物聯(lián)網(wǎng)對高校機房能源增效作用研究

邱平 胡倫

摘 要 利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，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(lián)網(wǎng)思維分析，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)條件改造機房，并提出運用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的機房能源增效方案，對整個高校綠色校園建設(shè)具有一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞 物聯(lián)網(wǎng);高校機房;IDC機房;能源增效;節(jié)能減排;綠色校園;節(jié)約型校園;機房能源管理系統(tǒng)

中圖分類號：G647 文獻標(biāo)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(shè)備的IDC（Internet Data Center）機房，其正常運行對環(huán)境要求較高;一種是承擔(dān)教學(xué)的電子機房，電子設(shè)備一般為臺式計算機及一些大型電子儀器設(shè)備。隨著節(jié)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(jīng)成為行業(yè)內(nèi)的熱點，同時可以提高機房運行的智能化與穩(wěn)定性，對節(jié)能降耗與綠色校園建設(shè)具有重要意義。

物聯(lián)網(wǎng)是現(xiàn)代信息社會發(fā)展最為迅速的技術(shù)之一，具有泛在感知的能力、可靠傳輸?shù)男阅?、智能處理的?yōu)勢。物聯(lián)網(wǎng)具體與能源增效建設(shè)進行結(jié)合，能夠很好地為高校節(jié)能減排、綠色校園做出貢獻。物聯(lián)網(wǎng)具有精細化管理的能力，可以實時監(jiān)控各種設(shè)備的使用及耗能情況，并可以根據(jù)各種傳感器數(shù)據(jù)情況進行自動化調(diào)整，解放了人工防守這種高成本方式;并可以根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)平臺數(shù)據(jù)進行后續(xù)大數(shù)據(jù)分析，可持續(xù)跟進、動態(tài)調(diào)整機房能源增效相關(guān)方案。

2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things，IoT）是新一代信息技術(shù)的重要組成部分，也是信息化時代的重要發(fā)展階段，現(xiàn)代大型互聯(lián)網(wǎng)公司爭相進軍物聯(lián)網(wǎng)市場。通常講，物聯(lián)網(wǎng)是指物與物相連，物與人相連，它是互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的延伸。物聯(lián)網(wǎng)利用局部網(wǎng)絡(luò)或互聯(lián)網(wǎng)等相關(guān)通信技術(shù)，把安裝在各種物品中的傳感器通過新的方式聯(lián)系在一起，形成物與物、人與物的信息互聯(lián)，從而構(gòu)成遠程管理控制的新型智能化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)[1]。物聯(lián)網(wǎng)形式多樣、技術(shù)復(fù)雜、涉及面廣，通常根據(jù)工作機制分為四個層次：感知識別層、網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建

層、管理服務(wù)層和綜合應(yīng)用層（圖1）。

物聯(lián)網(wǎng)各層之間既相對獨立又緊密聯(lián)系。在綜合應(yīng)用層以下，同一層次上的不同技術(shù)互為補充，適用于不同環(huán)境，構(gòu)成該層次技術(shù)的全套應(yīng)對策略。而不同層次根據(jù)應(yīng)用需求，提供各種技術(shù)的配置組合，構(gòu)成一套完整的解決方案。具體到某個區(qū)域性的智能物聯(lián)網(wǎng)，就應(yīng)該以現(xiàn)實需求為向?qū)夹g(shù)進行選擇，根據(jù)具體的需求和環(huán)境，選擇合適的感知技術(shù)、聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和信息處理技術(shù)[2]。

