)施運行效率低下是運維中的長期困擾，企業(yè)在初期缺少合理的規(guī)模設(shè)計，并在后期未能提高總體的管控能力是關(guān)鍵因素。為此多功能的數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施管理（DCIM）軟件作為一種解決方案被引入進(jìn)了企業(yè)，全球已有上百家公司提供數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施解決方案。DCIM 解決方案可幫助CIO收集個人設(shè)備的電源和冷卻系統(tǒng)信息以及測量的能源消耗情況，動態(tài)配置能源使用方案。如艾默生電氣公司的Trellis平臺，被康普收購的iTRACS公司，都可以幫助企業(yè)積極主動地管理能源使用和自動執(zhí)行的內(nèi)部任務(wù)計劃，以降低運營成本。DCIM軟件管理讓IT管理人員與設(shè)備管理人員可以更好地交流并協(xié)同工作，顯而易見的好處是可以實現(xiàn)至少30%的節(jié)能效果，有助于讓PUE（Power Usage Effectiveness，衡量數(shù)據(jù)中心能源效率指標(biāo)）值降至1.22甚至更低。根據(jù)IDC研究，DCIM有望在未來幾年保持穩(wěn)健的增長態(tài)勢。在2011年， DCIM軟件和服務(wù)的市場總額達(dá)2.47億美元。到2016年，DCIM市場將增長到6.9億美元，年增長率為22.8%。
加強(qiáng)能源效率審計。近年來，企業(yè)對能效審計工作越來越關(guān)注，國外的很多成功經(jīng)驗也表明，能效管理將成為決定企業(yè)發(fā)展的“軟實力”。德國能效博士柯文諾表示：“高能耗企業(yè)發(fā)展到今天，年產(chǎn)值已經(jīng)不再是企業(yè)強(qiáng)大與否的唯一指標(biāo)，重不重視節(jié)能技術(shù)正成為決定企業(yè)成敗的關(guān)鍵因素。”數(shù)據(jù)中心運維過程中，信息化部門可通過定期審計并分析有關(guān)數(shù)據(jù)，實時掌握能耗情況，便于確定能耗突出點，從而有針對性地完善方案，優(yōu)化配置。數(shù)據(jù)中心通過引入能源效率審計，有助于進(jìn)一步節(jié)能工作的開展。
目前，信息技術(shù)正在日新月異的發(fā)展，云計算逐步在我國落地。從資源節(jié)約角度，云計算為我們的節(jié)能、環(huán)保提供了一個非常好的發(fā)展方向，但是大規(guī)模的云計算數(shù)據(jù)中心的建設(shè)又給我們帶來了數(shù)據(jù)中心能耗突出的實際問題。因此，我們既要用好云計算，同時也要管好云計算，只有通過IT技術(shù)革新、機(jī)房系統(tǒng)建設(shè)技術(shù)革新、數(shù)據(jù)中心技術(shù)革新等多項節(jié)能舉措并行，才能更好的將云計算為我們建設(shè)服務(wù)，才能真正的享受云計算帶來的種種好處。
參考文獻(xiàn)
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[4]王珂.數(shù)據(jù)中心節(jié)能的前沿高招.暢享網(wǎng)，[Z].2013.
關(guān)鍵詞：云存儲；MapReduce；數(shù)據(jù)分類；節(jié)能算法；存儲模型
中圖分類號： TP393.09； TP274
文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A
Abstract： Constant expansion and that energy consumption factors are ignored with its design process， bring the problem of high energy consumption and low efficiency of the cloud storage system. And this problem has become a main bottleneck in the development of cloud computing and big data. Most of previous studies had been mostly used to adjust the entire storage node to the lowpower mode to save energy. According to the repetition of data and access rules， new storage model based on data classification was proposed. The storage area was divided into HotZone， ColdZone and ReduplicationZone so as to divisionally store the data according to the repetition and activity factor characteristics of each data file. Based on the new storage model， an energyefficient storage algorithm was designed and a new storage model was constructed. The experimental results show that， the new storage model improves the energy utilization rate of the distributed storage system nearly 25%， especially when the system load is lower than the given threshold.
