中央空調(diào)物聯(lián)網(wǎng)智能節(jié)能技術(shù)(論文)

中央空調(diào)物聯(lián)網(wǎng)智能節(jié)能系統(tǒng)張永忠深圳市愛綠地能源環(huán)境科技有限公司摘要：從中央空調(diào)物聯(lián)網(wǎng)智能節(jié)能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)出發(fā)，介紹了中央空調(diào)物聯(lián)網(wǎng)智能節(jié)能系統(tǒng)。文章較詳細(xì)地闡述了中央空調(diào)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)開發(fā)和ALD節(jié)能控制器的研發(fā)兩大部分內(nèi)容以及系統(tǒng)的先進(jìn)性。指出了中央空調(diào)物聯(lián)網(wǎng)智能節(jié)能系統(tǒng)的開發(fā)是智慧城市建設(shè)中不可缺少的一環(huán)。1?前言物聯(lián)網(wǎng)利用局部網(wǎng)絡(luò)或互聯(lián)網(wǎng)等通信技術(shù)把傳感器、控制器、機(jī)器、人員和物等通過新的方式聯(lián)在一起，形成人與物、物與物相聯(lián)，實現(xiàn)信息化、遠(yuǎn)程管理控制和智能化的網(wǎng)絡(luò)。傳統(tǒng)的中央空調(diào)系統(tǒng)控制概念基于控制器和中央工作站之間點(diǎn)對點(diǎn)的連接。任務(wù)分工非常明顯：工作站處理顯示任務(wù)，而DDC控制器直接獨(dú)自進(jìn)行設(shè)備控制。屏幕顯示以及需要顯示的任何數(shù)據(jù)，都保存在工作站中?？刂破髦惶峁┰歼^程數(shù)據(jù)和儲存少量的數(shù)據(jù)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為中央空調(diào)系統(tǒng)控制帶來革命性飛躍。從十年前寬帶網(wǎng)絡(luò)開始發(fā)展，到目前3G網(wǎng)絡(luò)的普及，以太網(wǎng)絡(luò)無處不在。信息交流和數(shù)據(jù)交換變的非常方便。訪問互聯(lián)網(wǎng)變得便捷，使人們希望能將相關(guān)的優(yōu)勢運(yùn)用在樓宇中央空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能控制上。“集中管理”、“超級服務(wù)器”和“云計算”等新技術(shù)成為中央空調(diào)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。

2?中央空調(diào)物聯(lián)網(wǎng)智能節(jié)能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中央空調(diào)物聯(lián)網(wǎng)智能節(jié)能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層與感知層三層組成（見圖）。“感知層”由感知實物的傳感器組成，主要是識別物體、采集信息。中央空調(diào)系統(tǒng)的“物”包括中央空調(diào)設(shè)備、末端用戶設(shè)備和室外環(huán)境。感知屬性的傳感器則指壓力、溫度、濕度、電流、電壓及功率傳感器等“網(wǎng)絡(luò)層”是物聯(lián)網(wǎng)的神經(jīng)中樞和大腦，功能是將感知層獲取的信息進(jìn)行傳輸、存儲和處理。網(wǎng)絡(luò)層包括通信與互聯(lián)網(wǎng)的融合網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)管理中心、信息中心和智能處理中心等?！皯?yīng)用層”是接收網(wǎng)絡(luò)傳遞來的數(shù)據(jù)信息，通過接口轉(zhuǎn)到Pc機(jī)的前臺界面上，然后分析、建模，形成人所需的信息，具有通過人機(jī)界面對物的狀態(tài)進(jìn)行干預(yù)的功能。應(yīng)用層是聯(lián)系用戶的終端，提供客戶具體的服務(wù)。3?中央空調(diào)物聯(lián)網(wǎng)智能節(jié)能系統(tǒng)的實現(xiàn)深圳市愛綠地能源環(huán)境科技有限公司經(jīng)過科技人員當(dāng)年的不斷探索與研發(fā)、自主開發(fā)出中央空調(diào)物聯(lián)網(wǎng)智能節(jié)能系統(tǒng)。系統(tǒng)主要內(nèi)容主要包括中央空調(diào)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)和ALD節(jié)能控制器技術(shù)研發(fā)。

甘理申廿客戶機(jī)場曾理中心TGF7IFMJD樓?訃?yán)湓凰榱鐠蹓毫ID現(xiàn)場空何鳳柜變頻鵡溫盛0HB壓力二軌化曜甘理申廿客戶機(jī)場曾理中心TGF7IFMJD樓?訃?yán)湓凰榱鐠蹓毫ID現(xiàn)場空何鳳柜變頻鵡溫盛0HB壓力二軌化曜圖中央空調(diào)物聯(lián)網(wǎng)智能節(jié)能系統(tǒng)中央空調(diào)物聯(lián)網(wǎng)智能節(jié)能系統(tǒng)是通過信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議,直接對空調(diào)終端進(jìn)行信息交換和通訊，以實現(xiàn)智能化識別、跟蹤、監(jiān)控和管理。系統(tǒng)利用更強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)直接端到端的智能服務(wù)，快捷

