深度探索建筑節(jié)能改造/能耗管理
中央空調(diào)節(jié)能解決方案領(lǐng)導(dǎo)者
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而作為大型商業(yè)建筑、寫字樓的核心能耗設(shè)備的中央空調(diào)，其能耗往往都占建筑的總能耗的30%-50%甚至更高。傳統(tǒng)中央空調(diào)都是依賴固定的閾值來控制，容易導(dǎo)致“過度制冷/制熱”或“運行效率低下”等問題，能源浪費都非常顯著。最近這些年，物聯(lián)網(wǎng)（IoT）技術(shù)日益成熟，這也給中央空調(diào)的節(jié)能改造開辟了新路子。具體來說，就是通過安裝智能傳感器，實時收集設(shè)備的運行狀態(tài)以及周圍環(huán)境的數(shù)據(jù)，再借助云端進(jìn)行深入分析和動態(tài)調(diào)整，如此一來，就能讓中央空調(diào)的控制方式從依賴“經(jīng)驗”轉(zhuǎn)變?yōu)橐揽俊皵?shù)據(jù)驅(qū)動”。本篇文將圍繞傳感器部署、數(shù)據(jù)采集技術(shù)，以及中央空調(diào)節(jié)能改造的具體實踐展開探討。
然而，傳統(tǒng)的通過“定時開關(guān)”或簡單的“溫度閾值”的控制方式就難以真正地將空調(diào)的開關(guān)、取暖的節(jié)制等順應(yīng)起到不同的時間段、不同區(qū)域的人員的流動的需求。通過部署物聯(lián)網(wǎng)傳感器（如溫度、濕度、CO?濃度傳感器），可以實時采集室內(nèi)環(huán)境參數(shù)及人員密度數(shù)據(jù)。比如說，在辦公室這樣的場景下，傳感器能夠察覺到會議室里沒人時溫度的變化，然后自動對空調(diào)的運行模式做出調(diào)整；而在商場里呢，通過紅外傳感器可以識別出客流的高峰時段，進(jìn)而動態(tài)地調(diào)整制冷的強度。
通過數(shù)據(jù)采集之后，通過MQTT協(xié)議將數(shù)據(jù)上傳至云端服務(wù)器，再存儲于時序數(shù)據(jù)庫中。通過云端的算法可根據(jù)歷史的數(shù)據(jù)與實時需求，生成最優(yōu)溫度曲線（如“上班前30分鐘啟動預(yù)冷”），并通過IoT小程序或控制面板實時下發(fā)指令至空調(diào)主機，實現(xiàn)“按需供冷/供熱”，達(dá)到降低無效能耗。
如果中央空調(diào)的核心部件如壓縮機、風(fēng)機等都出了問題不僅僅會給我們帶來停機的直接經(jīng)濟損失，而且還可能因為長期的高溫、過高的壓力等一系列的不良的工作狀態(tài)，讓這臺設(shè)備的老化的速度都要大大地加快了。通過在關(guān)鍵部件上部署振動傳感器、電流傳感器及溫度傳感器，可實時監(jiān)測設(shè)備運行狀態(tài)：振動異?？赡茴A(yù)示軸承磨損，電流突增可能提示電機過載，溫度超閾值可能反映散熱系統(tǒng)故障。
通過巧妙的將NB-IoT的長連接的特性充分的發(fā)揮， 將傳感器的數(shù)據(jù)的上傳頻率盡量的降低（如每小時只將數(shù)據(jù)上傳一次），從而大大避免了由于頻繁的通信而導(dǎo)致的電量的消耗的問題。云端通過機器學(xué)習(xí)模型分析設(shè)備狀態(tài)趨勢（如“壓縮機振動值月均增長5%”），提前預(yù)警潛在故障，指導(dǎo)運維人員及時更換部件或調(diào)整運行參數(shù)，減少停機損失與維護成本。
但傳統(tǒng)的能耗統(tǒng)計僅能為我們提供“總用電量”的宏觀的數(shù)據(jù)，對于具體的設(shè)備的能耗的浪費的哪一環(huán)節(jié)都無法得以準(zhǔn)確的定位。通過部署能源計量傳感器（如電表、水表、冷量表），可采集空調(diào)主機、冷卻塔、水泵等子系統(tǒng)的實時能耗數(shù)據(jù)，并結(jié)合環(huán)境參數(shù)（如室外溫度、濕度）與人員活動數(shù)據(jù)（如會議室使用時段），建立“能耗-環(huán)境-行為”的關(guān)聯(lián)模型。
