物聯網對高校機房能源增效作用研究

邱平 胡倫

摘 要 利用物聯網技術，對機房智能化管理與能源增效起到重要作用。通過對高校耗電巨大的機房進行物聯網思維分析，基于物聯網技術條件改造機房，并提出運用物聯網技術的機房能源增效方案，對整個高校綠色校園建設具有一定的借鑒意義。

關鍵詞 物聯網;高校機房;IDC機房;能源增效;節能減排;綠色校園;節約型校園;機房能源管理系統

中圖分類號：G647 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2019）08-0134-03

Study on Effect of Internet of Things on Energy Efficiency of Computer Rooms in Colleges//QIU Ping， HU Lun

Abstract The use of IOT technology has played an important role?in reinforcing intelligent managements and promoting energy effi-ciency in computer rooms. We can use IOT technology to analyze the?large power consumption in computer rooms in colleges and trans-form the condition of the room， and then put forward a scheme for?effectively increasing the energy efficiency of computer rooms based?on IOT technology， which make a referential significance for the construction of green campus.

Key words Internet of things; college computer rooms; IDC rooms; energy efficiency; energy conservation and emission reduction; green campus; conservation-oriented campus; energy management system of computer room

1 引言

高校機房主要分為兩種，一種是存放重要電子設備的IDC（Internet Data Center）機房，其正常運行對環境要求較高;一種是承擔教學的電子機房，電子設備一般為臺式計算機及一些大型電子儀器設備。隨著節能減排、綠色校園要求的不斷深入，降低機房能耗、提高機房能源增效已經成為行業內的熱點，同時可以提高機房運行的智能化與穩定性，對節能降耗與綠色校園建設具有重要意義。

物聯網是現代信息社會發展最為迅速的技術之一，具有泛在感知的能力、可靠傳輸的性能、智能處理的優勢。物聯網具體與能源增效建設進行結合，能夠很好地為高校節能減排、綠色校園做出貢獻。物聯網具有精細化管理的能力，可以實時監控各種設備的使用及耗能情況，并可以根據各種傳感器數據情況進行自動化調整，解放了人工防守這種高成本方式;并可以根據物聯網平臺數據進行后續大數據分析，可持續跟進、動態調整機房能源增效相關方案。

2 物聯網技術

物聯網（Internet of Things，IoT）是新一代信息技術的重要組成部分，也是信息化時代的重要發展階段，現代大型互聯網公司爭相進軍物聯網市場。通常講，物聯網是指物與物相連，物與人相連，它是互聯網系統的延伸。物聯網利用局部網絡或互聯網等相關通信技術，把安裝在各種物品中的傳感器通過新的方式聯系在一起，形成物與物、人與物的信息互聯，從而構成遠程管理控制的新型智能化網絡系統[1]。物聯網形式多樣、技術復雜、涉及面廣，通常根據工作機制分為四個層次：感知識別層、網絡構建

層、管理服務層和綜合應用層（圖1）。

物聯網各層之間既相對獨立又緊密聯系。在綜合應用層以下，同一層次上的不同技術互為補充，適用于不同環境，構成該層次技術的全套應對策略。而不同層次根據應用需求，提供各種技術的配置組合，構成一套完整的解決方案。具體到某個區域性的智能物聯網，就應該以現實需求為向導對技術進行選擇，根據具體的需求和環境，選擇合適的感知技術、聯網技術和信息處理技術[2]。

3 物聯網在高校機房能源增效中的應用

高校機房特點 高校IDC機房是高校重要電子設備運行場所，房間內除了安放計算機、通信設備等，為了增加設備運行的穩定性和可靠性，還安裝了多重輔助設備，主要包括不間斷電源（UPS）、精密空調、電力檢測、新風系統等設備。因IDC機房諸多電子設備散熱量較大，房間溫度過高，極易導致計算機等重要設備的故障。為了保證整個機房的長期、穩定運行，除了需要穩定的電力及溫濕度環境保障外，還需要各種傳感設備及監控設備來實時監測電力及設備運行環境的狀態，一般通過RS-485通信線與數據采集器連接。