服務(wù)用戶。中央空調(diào)物聯(lián)網(wǎng)智能節(jié)能系統(tǒng)具有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能，統(tǒng)一執(zhí)行暖通BACNET網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，采用分散控制集中管理的方式，實現(xiàn)強(qiáng)電系統(tǒng)、弱電系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)節(jié)能為一體的系統(tǒng)集成。物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)所謂中央空調(diào)系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)的總體功能設(shè)計，就是準(zhǔn)確界定中央空調(diào)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)所涵蓋的范圍、系統(tǒng)邊界、系統(tǒng)功能以及與上層或外部物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的信息接口方法。中央空調(diào)系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫服務(wù)系統(tǒng)要建立中央空調(diào)系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)中實體的動態(tài)屬性分布式數(shù)據(jù)庫(如溫度、濕度、流量、功耗等)及數(shù)據(jù)服務(wù)軟件接口，并將其作為與物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)服務(wù)的基礎(chǔ)。架設(shè)中央空調(diào)系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)主干網(wǎng)絡(luò)硬件系統(tǒng)時，可以用中央空調(diào)機(jī)房到現(xiàn)場管理中心的光纖構(gòu)成物聯(lián)網(wǎng)主干數(shù)據(jù)通道;在中央空調(diào)機(jī)房設(shè)置一臺數(shù)據(jù)庫、一臺網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器和一臺光纖交換機(jī)，用于承擔(dān)中央空調(diào)系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)服務(wù)和網(wǎng)絡(luò)服務(wù);而在現(xiàn)場管理中心安裝無線路由，則便于移動終端的接入。中央空調(diào)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的人機(jī)界面設(shè)計，應(yīng)考慮到管理用戶的應(yīng)用方便和可移植性，人機(jī)界面可采用WEB網(wǎng)頁形式，即所謂B/S的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，管理用戶可以采用普通的網(wǎng)頁瀏覽器來瀏覽所需要的中央空調(diào)系統(tǒng)的狀態(tài)信息。中央空調(diào)系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)移動終端也可采用基于開放的Android平臺的手機(jī)來作為移動終端設(shè)備，數(shù)據(jù)可以在具有網(wǎng)絡(luò)信號覆蓋的地

方通過局域網(wǎng)獲取。物聯(lián)網(wǎng)為樓宇中央空調(diào)自控的系統(tǒng)帶來嶄新的集成系統(tǒng)。集成系統(tǒng)可以在一個樓宇內(nèi)或在幾個樓宇之間完成。為了達(dá)到對中央空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能控制，物聯(lián)網(wǎng)使得對系統(tǒng)的集成控制達(dá)到更高的層次。物聯(lián)網(wǎng)僅是技術(shù)支持者。物聯(lián)網(wǎng)本身不提供任何結(jié)果答案，但是它是個關(guān)鍵的連接系統(tǒng)，借助它，中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能的解決方案的實現(xiàn)成為可能。一是物聯(lián)網(wǎng)最突出的服務(wù)是3W服務(wù)。這個網(wǎng)絡(luò)是一個全球分布的信息反饋系統(tǒng)，它使人們幾乎可以在瞬間訪問連入Internet的任何網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的任何網(wǎng)頁。對于計算機(jī)而言，即為瀏覽。二是安全保證。在將網(wǎng)絡(luò)用來進(jìn)行樓宇中央空調(diào)系統(tǒng)控制時，安全因素是個問題。在物聯(lián)網(wǎng)上獲取信息和控制設(shè)備可以通過密碼保護(hù)來控制，也可用用戶權(quán)限授權(quán)及其它方式來保證數(shù)據(jù)安全，實現(xiàn)通過物聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)臉怯钪醒肟照{(diào)系統(tǒng)運(yùn)行過程之中的商業(yè)運(yùn)行數(shù)據(jù)具有價值性、敏感性和可靠性。同時保證中央空調(diào)系統(tǒng)不能出現(xiàn)癱瘓，因為它們要提供居住者舒適、健康的環(huán)境。三是網(wǎng)絡(luò)信息共享。通過共享同一個網(wǎng)絡(luò)，用于樓宇控制的獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)的資金可以節(jié)省下來，并且網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)可以信息技術(shù)人員來完成。通過設(shè)計物聯(lián)網(wǎng)以使在較低花費(fèi)的情況下來完成管控操作。目前的中央空調(diào)管理系統(tǒng)，僅設(shè)置一兩個單獨(dú)的控制站是專用于建筑物自動化系統(tǒng)中的。信息只是對于那些在計算機(jī)處有訪問工作站