Key words： cloud storage； MapReduce； data classification； energyefficient algorithm； storage model
0引言
據(jù)文獻(xiàn)[1]統(tǒng)計，2007年全球數(shù)據(jù)量達(dá)到281EB，而2007年到2011年這5年時間內(nèi)，全球數(shù)據(jù)量增長了10倍。數(shù)據(jù)量的高速增長伴隨而來的是存儲系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，這使得運營成本不斷提高，其成本不僅包括硬件、機(jī)房、冷卻設(shè)備等固定成本，還包括IT設(shè)備與冷卻設(shè)備的電能消耗等其他開銷；并且，系統(tǒng)的高能耗將導(dǎo)致過量溫室氣體的排放并引發(fā)環(huán)境問題。在能源價格上漲、數(shù)據(jù)中心存儲規(guī)模不斷擴(kuò)大的今天，高能耗已逐漸成為制約大數(shù)據(jù)快速發(fā)展的一個主要瓶頸[2]。據(jù)文獻(xiàn)[3]統(tǒng)計，目前IT領(lǐng)域的二氧化碳排放量占全球的2%，而到2020年這一比例將翻番。2008年路由器、交換機(jī)、服務(wù)器、冷卻設(shè)備、數(shù)據(jù)中心等互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備總共消耗8680億度電，占全球總耗電量的5.3%。紐約時報與麥肯錫在經(jīng)過一年的聯(lián)合調(diào)查，最終在《紐約時報》上發(fā)表了“Power，pollution and the Internet”[4]，調(diào)查顯示Google數(shù)據(jù)中心年耗電量約3000000W，而Facebook則達(dá)到了600000W，而巨大的能耗中卻只有6%～12%的能耗被用于響應(yīng)是相應(yīng)，還是響應(yīng)，請明確。用戶的請求。云存儲系統(tǒng)是云計算的重要組成部分，是各種云計算服務(wù)的基礎(chǔ)，云存儲在云計算中心的整個能耗組成中占有相當(dāng)大的比例。據(jù)文獻(xiàn)[5-6]，云存儲系統(tǒng)占整個云計算中心能耗的27%～40%，所以無論從降低大數(shù)據(jù)服務(wù)提供商的運營成本，還是從降低能耗以保護(hù)環(huán)境的角度出發(fā)，研究云存儲系統(tǒng)中的節(jié)能技術(shù)都具有很大的現(xiàn)實意義與應(yīng)用前景。
1相關(guān)研究
分布存儲系統(tǒng)一方面通過超額的資源供給與冗余設(shè)計以保障多維服務(wù)質(zhì)量（Quality of Service， QoS）與系統(tǒng)可靠性；另一方面系統(tǒng)負(fù)載均衡算法專注于將用戶請求平均分發(fā)給系統(tǒng)中所有的服務(wù)器以提高系統(tǒng)的可用性。這些設(shè)計原則都沒有考慮到存儲系統(tǒng)的能耗因素，導(dǎo)致云存儲系統(tǒng)的能量利用日益暴露出高能耗、低效率的問題。
研究分布式存儲系統(tǒng)節(jié)能方面，根據(jù)軟硬件角度進(jìn)行劃分，可分為硬件節(jié)能與軟件節(jié)能兩個方面[7]。硬件節(jié)能主要通過低能耗高效率的硬件設(shè)備或體系結(jié)構(gòu)，對現(xiàn)有的高能耗存儲設(shè)備進(jìn)行替換，從而達(dá)到節(jié)能的目的。硬件節(jié)能方法效果立竿見影，且不需要復(fù)雜的能耗管理組件；但是對于已經(jīng)部署的大規(guī)模應(yīng)用系統(tǒng)，大批量的硬件替換面臨成本過高的問題。