高校普通機房對環境要求相對IDC機房較低，其主要功能為公共計算機教學及專業課教學功用，耗能分析上主要為設備、空調及燈光耗能，對機房室內溫濕度等要求具有一定的彈性，因此在后期利用物聯網技術節能方式上也有不同。不管是IDC機房，還是普通教學機房，通常都通過物聯網設備進行數據采集與處理，主要有環境檢測設備、監控系統、處理設備與執行設備（圖2）。

煙感傳感器、火感傳感器、水浸傳感器、溫濕度傳感器及紅外傳感器主要用來監測機房環境及機房實時動態;采用物聯網數據模型開發方式，通過網絡/RS-485接口轉換器連接需要控制的設備，一般包括不間斷電源（UPS）、精密空調、三相電力表;采集的主要參數包括設備運行的電力參數（電壓、電流、功率等）、不間斷電源的開關控制狀態、空調的溫濕度等。此外，還需要網絡視頻監控設備采集視頻信息，可以通過監控畫面是否變動判定是否有人活動，進行標記存儲與電源管理。

物聯網在高校機房能源增效中的作用 隨著物聯網技術的不斷進步與發展，已經越來越多地走進人們的生活，各種傳感器的應用可以有效地實時監控設備或者環境等狀態，并根據事先構建的節能策略對各種耗能設備進行節能控制。通過相關研究分析，IDC機房耗能主要由制冷設備、IT設備、供電設備、照明監控等附帶設備組成。通常IT設備耗能占比最多，約占耗電總量的70%;制冷設備與供電設備約占14%;照明監控設備約占2%[3]。

運用物聯網模型分析高校機房能耗情況，可以根據具體情況進行節能策略針對性處理，從而達到能源增效的效果。IT設備是耗能大戶，因為需要運用物聯網監控技術對設備進行監控，找出耗能規律，構建節能增效的技術方案，主要運用虛擬化技術與超融合技術減少服務器等物理設備的總量，同時配合能源監控做好電力的節能優化;制冷系統也是高校機房耗能的重要來源，因IT設備發熱量大，制冷系統對機房設備安全穩定至關重要，利用物聯網傳感器設置對溫濕度的測定，制定通風或者制冷策略;此外，針對照明等小型耗能設備，可根據人體傳感器偵測是否有人，從而控制電源開關[4]。

4 物聯網對高校機房能源增效對策

制冷系統中機房能源增效 隨著IDC機房設備的不斷改造增加，機房的散熱量也不斷上升，制冷設備的耗能僅次于IT設備耗能，屬于機房耗能大戶。制冷設備運用物聯網數據模型改造，構建通風降溫與設備制冷雙模式進行節能增效。通過物聯網溫濕度傳感器，可以精確地獲知機房溫濕度，進而調節空調功率降低能耗，屬于普通節能降耗方式，并不能明顯節能增效。精密空調制冷主要從改善空氣循環方面入手，冷風可以直接精準送入機柜，最大限度地高效利用冷氣。

根據區域不同，高校IDC機房可建設通風降溫與設備制冷雙模式，根據地理位置不同做不同方案。特別是在北方地區，新風系統可以利用室內外空氣交換達到降溫的目的，有效節約能源。基本原理是利用機房內外溫差，引入室外冷空氣循環交替，達到物理降溫的方式（圖3）：由溫濕度傳感器偵測室外空氣，根據事先系統設定的定值啟動新風系統，交換熱冷空氣。由于通風系統不涉及壓縮機這種高耗能制冷設備，因此，相較于設備制冷，節約能源效果明顯。實踐發現，冬季效果尤為顯著，有相關數據顯示，可節約能耗約50%。