比如說，經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，“在夜間沒有人的時間段里，冷卻塔依舊按照80%的功率在運行”，針對這種情況，可以通過對運行模式進(jìn)行調(diào)整（像是切換到“待機模式”這種操作）來降低能源的消耗；又或者能發(fā)現(xiàn)“在高溫天氣的情況下，空調(diào)的制冷效率會下降15%”，然后據(jù)此對冷凝器的清洗計劃進(jìn)行優(yōu)化，或者增添一些輔助散熱的設(shè)備。節(jié)能的這層層精細(xì)化的分析，管理者才能將其轉(zhuǎn)化為更加科學(xué)的節(jié)能策略，從而初步實現(xiàn)了10%-20%的年節(jié)能率的目標(biāo)。
由中央空調(diào)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的復(fù)雜（尤其是多聯(lián)機的、風(fēng)管機的廣泛的分布等）以及部分區(qū)域的（如地下車庫、高層的機房等）對信號的覆蓋都存在一定的不足，從而造成了對傳感器的數(shù)據(jù)的丟失或延遲等一系列的不良后果。
解決方案：采用NB-IoT與Mesh網(wǎng)絡(luò)結(jié)合的組網(wǎng)方式。借助NB-IoT的長距離、低功耗的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的傳輸（如設(shè)備的狀態(tài)等），同時又通過Mesh網(wǎng)絡(luò)（如通過智能的燈泡、插座等設(shè)備的中繼）來彌補了NB-IoT在室內(nèi)的短距離的覆蓋的不足，從而大大地提高了傳感器的數(shù)據(jù)的“不掉線”的可靠性。例如，某商業(yè)綜合體中央空調(diào)改造中，通過Mesh網(wǎng)絡(luò)將地下二層的傳感器覆蓋率從70%提升至95%。
中央空調(diào)設(shè)備品牌多樣（如格力、大金、開利），傳感器需適配Modbus、BACnet等多種通信協(xié)議，數(shù)據(jù)格式不統(tǒng)一，整合難度大。
解決方案：采用標(biāo)準(zhǔn)化IoT網(wǎng)關(guān)就像“翻譯官”。通過內(nèi)置的高效的協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊，將各類設(shè)備的特有的私有協(xié)議的數(shù)據(jù)都統(tǒng)一的轉(zhuǎn)換為MQTT等一系列的公有協(xié)議從而實現(xiàn)了各類設(shè)備的數(shù)據(jù)的統(tǒng)一的上傳至云端。同時，通過定義“設(shè)備標(biāo)簽”（如“空調(diào)主機-01”“冷卻塔-02”），實現(xiàn)數(shù)據(jù)的分類存儲與快速檢索。某酒店改造案例中，通過網(wǎng)關(guān)整合后，數(shù)據(jù)整合效率提升60%。
但由于傳感器所采集的諸如人員的密度、室內(nèi)的溫度等環(huán)境數(shù)據(jù)都具有較高的商業(yè)價值，對其的防范不僅僅要防范其數(shù)據(jù)的泄露外，還要防范其可能的惡意的攻擊和篡改等。
解決方案：采用“端-管-云”三級安全防護。終端傳感器通過AES加密傳輸數(shù)據(jù)；傳輸過程中使用TLS協(xié)議加密通道；云端部署防火墻與訪問控制（如僅允許授權(quán)過的IP查詢數(shù)據(jù)）。某企業(yè)改造后，數(shù)據(jù)泄露風(fēng)險降低90%。
依托于對傳感器的部署以及對數(shù)據(jù)的高效的采集，中央空調(diào)的物聯(lián)網(wǎng)的改造就將從傳統(tǒng)的“經(jīng)驗的控制”逐步的向“數(shù)據(jù)的驅(qū)動”邁進(jìn)。其核心價值在于：通過實時監(jiān)測與動態(tài)調(diào)控降低無效能耗，通過預(yù)測性維護減少停機損失，通過精細(xì)化分析優(yōu)化資源分配。盡管面臨著覆蓋的難以統(tǒng)一、兼容性的問題以及安全的長期隱患等一系列的挑戰(zhàn)，但NB-IoT的興起、Mesh網(wǎng)絡(luò)的逐步成熟以及標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)關(guān)的應(yīng)用等也已逐步地破解了這一系列的難題。對于企業(yè)管理者而言，中央空調(diào)IoT改造不僅是技術(shù)升級，更是降本增效、提升競爭力的重要抓手——據(jù)測算，典型商業(yè)建筑改造后，年綜合運營成本可降低15%-25%，投資回報周期約3-5年。未來，隨著AIoT（人工智能+物聯(lián)網(wǎng)）技術(shù)的融合。
粵公網(wǎng)安備