軟件節(jié)能通過對存儲資源的有效調(diào)度，在不影響系統(tǒng)性能的前提條件下將部分存儲節(jié)點調(diào)整到低能耗模式，以達(dá)到節(jié)能的目的。由于不需要對現(xiàn)有硬件體系進(jìn)行改變，軟件節(jié)能是目前云存儲節(jié)能技術(shù)的研究熱點。軟件節(jié)能研究主要集中在基于節(jié)點管理與數(shù)據(jù)管理兩方面。節(jié)點管理主要研究如何選擇存儲系統(tǒng)中的部分節(jié)點或磁盤為上層應(yīng)用提供數(shù)據(jù)服務(wù)，并讓其他節(jié)點進(jìn)入低能耗模式以達(dá)到降低能耗的目的。節(jié)點管理中被關(guān)閉節(jié)點的選擇與數(shù)據(jù)管理技術(shù)緊密相關(guān)，而目前已有的數(shù)據(jù)管理技術(shù)主要有基于靜態(tài)數(shù)據(jù)放置、動態(tài)數(shù)據(jù)放置與緩存預(yù)取三種。其中：基于靜態(tài)數(shù)據(jù)放置的數(shù)據(jù)管理根據(jù)固定的數(shù)據(jù)放置策略將數(shù)據(jù)存儲到系統(tǒng)中各節(jié)點上后，將不再改變其存儲結(jié)構(gòu)；基于動態(tài)數(shù)據(jù)放置的數(shù)據(jù)管理根據(jù)數(shù)據(jù)訪問頻度動態(tài)調(diào)整數(shù)據(jù)存放的位置，將訪問頻度高與頻度低的數(shù)據(jù)遷移到不同磁盤上，對存儲低頻度數(shù)據(jù)的磁盤進(jìn)行節(jié)能處理以降低系統(tǒng)能耗；基于緩存預(yù)取的數(shù)據(jù)管理[8]借鑒內(nèi)存中的數(shù)據(jù)緩存思想，將磁盤中的數(shù)據(jù)取到內(nèi)存或其他低能耗輔助存儲設(shè)備并使原磁盤進(jìn)入低能耗模式以此達(dá)到節(jié)能的目的。
為了提高分布存儲系統(tǒng)的能耗利用率，根據(jù)數(shù)據(jù)的重復(fù)性及訪問規(guī)律，本文將數(shù)據(jù)進(jìn)行分類存儲，在新的存儲結(jié)構(gòu)下設(shè)計了適應(yīng)節(jié)能的數(shù)據(jù)存儲及讀取算法。已有文獻(xiàn)[9-15]大多采用的是節(jié)點級的節(jié)能策略，即將整個存儲節(jié)點調(diào)整到低能耗模式以達(dá)到節(jié)能的目的。本文則主要采用將磁盤調(diào)整到休眠模式以達(dá)到節(jié)能的模式。而現(xiàn)有的磁盤級的節(jié)能研究[16-20]又主要采用基于硬件節(jié)能改進(jìn)的方法，并沒有與存儲系統(tǒng)或系統(tǒng)負(fù)載特點進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合。與節(jié)點級的節(jié)能策略相比，磁盤級的節(jié)能策略在節(jié)能效率上不如前者。這是因為節(jié)點級的節(jié)能策略是對整個節(jié)點實施節(jié)能，而磁盤級的節(jié)能策略則是對節(jié)點的部分存儲設(shè)備實施節(jié)能處理。
2適應(yīng)節(jié)能的數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)及算法
2.1基于數(shù)據(jù)分類的存儲結(jié)構(gòu)