IT設備能源增效 根據數據分析，機房主要耗能的70%左右來自IT設備，其他為制冷、照明等設備耗能。因此，運用物聯網思維對機房IT設備的耗能進行優化，對能源增效至關重要。運用物聯網思維，就是創建萬物互聯、萬物感知的環境，通過智能感知、識別技術與普適計算等通信感知技術，把機房里面眾多的IT設備進行互聯互通，借此監測能耗情況，進行集中控制、統一管理，實現節能環保[4]。

通過物聯網設備智能控制及分配設備用電時間及時顯示耗能情況，適時調整用電規律抗大電流沖擊等[5]。基于ZigBee標準的嵌入式傳感器已經被廣泛應用于IT設備的監控。通常IT設備為了保持穩定，都有一定冗余，這部分設備也是耗能節點。運用物聯網傳感設備收集耗能數據進行分析，進而建立標準耗能模型，并根據不通時段對冗余需求進行設備的功耗降低或者關閉設備。除此之外，需要在服務器虛擬化方面加大力度，盡量集成設備以減少物理設備的數量，超融合技術的運用也可以有效減少設備耗能與設備數量。

照明監控等設備的能源增效 高校IDC機房與普通機房都必須配用監控設備，實時監控畫面并存儲視頻，此外還有照明設備等少量耗能產品。現如今，監控設備已經嵌入物聯網感知設備，有紅外攝像功能、移動偵測功能、自動碎片化攝錄功能、熱傳感功能等。根據物聯網智能家居模式，可構建機房照明及輔助設備的智能化控電方式，這種模式在普通機房發揮的功用更為明顯。根據控制區域將照明分組，通過每個微波傳感器與攝像頭移動偵測或智能家具中的人體偵測，構建智能化控制照明方案，傳感器根據現場的環境光照度與是否有人員活動，綜合決定是否執行感應動作或者開啟錄制[6]。此外，現代機房監控都支持APP遠程查看與控制，在一些極端天氣與環境下可以實現遠程查看現場與能源控制。

5 結語

建設綠色校園、節約型校園是大勢所趨，機房作為高校一個重要耗能節點，能源增效方面尤為重要。運用物聯網技術進行能源監控與管理將是今后機房發展的一個重要方向，運用物聯網模型構建機房能源管理系統進行能源控制，由于機房耗能100%為電能，主要由控電進行節能。機房能源管理系統可根據現實需要對不同能源增效方案進行策略調整，以便選擇更好的節能增效方案[7]。如北方機房對精密空調與新風系統分季節使用，冬季使用新風系統而關閉精密空調，節能明顯。用高壓直流電替代傳統UPS也有較好的節能效果。物聯網技術運用在機房節能增效方面效果明顯，將為綠色校園與節約型校園建設提供技術保障。

參考文獻

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[2]丁承君，劉強，等.基于物聯網和邊緣計算的高校機房在線監測[J].計算機工程與應用，2018（21）：257-264.

[3]高中蘭.降低數據中心電力損耗和節能措施研究：能耗監測系統在徐州電信IDC機房的應用[M]//中國通信學會信息通信網絡技術委員會2013年年會論文集.2013：545-550.

[4]何力，余海，房利國.基于物聯網的能耗檢測系統解決方案[J].信息安全與通信保密，2012（1）：67-69，71.

[5]劉媛，楊杉，張泉，等.物聯網技術在機房監測和資產管理中的應用[J].湖北電力，2016，40（8）：43-47.

[6]趙巧穎.基于物聯網的電信運營商機房能耗監控系統研究與設計[D].武漢：華中師范大學，2017.

[7]趙巧穎，等.基于物聯網的電信運營商機房能耗監控系統[J].計算機工程與應用，2017，53（22）：204-207，270.

作者：邱平、胡倫，寧波工程學院，助理館員，研究方向為數字圖書館、智慧圖書館、信息技術與學科整合（315211）。