基于空調(diào)云平臺的節(jié)能控制系統(tǒng)測試床
中國移動通信集團(tuán)有限公司政企客戶分公司（簡稱：政企分公司），成立于2012年8月，是中國移動通信集團(tuán)下屬經(jīng)營集團(tuán)客戶市場的專業(yè)化分公司。政企分公司作為政企市場經(jīng)營和新業(yè)務(wù)開拓的專業(yè)化公司，立志成為“全球領(lǐng)先的行業(yè)數(shù)字化運(yùn)營商”，成為跨行業(yè)專業(yè)化運(yùn)營、共創(chuàng)行業(yè)數(shù)字化新價值的企業(yè)集團(tuán)。政企分公司不斷追求成為萬物智聯(lián)新時代的先行者、行業(yè)數(shù)字化變革的賦能者、合作共贏大生態(tài)的開拓者，在各行業(yè)數(shù)字化創(chuàng)新浪潮中發(fā)揮賦能支撐和方向引領(lǐng)的作用。政企分公司著力構(gòu)建“政企2.0”戰(zhàn)略藍(lán)圖，經(jīng)營范圍橫跨政務(wù)、金融、教育、交通、醫(yī)療、工業(yè)能源、互聯(lián)網(wǎng)、農(nóng)商等8個重點(diǎn)行業(yè)，整合云、管、端能力，提供行業(yè)整體解決方案，賦能數(shù)字化轉(zhuǎn)型。
《“十三五”節(jié)能減排綜合工作方案》要求強(qiáng)化建筑節(jié)能，強(qiáng)化既有居住建筑節(jié)能改造，實(shí)施改造面積5億平方米以上，完成公共建筑節(jié)能改造面積1億平方米以上。中央空調(diào)作為建筑中不可或缺的組成單元，耗電量十分巨大。我國能源總消費(fèi)中建筑能耗占比超過30%，中央空調(diào)能耗約占整個樓宇能耗的30%~60%，通過節(jié)能控制，中央空調(diào)系統(tǒng)可節(jié)約10%~50%能耗，節(jié)能利益空間巨大。對中央空調(diào)進(jìn)行節(jié)能改造是國家政策要求和客戶節(jié)能減排的利益訴求。
一、關(guān)鍵詞
中央空調(diào)，節(jié)能控制，節(jié)能減排，設(shè)備上云
二、發(fā)起公司和主要聯(lián)系人聯(lián)系方式
中國移動通信集團(tuán)有限公司政企客戶分公司
胡偉：huwei@chinamobile.com; 13911685313
張翠柳：zhangcuiliu@chinamobile.com; 15201614921
三、合作公司
青島海爾空調(diào)電子有限公司
四、測試床項(xiàng)目目標(biāo)和概述
本測試床面向中央空調(diào)用戶，以設(shè)備智能連接、數(shù)據(jù)采集能力為基礎(chǔ)，通過2G、4G、NB-IoT等技術(shù)實(shí)現(xiàn)空調(diào)設(shè)備上網(wǎng)，將中央空調(diào)系統(tǒng)主機(jī)、冷凍泵、冷卻泵、冷卻塔等設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、環(huán)境參數(shù)等傳輸至云端，通過云端智能化分析選擇當(dāng)前狀態(tài)下最優(yōu)運(yùn)行邏輯，控制中央空調(diào)系統(tǒng)各設(shè)備的運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)高效節(jié)能運(yùn)行及自動化運(yùn)維管理，解決客戶中央空調(diào)系統(tǒng)能耗高、運(yùn)維成本高等問題。
測試床主要測試目標(biāo)為節(jié)能算法的有效性，同時節(jié)能算法可根據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)和運(yùn)行數(shù)據(jù)分析進(jìn)行更新、迭代和優(yōu)化。系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)節(jié)能運(yùn)行、實(shí)時監(jiān)測、遠(yuǎn)程控制、能耗分析、故障預(yù)警、智能維保6種功能。
（1）節(jié)能運(yùn)行
通過采集空調(diào)設(shè)備狀態(tài)和運(yùn)行數(shù)據(jù)，經(jīng)過平臺智能化分析生成最優(yōu)運(yùn)行方案，下發(fā)控制指令至空調(diào)系統(tǒng)，調(diào)整主機(jī)、水泵、冷卻塔等設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能。
（2）實(shí)時監(jiān)測