文獻(xiàn)[10]中將Rack劃分為ActiveZone與SleepZone兩個存儲區(qū)域，根據(jù)不同數(shù)據(jù)的訪問頻率與規(guī)律計算活動因子以配置數(shù)據(jù)的存儲區(qū)域，通過數(shù)據(jù)中心負(fù)載規(guī)律適時對SleepZone區(qū)域中的服務(wù)器進(jìn)行休眠處理以達(dá)到節(jié)能的目的，此方法屬于節(jié)點級的節(jié)能方法。節(jié)點級的節(jié)能方法通過對整個存儲節(jié)點進(jìn)行節(jié)能處理達(dá)到節(jié)能的目的，為了不影響系統(tǒng)數(shù)據(jù)的可用性并適應(yīng)數(shù)據(jù)塊的訪問規(guī)律，需要周期性地對系統(tǒng)存儲結(jié)構(gòu)進(jìn)行重配置，在存儲結(jié)構(gòu)重配置的過程中需要在節(jié)點間進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)傳輸操作。當(dāng)系統(tǒng)規(guī)模較為龐大時，網(wǎng)絡(luò)傳輸成本較高。將存儲結(jié)構(gòu)重配置時的數(shù)據(jù)傳輸操作控制在同一個節(jié)點內(nèi)，可以有效地節(jié)省網(wǎng)絡(luò)傳輸成本。另外，當(dāng)本文對存儲系統(tǒng)中數(shù)據(jù)文件建立MD5值索引時，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中存在著大量的重復(fù)數(shù)據(jù)。實際上，據(jù)文獻(xiàn)[21]研究發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用系統(tǒng)所保存的數(shù)據(jù)中高達(dá)60%是冗余的，而且隨著時間的推移越來越多?；谝陨峡紤]，本文提出基于數(shù)據(jù)分類的存儲結(jié)構(gòu)區(qū)域劃分方法（定義1），首先將數(shù)據(jù)按照數(shù)據(jù)文件重復(fù)性與數(shù)據(jù)塊活動因子[10]將數(shù)據(jù)分為3種：重復(fù)數(shù)據(jù)文件、熱數(shù)據(jù)塊與冷數(shù)據(jù)塊。將這3種類型的文件分別存儲到重復(fù)文件區(qū)、熱數(shù)據(jù)塊區(qū)與冷數(shù)據(jù)塊區(qū)，如圖1所示為一個擁有8塊磁盤的DataNode節(jié)點的存儲結(jié)構(gòu)劃分方式，其中：熱數(shù)據(jù)塊區(qū)有4塊磁盤，冷數(shù)據(jù)塊區(qū)域重復(fù)文件區(qū)分別占2塊磁盤。
定義1基于數(shù)據(jù)分類的存儲結(jié)構(gòu)。將基于數(shù)據(jù)分類的存儲區(qū)域劃分定義為三元組：
StorageZone=〈HotZone，ColdZone，ReduplicationZone〉
其中HotZone、ColdZone與ReduplicationZone分別表示系統(tǒng)中各存儲節(jié)點中處于熱數(shù)據(jù)塊區(qū)、冷數(shù)據(jù)塊區(qū)與重復(fù)文件區(qū)中所有磁盤的集合。節(jié)能模式下（系統(tǒng)負(fù)載較低時），系統(tǒng)可將ColdZone與ReduplicationZone中的磁盤進(jìn)行休眠處理。ReduplicationZone中用于存儲冗余的數(shù)據(jù)文件的數(shù)據(jù)塊（ReduplicationZone中，如采用原文件存儲方式代替數(shù)據(jù)塊副本存儲機(jī)制可大幅度節(jié)約存儲資源）。對于判斷數(shù)據(jù)塊是應(yīng)該存儲在ColdZone還是在HotZone區(qū)域的問題，采用文獻(xiàn)[10]中提出的數(shù)據(jù)塊活動因子與存儲結(jié)構(gòu)重配置相互結(jié)合的方法，本文不對此問題進(jìn)行進(jìn)一步的討論。下文將對適應(yīng)節(jié)能的數(shù)據(jù)存儲策略及適應(yīng)節(jié)能的數(shù)據(jù)塊讀取策略進(jìn)行介紹。