3 物聯(lián)網(wǎng)在高校機房能源增效中的應(yīng)用

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

高校普通機房對環(huán)境要求相對IDC機房較低，其主要功能為公共計算機教學(xué)及專業(yè)課教學(xué)功用，耗能分析上主要為設(shè)備、空調(diào)及燈光耗能，對機房室內(nèi)溫濕度等要求具有一定的彈性，因此在后期利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)節(jié)能方式上也有不同。不管是IDC機房，還是普通教學(xué)機房，通常都通過物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備進行數(shù)據(jù)采集與處理，主要有環(huán)境檢測設(shè)備、監(jiān)控系統(tǒng)、處理設(shè)備與執(zhí)行設(shè)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(jiān)測機房環(huán)境及機房實時動態(tài);采用物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)模型開發(fā)方式，通過網(wǎng)絡(luò)/RS-485接口轉(zhuǎn)換器連接需要控制的設(shè)備，一般包括不間斷電源（UPS）、精密空調(diào)、三相電力表;采集的主要參數(shù)包括設(shè)備運行的電力參數(shù)（電壓、電流、功率等）、不間斷電源的開關(guān)控制狀態(tài)、空調(diào)的溫濕度等。此外，還需要網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控設(shè)備采集視頻信息，可以通過監(jiān)控畫面是否變動判定是否有人活動，進行標(biāo)記存儲與電源管理。

物聯(lián)網(wǎng)在高校機房能源增效中的作用 隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷進步與發(fā)展，已經(jīng)越來越多地走進人們的生活，各種傳感器的應(yīng)用可以有效地實時監(jiān)控設(shè)備或者環(huán)境等狀態(tài)，并根據(jù)事先構(gòu)建的節(jié)能策略對各種耗能設(shè)備進行節(jié)能控制。通過相關(guān)研究分析，IDC機房耗能主要由制冷設(shè)備、IT設(shè)備、供電設(shè)備、照明監(jiān)控等附帶設(shè)備組成。通常IT設(shè)備耗能占比最多，約占耗電總量的70%;制冷設(shè)備與供電設(shè)備約占14%;照明監(jiān)控設(shè)備約占2%[3]。

運用物聯(lián)網(wǎng)模型分析高校機房能耗情況，可以根據(jù)具體情況進行節(jié)能策略針對性處理，從而達到能源增效的效果。IT設(shè)備是耗能大戶，因為需要運用物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控技術(shù)對設(shè)備進行監(jiān)控，找出耗能規(guī)律，構(gòu)建節(jié)能增效的技術(shù)方案，主要運用虛擬化技術(shù)與超融合技術(shù)減少服務(wù)器等物理設(shè)備的總量，同時配合能源監(jiān)控做好電力的節(jié)能優(yōu)化;制冷系統(tǒng)也是高校機房耗能的重要來源，因IT設(shè)備發(fā)熱量大，制冷系統(tǒng)對機房設(shè)備安全穩(wěn)定至關(guān)重要，利用物聯(lián)網(wǎng)傳感器設(shè)置對溫濕度的測定，制定通風(fēng)或者制冷策略;此外，針對照明等小型耗能設(shè)備，可根據(jù)人體傳感器偵測是否有人，從而控制電源開關(guān)[4]。

4 物聯(lián)網(wǎng)對高校機房能源增效對策

制冷系統(tǒng)中機房能源增效 隨著IDC機房設(shè)備的不斷改造增加，機房的散熱量也不斷上升，制冷設(shè)備的耗能僅次于IT設(shè)備耗能，屬于機房耗能大戶。制冷設(shè)備運用物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)模型改造，構(gòu)建通風(fēng)降溫與設(shè)備制冷雙模式進行節(jié)能增效。通過物聯(lián)網(wǎng)溫濕度傳感器，可以精確地獲知機房溫濕度，進而調(diào)節(jié)空調(diào)功率降低能耗，屬于普通節(jié)能降耗方式，并不能明顯節(jié)能增效。精密空調(diào)制冷主要從改善空氣循環(huán)方面入手，冷風(fēng)可以直接精準(zhǔn)送入機柜，最大限度地高效利用冷氣。

根據(jù)區(qū)域不同，高校IDC機房可建設(shè)通風(fēng)降溫與設(shè)備制冷雙模式，根據(jù)地理位置不同做不同方案。特別是在北方地區(qū)，新風(fēng)系統(tǒng)可以利用室內(nèi)外空氣交換達到降溫的目的，有效節(jié)約能源?；驹硎抢脵C房內(nèi)外溫差，引入室外冷空氣循環(huán)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(jù)事先系統(tǒng)設(shè)定的定值啟動新風(fēng)系統(tǒng)，交換熱冷空氣。由于通風(fēng)系統(tǒng)不涉及壓縮機這種高耗能制冷設(shè)備，因此，相較于設(shè)備制冷，節(jié)約能源效果明顯。實踐發(fā)現(xiàn)，冬季效果尤為顯著，有相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，可節(jié)約能耗約50%。