實(shí)時監(jiān)測空調(diào)系統(tǒng)狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù)，如壓縮機(jī)工作狀態(tài)，進(jìn)出水溫度，系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)等，實(shí)現(xiàn)設(shè)備遠(yuǎn)程智能監(jiān)測。
（3）遠(yuǎn)程控制
通過Web端、手機(jī)端遠(yuǎn)程控制中央空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，如開關(guān)、制冷模式、溫度等。
（4）能耗分析
對中央空調(diào)系統(tǒng)的耗電量、制冷量、能效比等參數(shù)進(jìn)行分析。
（5）故障預(yù)警
對可能出現(xiàn)的故障、預(yù)警信息進(jìn)行提示，如機(jī)組故障、水流丟失保護(hù)、設(shè)備清洗等并針對預(yù)警內(nèi)容給出處理建議。
（6）智能維保
根據(jù)使用時長、設(shè)備情況定時提醒用戶進(jìn)行維保，詳細(xì)說明維保項(xiàng)目及內(nèi)容，指導(dǎo)用戶進(jìn)行維保。
五、測試床解決方案架構(gòu)
(一) 測試床應(yīng)用場景
使用中央空調(diào)系統(tǒng)的大型高耗能樓宇，如數(shù)據(jù)中心、寫字樓、酒店、綜合商體、機(jī)場、地鐵等，通常建筑面積超過2萬平方米，中央空調(diào)年耗電量超過100萬度，通過將中央空調(diào)接入空調(diào)云平臺進(jìn)行綜合節(jié)能控制，可節(jié)約10%~50%空調(diào)能耗，有效降低用戶用電成本。
(二) 測試床重點(diǎn)技術(shù)
（1）系統(tǒng)綜合節(jié)能控制
傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)的主機(jī)、水泵、冷卻塔等設(shè)備獨(dú)立運(yùn)行，沒有進(jìn)行整體的節(jié)能控制，系統(tǒng)運(yùn)行效率低；例如冷卻水溫度越低，主機(jī)運(yùn)行能效越高，但冷卻水溫度的降低卻會增加冷卻塔風(fēng)扇的能耗，不同設(shè)備之間的最優(yōu)運(yùn)行工況差異給空調(diào)系統(tǒng)整體能效的優(yōu)化調(diào)節(jié)帶來了極大困難。本測試床采用的系統(tǒng)綜合節(jié)能控制技術(shù)可以通過傳感器和空調(diào)定制網(wǎng)關(guān)采集并獲取主機(jī)、水泵、冷卻塔等設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)并對數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，在此基礎(chǔ)上借由節(jié)能算法自動生成當(dāng)前工況下系統(tǒng)最優(yōu)運(yùn)行方案，并將控制邏輯下發(fā)到設(shè)備執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)中央空調(diào)系統(tǒng)的高效節(jié)能。
（2）冷量按需索配
傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)的冷量供應(yīng)恒定不變，這會造成人員體驗(yàn)差和能源浪費(fèi)。例如一棟寫字樓，在空調(diào)冷量供應(yīng)不變的情況下，隨著進(jìn)入人數(shù)的不斷增多，人員會出現(xiàn)悶熱感，相反隨著人員的減少，則會出現(xiàn)冷感，同時也造成了能源的浪費(fèi)。本測試床可以根據(jù)當(dāng)前室內(nèi)外環(huán)境參數(shù)自動對比系統(tǒng)制冷能力與冷負(fù)荷需求，并動態(tài)調(diào)整冷量輸出，實(shí)現(xiàn)冷量按需索配。
（3）機(jī)房無人值守
常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)需要人工定期巡檢，故障發(fā)現(xiàn)不及時的情況時有發(fā)生。本測試床可以通過遠(yuǎn)程控制、故障預(yù)警和智能維保功能實(shí)現(xiàn)最少人力投入甚至是無人情況下，空調(diào)系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行。
(三) 技術(shù)創(chuàng)新性及先進(jìn)性