2.2適應(yīng)節(jié)能數(shù)據(jù)存儲策略
由于基于機(jī)架感知的數(shù)據(jù)塊存儲策略沒有考慮到節(jié)能狀態(tài)下的節(jié)點（或磁盤）的當(dāng)前狀態(tài)、節(jié)能的存儲結(jié)構(gòu)，出現(xiàn)與現(xiàn)有算法的不適應(yīng)問題。在2.1節(jié)存儲結(jié)構(gòu)區(qū)域劃分的基礎(chǔ)上，本節(jié)提出了適應(yīng)節(jié)能的數(shù)據(jù)存儲算法，其中矩陣F表示文件分塊矩陣（文獻(xiàn)[10]定義3）。
4.2適應(yīng)節(jié)能的磁盤級存儲結(jié)構(gòu)分析
4.2.1ReduplicationZone存儲區(qū)域
由于ReduplicationZone中用于直接存儲冗余的數(shù)據(jù)文件，所以系統(tǒng)文件冗余率越高，ReduplicationZone區(qū)域磁盤數(shù)量越多。ColdZone與HotZone區(qū)域磁盤數(shù)量取決于平均活動因子[10]，而平均活動因子由數(shù)據(jù)塊的訪問頻率決定。系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)塊訪問越頻繁，數(shù)據(jù)塊平均活動因子越大，HotZone區(qū)域磁盤數(shù)量越大，ColdZone區(qū)域磁盤數(shù)量越?。环粗畡t相反。所以，為了測試存儲區(qū)域結(jié)構(gòu)的劃分，實驗分為兩步：1）向?qū)嶒灜h(huán)境中隨機(jī)存儲有一定冗余率的數(shù)據(jù)文件，進(jìn)行ReduplicationZone與HotZone存儲區(qū)域的劃分；2）模擬不同的數(shù)據(jù)塊訪問頻率，計算不同數(shù)據(jù)文件的活動因子，進(jìn)行HotZone與ColdZone存儲區(qū)域的劃分。實驗利用CloudSim模擬出大量的DataNode節(jié)點，每個DataNode節(jié)點擁有多個磁盤。實驗中實現(xiàn)了ReduplicationZone區(qū)域基于副本的與原文件的兩種存儲方法，采用原文件存儲方式代替數(shù)據(jù)塊副本存儲機(jī)制可大幅度節(jié)約存儲資源。
4.2.2ColdZone存儲區(qū)域
文獻(xiàn)[10]中定義9對數(shù)據(jù)塊活動因子af進(jìn)行了定義，活動因子af用于度量節(jié)能環(huán)境下數(shù)據(jù)文件的數(shù)據(jù)塊處于活動存儲節(jié)點（HotZone區(qū)域）中的備份數(shù)，當(dāng)數(shù)據(jù)活躍程度越高（同一時間段內(nèi)被訪問次數(shù)多）時，af值越高越能適應(yīng)該數(shù)據(jù)塊的訪問性能；相反數(shù)據(jù)活動程度低時可通過調(diào)低活動因子來達(dá)到節(jié)能的目的。af可根據(jù)數(shù)據(jù)塊的訪問頻率或規(guī)律計算。系統(tǒng)平均活動因子af可用于度量系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的整體活躍程度，af值越高說明系統(tǒng)中數(shù)據(jù)越活躍。
4.3節(jié)能效果分析