IT設(shè)備能源增效 根據(jù)數(shù)據(jù)分析，機房主要耗能的70%左右來自IT設(shè)備，其他為制冷、照明等設(shè)備耗能。因此，運用物聯(lián)網(wǎng)思維對機房IT設(shè)備的耗能進行優(yōu)化，對能源增效至關(guān)重要。運用物聯(lián)網(wǎng)思維，就是創(chuàng)建萬物互聯(lián)、萬物感知的環(huán)境，通過智能感知、識別技術(shù)與普適計算等通信感知技術(shù)，把機房里面眾多的IT設(shè)備進行互聯(lián)互通，借此監(jiān)測能耗情況，進行集中控制、統(tǒng)一管理，實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保[4]。

通過物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備智能控制及分配設(shè)備用電時間及時顯示耗能情況，適時調(diào)整用電規(guī)律抗大電流沖擊等[5]。基于ZigBee標(biāo)準(zhǔn)的嵌入式傳感器已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于IT設(shè)備的監(jiān)控。通常IT設(shè)備為了保持穩(wěn)定，都有一定冗余，這部分設(shè)備也是耗能節(jié)點。運用物聯(lián)網(wǎng)傳感設(shè)備收集耗能數(shù)據(jù)進行分析，進而建立標(biāo)準(zhǔn)耗能模型，并根據(jù)不通時段對冗余需求進行設(shè)備的功耗降低或者關(guān)閉設(shè)備。除此之外，需要在服務(wù)器虛擬化方面加大力度，盡量集成設(shè)備以減少物理設(shè)備的數(shù)量，超融合技術(shù)的運用也可以有效減少設(shè)備耗能與設(shè)備數(shù)量。

照明監(jiān)控等設(shè)備的能源增效 高校IDC機房與普通機房都必須配用監(jiān)控設(shè)備，實時監(jiān)控畫面并存儲視頻，此外還有照明設(shè)備等少量耗能產(chǎn)品?，F(xiàn)如今，監(jiān)控設(shè)備已經(jīng)嵌入物聯(lián)網(wǎng)感知設(shè)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(jù)物聯(lián)網(wǎng)智能家居模式，可構(gòu)建機房照明及輔助設(shè)備的智能化控電方式，這種模式在普通機房發(fā)揮的功用更為明顯。根據(jù)控制區(qū)域?qū)⒄彰鞣纸M，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(gòu)建智能化控制照明方案，傳感器根據(jù)現(xiàn)場的環(huán)境光照度與是否有人員活動，綜合決定是否執(zhí)行感應(yīng)動作或者開啟錄制[6]。此外，現(xiàn)代機房監(jiān)控都支持APP遠程查看與控制，在一些極端天氣與環(huán)境下可以實現(xiàn)遠程查看現(xiàn)場與能源控制。

5 結(jié)語

建設(shè)綠色校園、節(jié)約型校園是大勢所趨，機房作為高校一個重要耗能節(jié)點，能源增效方面尤為重要。運用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進行能源監(jiān)控與管理將是今后機房發(fā)展的一個重要方向，運用物聯(lián)網(wǎng)模型構(gòu)建機房能源管理系統(tǒng)進行能源控制，由于機房耗能100%為電能，主要由控電進行節(jié)能。機房能源管理系統(tǒng)可根據(jù)現(xiàn)實需要對不同能源增效方案進行策略調(diào)整，以便選擇更好的節(jié)能增效方案[7]。如北方機房對精密空調(diào)與新風(fēng)系統(tǒng)分季節(jié)使用，冬季使用新風(fēng)系統(tǒng)而關(guān)閉精密空調(diào)，節(jié)能明顯。用高壓直流電替代傳統(tǒng)UPS也有較好的節(jié)能效果。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)運用在機房節(jié)能增效方面效果明顯，將為綠色校園與節(jié)約型校園建設(shè)提供技術(shù)保障。

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