傳統(tǒng)中央空調(diào)系統(tǒng)主機(jī)、水泵、閥門、冷卻塔等設(shè)備只能依靠人工根據(jù)經(jīng)驗(yàn)在現(xiàn)場進(jìn)行簡單的啟停、調(diào)節(jié)操作，無法根據(jù)環(huán)境變化、負(fù)載需求動態(tài)調(diào)整設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。而本測試床以設(shè)備智能連接、數(shù)據(jù)采集能力為基礎(chǔ)，通過2G、4G、NB-IoT等技術(shù)實(shí)現(xiàn)空調(diào)設(shè)備上云，采集中央空調(diào)系統(tǒng)主機(jī)、冷凍泵、冷卻泵、冷卻塔等設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)實(shí)現(xiàn)實(shí)時監(jiān)控。根據(jù)中央空調(diào)的運(yùn)行狀態(tài)、環(huán)境參數(shù)等信息，選擇當(dāng)前工況下最優(yōu)運(yùn)行方案，控制中央空調(diào)系統(tǒng)各設(shè)備的運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能服務(wù)，解決客戶中央空調(diào)系統(tǒng)能耗高、運(yùn)維成本高等問題。
(四) 測試床解決方案架構(gòu)
本測試床總體方案架構(gòu)如下圖所示。底層通過可適配多種協(xié)議和通信方式的定制空調(diào)網(wǎng)關(guān)采集中央空調(diào)主機(jī)、冷卻泵、冷凍泵、冷卻塔、風(fēng)機(jī)盤管、控制柜等設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)，通過2G/4G/NB-IoT方式上傳數(shù)據(jù)至工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)平臺，空調(diào)云平臺通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)平臺收集設(shè)備數(shù)據(jù)和下發(fā)指令。
圖1.空調(diào)云節(jié)能控制系統(tǒng)總體方案架構(gòu)
本測試床的功能架構(gòu)如下圖所示：
圖2.空調(diào)云節(jié)能控制系統(tǒng)功能架構(gòu)
l 接口層：實(shí)現(xiàn)平臺間的接口定義。
l 數(shù)據(jù)層管理：實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲和處理，持久化設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)和設(shè)定參數(shù)，并保存設(shè)備周圍溫濕度，參與數(shù)據(jù)運(yùn)算和算法生成與優(yōu)化。
l 業(yè)務(wù)能力層：實(shí)現(xiàn)節(jié)能算法控制、設(shè)備監(jiān)測、遠(yuǎn)程控制、能耗報(bào)告、機(jī)組異常告警、維保建議提醒等功能。
l 交互層：實(shí)現(xiàn)平臺與用戶的頁面交互，包括Web端和App端，空調(diào)管理人員、空調(diào)擁有人員、空調(diào)使用人員、平臺運(yùn)營人員擁有不同的管理和查看權(quán)限。
六、預(yù)期成果
(一) 測試床的預(yù)期測試結(jié)果，針對測試項(xiàng)
本測試床預(yù)期在項(xiàng)目結(jié)束時驗(yàn)證節(jié)能算法的有效性，同時節(jié)能算法可根據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)和運(yùn)行數(shù)據(jù)分析進(jìn)行更新、迭代和優(yōu)化。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)節(jié)能運(yùn)行、實(shí)時監(jiān)測、遠(yuǎn)程控制、能耗分析、故障預(yù)警、智能維保6種功能。
(二) 商業(yè)價值
本測試床是對傳統(tǒng)電器產(chǎn)品的功能升級，實(shí)現(xiàn)了電器設(shè)備與服務(wù)的智能化。測試床通過空調(diào)專用網(wǎng)關(guān)，將傳統(tǒng)中央空調(diào)設(shè)備連接至網(wǎng)絡(luò)，對設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和監(jiān)測，并通過云端分析實(shí)現(xiàn)設(shè)備的高效、節(jié)能運(yùn)行，推動空調(diào)產(chǎn)品升級，提升空調(diào)產(chǎn)業(yè)價值，助力企業(yè)智慧運(yùn)營。