通過第3章能耗模型的分析可知，系統(tǒng)節(jié)能效率由處于節(jié)能狀態(tài)的磁盤數(shù)量與時間決定。其中磁盤數(shù)量為ColdZone與ReduplicationZone區(qū)域磁盤數(shù)之和，而時間由系統(tǒng)節(jié)能模式切換算法決定。通過上文分析可知，系統(tǒng)數(shù)據(jù)冗余率越高，系統(tǒng)平均活動因子af越小，可節(jié)能的磁盤數(shù)越大；系統(tǒng)一天中負(fù)載低于閾值μ的時間越長，節(jié)能模式時間越長，則系統(tǒng)節(jié)能效率越高。極端情況下，當(dāng)系統(tǒng)整天負(fù)載都大于閾值μ時，系統(tǒng)不能進(jìn)入節(jié)能模式，節(jié)能效率為0；當(dāng)系統(tǒng)整天負(fù)載都小于閾值μ時，系統(tǒng)節(jié)能效率達(dá)到最大。
5結(jié)語
為了提高分布存儲系統(tǒng)的能耗利用率，根據(jù)數(shù)據(jù)的重復(fù)性及訪問規(guī)律，本文設(shè)計了基于數(shù)據(jù)分類的存儲模型，能夠有效地減小已有節(jié)能算法在存儲結(jié)構(gòu)重配置過程中的數(shù)據(jù)傳輸成本。圍繞新的存儲模型，設(shè)計了適應(yīng)節(jié)能的數(shù)據(jù)存儲算法并建立了能耗模型。實驗結(jié)果表明：新的存儲模型能夠提高系統(tǒng)磁盤級的能耗利用率，適應(yīng)節(jié)能的數(shù)據(jù)存儲算法能夠很好地解決傳統(tǒng)算法對節(jié)能模式的適應(yīng)問題。已有研究主要采用基于硬件節(jié)能改進(jìn)的方法，并沒有與存儲系統(tǒng)或系統(tǒng)負(fù)載特點進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合。雖然，與節(jié)點級的節(jié)能策略相比，磁盤級的節(jié)能策略在節(jié)能效率上不如前者，但在實際的大數(shù)據(jù)應(yīng)用環(huán)境下，節(jié)點級的節(jié)能策略需要考慮的不僅僅是數(shù)據(jù)存儲層的QoS保障問題，并且需要考慮任務(wù)執(zhí)行層的QoS保障問題。因為節(jié)點級的節(jié)能策略使得數(shù)據(jù)存儲層（磁盤）與計算層（CPU與內(nèi)存）同時不能立即響應(yīng)任務(wù)的請求，這樣使得節(jié)點級的節(jié)能策略需要考慮的問題更多、更復(fù)雜。與此相反，磁盤級的節(jié)能策略在節(jié)能模式下系統(tǒng)中所有節(jié)點的CPU與內(nèi)存都處于工作狀態(tài)，能夠?qū)θ蝿?wù)進(jìn)行立即響應(yīng)，并不需要關(guān)心任務(wù)執(zhí)行層的QoS保障問題，這樣使得云存儲系統(tǒng)只需要考慮職責(zé)范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)存儲層的QoS保障問題即可，具有良好的功能任務(wù)分層控制，有利于工程實現(xiàn)。
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減法的簡便運算。減法的簡便運算主要是運用減法的運算性質(zhì)，即連減兩個數(shù)等于減去這兩個數(shù)的和。
乘法的簡便運算之一——巧用乘法交換律和乘法結(jié)合律進(jìn)行簡便運算。其基本方法也是通過交換和結(jié)合達(dá)到湊成整十、整百、整千的數(shù)，便于我們口算出結(jié)果。
乘法的簡便運算之二——巧用乘法分配律。對乘法分配律的運用有正用乘法分配律和倒用乘法分配律兩種形式。
乘法的簡便運算之二——乘法分配律的復(fù)雜用法。有些看似不能直接運用乘法分配律的簡便運算題目，需要通過變形處理，才能運用乘法分配律解決問題。
作為全球領(lǐng)先的網(wǎng)絡(luò)解決方案提供商，思科一直致力于數(shù)字化醫(yī)院的規(guī)劃與建設(shè)，擁有在全球范圍醫(yī)療行業(yè)信息化建設(shè)合作的成功經(jīng)驗，自2005年以來已經(jīng)連續(xù)八年參加中華醫(yī)院信息網(wǎng)絡(luò)大會。思科非常重視在中國醫(yī)療領(lǐng)域的投資和發(fā)展，致力于同各級政府、醫(yī)療單位和行業(yè)合作伙伴一起推動醫(yī)療改革發(fā)展。為了進(jìn)一步提高中國醫(yī)療信息化建設(shè)與應(yīng)用水平，推動中國醫(yī)療衛(wèi)生信息化事業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展，思科于2010年與CHIMA簽署了合作備忘錄。
思科一直致力于成為云計算和云服務(wù)方面的引領(lǐng)者與核心驅(qū)動者之一。思科全球副總裁兼大中華區(qū)企業(yè)事業(yè)部總裁張思華先生表示：“思科的云戰(zhàn)略就是使用戶居于中心，將網(wǎng)絡(luò)作為云的運作平臺，通過為用戶部署云服務(wù)，來確保其協(xié)同、創(chuàng)新和安全地開展業(yè)務(wù)，從而進(jìn)一步加速云服務(wù)業(yè)務(wù)的不斷發(fā)展。同時，思科還將通過豐富的云生態(tài)系統(tǒng)，幫助客戶部署經(jīng)過全面測試、行業(yè)最佳的整體云解決方案，并最終將自身打造成為基于網(wǎng)絡(luò)平臺優(yōu)勢提供云服務(wù)的市場領(lǐng)導(dǎo)者?！?/p>
隨著云計算技術(shù)應(yīng)用的不斷成熟，思科著力研發(fā)將云計算技術(shù)運用于醫(yī)療行業(yè)的數(shù)字化解決方案。思科在此次大會上展示了其創(chuàng)新的基于云計算技術(shù)的智能互聯(lián)醫(yī)院解決方案，包括基于云計算技術(shù)的數(shù)據(jù)中心和虛擬終端、智能互聯(lián)－思科移動和無線解決方案和醫(yī)院內(nèi)外統(tǒng)一協(xié)作醫(yī)療解決方案，以及協(xié)作式醫(yī)療技術(shù)（包括遠(yuǎn)程醫(yī)療和院內(nèi)互聯(lián)）和區(qū)域協(xié)作醫(yī)療網(wǎng)絡(luò)云技術(shù)在思科“思蜀援川”項目中的應(yīng)用。
對醫(yī)療機(jī)構(gòu)而言，大量的業(yè)務(wù)應(yīng)用數(shù)據(jù)、臨床檢驗數(shù)據(jù)、醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)對網(wǎng)絡(luò)的帶寬、可靠性等都提出非常高的要求。思科基于云計算技術(shù)的數(shù)據(jù)中心和虛擬終端技術(shù)，先進(jìn)的高速萬兆級局域數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及數(shù)據(jù)、語音、視頻、樓宇觀察等各類信息網(wǎng)絡(luò)的全面融合技術(shù)，能夠為醫(yī)療機(jī)構(gòu)提供面向未來的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，從根本上保證數(shù)字化醫(yī)院的運行。
與此同時，思科的移動和無線解決方案為醫(yī)護(hù)人員、管理人員和訪客提供無所不在的移動網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)，集成化安全特性可以為保護(hù)敏感的患者數(shù)據(jù)提供先進(jìn)的身份驗證和加密技術(shù)。全面的思科網(wǎng)絡(luò)和先進(jìn)的管理工具可以提供集中、經(jīng)濟(jì)有效的管理并確?？煽啃?。