(三) 經(jīng)濟(jì)效益
主流商業(yè)建筑規(guī)模10萬平米，空調(diào)年耗電約500萬元，通過節(jié)能控制，空調(diào)系統(tǒng)可降耗10%~50%，取平均水平30%則每年可為用戶節(jié)約電費(fèi)150萬元。此外，通過遠(yuǎn)程控制、故障預(yù)警和智能維保功能實(shí)現(xiàn)的機(jī)房無人值守，也可以大幅減少企業(yè)人員的投入，降低人力資源成本。
(四) 社會價值
（1）促進(jìn)兩化融合，推動行業(yè)跨界合作，提升工業(yè)產(chǎn)品與服務(wù)價值
中國移動與海爾聯(lián)合打造空調(diào)云產(chǎn)品，打破了制冷、暖通行業(yè)與IT、通信行業(yè)的專業(yè)壁壘，實(shí)現(xiàn)雙方產(chǎn)品的融合創(chuàng)新。更是通過新一代信息技術(shù)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了社會資源的節(jié)約。通過兩化融合，推進(jìn)制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級。
（2）積極響應(yīng)國家節(jié)能減排要求，解決能耗高、管理不到位問題
《“十三五”節(jié)能減排綜合工作方案》要求強(qiáng)化建筑節(jié)能，強(qiáng)化既有居住建筑節(jié)能改造，實(shí)施改造面積5億平方米以上，完成公共建筑節(jié)能改造面積1億平方米以上。發(fā)改委等4部委聯(lián)合發(fā)布的《關(guān)于請組織申報(bào)2014年云計(jì)算工程的通知》要求：新建數(shù)據(jù)中心PUE不高于1.5。目前國內(nèi)機(jī)房已超過40萬個，年耗電量超過全社會用電量的1.5% ，PUE在1.5以下的僅占10%左右。工信部也要求狠抓工業(yè)節(jié)能降耗，大力推廣先進(jìn)節(jié)能技術(shù)和產(chǎn)品。本測試床通過對空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能控制，可有效提升空調(diào)系統(tǒng)能效，降低能耗10%~50%。
七、測試床技術(shù)可行性
(一) 物理平臺
本測試床涉及的物理設(shè)備包括：
1） 傳感器組
2） 中央空調(diào)設(shè)備及自身控制系統(tǒng)
3） 空調(diào)專用網(wǎng)關(guān)（中國移動智能硬件）
4） 數(shù)據(jù)回傳網(wǎng)絡(luò)（2G/4G、NB-IoT）
5） 運(yùn)行移動云所需的計(jì)算服務(wù)器、存儲設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備
(二) 軟件平臺
本測試床涉及的軟件平臺包括：
1）中國移動空調(diào)云平臺（簡稱“空調(diào)云”）：空調(diào)云節(jié)能控制系統(tǒng)面向具有節(jié)能需求的空調(diào)用戶，可針對不同用戶需求提供定制空調(diào)網(wǎng)關(guān)，通過平臺智能化分析，實(shí)現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能運(yùn)行、遠(yuǎn)程監(jiān)控、智能維保，使空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行更加可靠、高效、節(jié)能。
2）中國移動工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)平臺（簡稱“基礎(chǔ)平臺”）：空調(diào)云建立在基礎(chǔ)平臺之上，通過基礎(chǔ)平臺采集數(shù)據(jù)、下發(fā)指令。基礎(chǔ)平臺是中國移動工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)“1+N”產(chǎn)品體系的基礎(chǔ)和核心，支持物聯(lián)卡/設(shè)備接入管理及監(jiān)控，并為工業(yè)客戶構(gòu)建通用的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)能力支撐，包含IoT能力、大數(shù)據(jù)分析、工業(yè)AI等能力，幫助工業(yè)客戶快速的搭建工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，滿足工業(yè)、能源行業(yè)客戶及應(yīng)用的通用需求，同時提供合作伙伴的引入和管理服務(wù)，助力構(gòu)建開放共贏的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)。