思科提供的統(tǒng)一通信（基于IP網(wǎng)絡(luò)的多功能語音及視頻電話技術(shù)）、思科網(wǎng)真（高清數(shù)字視頻會議技術(shù)）、數(shù)字媒體系統(tǒng)（基于IP網(wǎng)絡(luò)的信息發(fā)送與顯示平臺）等主要協(xié)同技術(shù)優(yōu)化了醫(yī)院工作人員的工作流程，為醫(yī)護(hù)人員提供無縫整合的數(shù)據(jù)，使醫(yī)護(hù)人員能夠更加便捷地隨時隨地獲得所需的業(yè)務(wù)信息，進(jìn)而為患者提供更可靠的、更高質(zhì)量的醫(yī)療服務(wù)。
1.教會學(xué)生讀懂題目
（1）題目冗長。應(yīng)用題中對事件的過多贅述，往往造成學(xué)生對題目的閱讀產(chǎn)生疲憊感，以至于無法在題目中及時有效地把握正確的信息進(jìn)行解答，甚至做出錯誤的判斷。（2）給出的已知條件表述不直接。應(yīng)用題中或許不總會正面給出學(xué)生做題所需的已知量，缺乏分析能力的學(xué)生也許就不能正確找到隱含條件，并運用此已知量來求得答案。（3）不能正確判斷比較量。在一些應(yīng)用題中，往往出現(xiàn)A 物比B 物大多少，B 物比C 物大多少，已知A 物，求C 物等題。在處理這些問題中，學(xué)生們往往不能清晰辨認(rèn)出各方之間的關(guān)系，導(dǎo)致做題困難。（4）概念不清。在一些應(yīng)用題中，已知條件給出的是半徑還是直徑，求半圓周長抑或是圓周長，學(xué)生們也不時會弄錯。但這除了是概念不清外，也有可能是粗心導(dǎo)致的結(jié)果。（5）錯誤的習(xí)慣性思維。部分學(xué)生認(rèn)為給出的條件都有用，給出的條件都只用一次。但這并不總是如此。相反，有些題目給出的條件就是混淆視聽、而有些條件卻需要用上兩次才能解決。
2.教會學(xué)生運用直觀式方法解答小學(xué)數(shù)學(xué)應(yīng)用題
2.1 會借助圖形解答應(yīng)用題
在小學(xué)數(shù)學(xué)應(yīng)用題的解答過程中，動用線段等圖形輔助工具解答題目是最直觀且準(zhǔn)確率最高的方法之一。小學(xué)生的思維正處于以具體形象思維為主，向以抽象邏輯思維為主的過渡階段。思考總是離不開形象的材料作為輔助手段，對于抽象的總是理解起來比較困難。而這一轉(zhuǎn)變往往依靠一定量的直觀思維做基礎(chǔ)，學(xué)生才可以在遇到相類似題目時迅速反應(yīng)過來。而當(dāng)學(xué)生們在面對此類題目也無需再依靠畫圖便能準(zhǔn)備理清各者之間的關(guān)系時，便是抽象思維的培養(yǎng)。例1：十棵樹苗，要栽五行，每行四棵，請你想法。解符合題目要求的圖形應(yīng)是一個五角星。4×5÷2=10。因為五角星的5條邊交叉重復(fù)，應(yīng)減去一半。
2.2 會利用方程解答應(yīng)用題
同任何一種知識點的學(xué)習(xí)一樣，利用方程解決實際問題的教學(xué)也決不能僅僅停留在“會”的層面，而應(yīng)該以“會”為依托支點 ，追求更為深入的數(shù)學(xué)化， 只有這樣方程思維模型的抽象構(gòu)建才能實現(xiàn)。方程這個名詞在小學(xué)生看來像是一個極其復(fù)雜的內(nèi)容，為此，老師務(wù)必引導(dǎo)學(xué)生正確接受方程這一解題方法，使學(xué)生從圖像思維模式過渡到運用準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)語言解答小學(xué)數(shù)學(xué)應(yīng)用題。算術(shù)算法的特點是未知數(shù)不參加列式，根據(jù)題里的數(shù)量關(guān)系，確定是怎樣用已知數(shù)算出未知數(shù)，再列式計算；而方程算法的特點是，未知數(shù)是用字母表示，然后參加列式，根據(jù)題意找出數(shù)量間的相等關(guān)系，再列方程解。
3.訓(xùn)練小學(xué)生加、減、乘、除運算能力