3）移動云：空調(diào)云和基礎(chǔ)平臺運(yùn)行于移動云。作為公有云平臺，“移動云”搭建IaaS、PaaS、SaaS完整三層架構(gòu)產(chǎn)品體系，通過云計(jì)算與網(wǎng)絡(luò)資源的系統(tǒng)互連，為客戶提供云網(wǎng)融合整體服務(wù)，實(shí)現(xiàn)智能計(jì)算、海量存儲、高速互聯(lián)、精準(zhǔn)調(diào)度、快速分發(fā)，同時可廣泛應(yīng)用于政務(wù)、教育、金融、醫(yī)療、互聯(lián)網(wǎng)和媒體等行業(yè)。
八、和AII技術(shù)的關(guān)系
(一) 與AII總體架構(gòu)的關(guān)系
本測試床符合AII工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)總體架構(gòu)以及在網(wǎng)絡(luò)體系、數(shù)據(jù)體系和安全體系方面的架構(gòu)。同時以節(jié)能運(yùn)行、實(shí)時監(jiān)測、遠(yuǎn)程控制、能耗分析、故障預(yù)警、智能維保為核心功能的重點(diǎn)測試技術(shù)則驗(yàn)證了AII工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)模塊中的網(wǎng)絡(luò)互連（空調(diào)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)連接）；數(shù)據(jù)模塊中的產(chǎn)業(yè)數(shù)據(jù)采集交換、數(shù)據(jù)集成處理以及產(chǎn)業(yè)建模和分析功能。
圖2.AII工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)
(二) 安全聯(lián)系人
張翠柳 中國移動空調(diào)云產(chǎn)品經(jīng)理
(三) 與已存在AII測試床的關(guān)系
本測試床與之前已經(jīng)審批的測試床無任何關(guān)聯(lián)。
九、交付件
測試床的交付件包括：
1） 解決方案設(shè)計(jì)書
2） 空調(diào)專用網(wǎng)關(guān)
3） 空調(diào)云節(jié)能控制系統(tǒng)
十、測試床使用者
非發(fā)起方的測試床參與者可以使用本測試床的所有操作功能，但僅限于功能的操作使用，禁止泄露給同行業(yè)的第三方。
十一、 知識產(chǎn)權(quán)說明
中國移動通信集團(tuán)有限公司政企客戶分公司擁有對基于空調(diào)云平臺的節(jié)能控制系統(tǒng)測試床的建設(shè)、運(yùn)營以及使用權(quán)。
十二、 部署，操作和訪問使用
平臺部署在中國移動IDC/云計(jì)算資源池上，并為青島海爾相關(guān)人員提供訪問權(quán)限。
十三、 資金
測試床建設(shè)為自有資金，穩(wěn)定充足，同時也會爭取專項(xiàng)資金支持。
十四、 時間軸
本測試床為短期項(xiàng)目，測試床驗(yàn)證的時間進(jìn)度安排如下：
2018年9月-2018年12月：需求調(diào)研，平臺功能、架構(gòu)設(shè)計(jì)
2019年1月-2019年3月：搭建空調(diào)云節(jié)能控制系統(tǒng)
2019年4月-2019年6月：項(xiàng)目現(xiàn)場勘察，方案設(shè)計(jì)
2019年7月-2019年9月：項(xiàng)目節(jié)能改造工程實(shí)施，實(shí)現(xiàn)空調(diào)云節(jié)能控制系統(tǒng)接入
2019年10月-2019年12月：節(jié)能效果評估
十五、 附加信息
測試床具備良好的可復(fù)制性，可在數(shù)據(jù)中心、寫字樓、酒店、綜合商體、機(jī)場、地鐵等使用中央空調(diào)且具有節(jié)能需求的高耗能樓宇場景中應(yīng)用。同時以采集、監(jiān)測、算法、調(diào)節(jié)為核心的云化、智能化節(jié)能解決方案也適用于所有電器產(chǎn)品的節(jié)能。
聲明
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