權(quán)限的人而言的。通過將建筑控制網(wǎng)絡(luò)連到物聯(lián)網(wǎng)上，訪問權(quán)限可以在其它地方獲取。多個用戶在任何時間同時共享該系統(tǒng)的信息。例如，管理者透過網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)備運(yùn)作狀況登錄圖控軟件或人機(jī)接口檢閱各類能源統(tǒng)計報表包括能耗使用狀況、耗能分析、及二氧化碳排放量等，從中規(guī)劃節(jié)能省電的方法，例如將尖峰時間非必要的耗電設(shè)備挪至離峰或半尖峰時間再啟動。財政部門并不需要等到月底來監(jiān)視能源使用和花費(fèi)情況，諸如能耗和花費(fèi)的運(yùn)行數(shù)據(jù)可以被運(yùn)行監(jiān)控人員和其他部門共享。通過連到物聯(lián)網(wǎng)，樓宇中央空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行和控制信息可以在任何與Internet連接的具有上網(wǎng)功能的設(shè)備上獲得。這些設(shè)備可以是桌面計算機(jī)、手提電腦和手機(jī)等。甚至,樓宇居住者也可以進(jìn)入物聯(lián)網(wǎng)獲得中央空調(diào)系統(tǒng)的信息，通過計算機(jī)向控制系統(tǒng)或樓宇運(yùn)行維護(hù)成員直接報告空調(diào)的運(yùn)行狀況。四是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)提供多個樓宇的同時切入。任何在有互聯(lián)網(wǎng)地方的進(jìn)入，增加報警多種方式。當(dāng)帶有連入Internet的BAS時，可以獲得同樣的工作站報警和服務(wù)發(fā)送能力，并且信息可以多種方式傳送，如尋呼、e-mail等，并同時到達(dá)多處，系統(tǒng)接入將被大大提高。要是希望的話，通過Internet同樣的界面可被看成中央BAS工作站可接入的界面。更重要的一點(diǎn)是，持續(xù)地瞬時接入多個樓宇將成為可能。遠(yuǎn)程操作者在沒有物聯(lián)網(wǎng)連接的情況下是通過直撥方式完成的。對這些信息的訪問受到人為限制。五是提高預(yù)防性和預(yù)期性維護(hù)的功能。大多數(shù)商業(yè)建筑的維護(hù)基本上采用“壞了，維修”或“客戶投訴，對之作修改”的方式。

連入物聯(lián)網(wǎng)除了運(yùn)行之外，可以實現(xiàn)設(shè)備維護(hù)的預(yù)防性管理。診斷服務(wù)可以通過物聯(lián)網(wǎng)到達(dá)用戶。維護(hù)和修復(fù)可以在本地或遠(yuǎn)方進(jìn)行。專門服務(wù)和技術(shù)支持可以從中央位置到達(dá)并服務(wù)于多棟建筑大廈。除了維護(hù)服務(wù)外，可以在線提供操作人員培訓(xùn)，使得培訓(xùn)變得便捷。同時，設(shè)備管理和工程技術(shù)人員通過物聯(lián)網(wǎng)獲取最新的設(shè)備記錄、系統(tǒng)記錄以及其他需要的管理數(shù)據(jù)。ALD控制器技術(shù)研發(fā)ALD中央空調(diào)節(jié)能控制器是使用電子數(shù)字技術(shù)控制樓宇課題設(shè)備。ALD中央空調(diào)節(jié)能控制器是由一套連成網(wǎng)絡(luò)的傳感器和控制器來提供。這些控制器被連接到執(zhí)行器。受控器通過向閥門、風(fēng)機(jī)、泵這類裝置傳送電壓信號來控制它們運(yùn)行。在這個網(wǎng)絡(luò)上可以訪問帶有集成顯示器的現(xiàn)場控制盤的數(shù)據(jù)，通過一個或多個BAS計算機(jī)來完成。作為一套綜合節(jié)能的計算機(jī)控制系統(tǒng)，計算機(jī)軟件開發(fā)涉及系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)。以匯編和C為基礎(chǔ)語言開發(fā)了ALD中央空調(diào)節(jié)能控制器底層基礎(chǔ)軟件，實現(xiàn)A/D、D/A轉(zhuǎn)等數(shù)據(jù)采集功能，基于WINDOWS操作系統(tǒng)的FBD軟件開發(fā)平臺，是VisualC++語言開發(fā)的軟件產(chǎn)品，為DDC控制器的專業(yè)應(yīng)用提供良好的技術(shù)支持。ALD控制器最重要的實時監(jiān)控和能耗統(tǒng)計分析程序，為MicrosoftVisualStudio.Net和數(shù)據(jù)庫技術(shù)開發(fā)的應(yīng)用軟件，軟件支持C/S和B/S架構(gòu)。電氣自動化技術(shù)和自動化儀表技術(shù)也是ALD控制器開發(fā)應(yīng)用的基礎(chǔ)技術(shù)?？刂破鞅挥糜跇怯顏砜刂圃O(shè)備以使它滿足建筑物內(nèi)居住者對制冷、加熱、通風(fēng)、照明等方面的要求。

對于復(fù)雜的不確定性系統(tǒng)而言，由于被控對象（過程）的特性難于用精確的數(shù)學(xué)模型描述。用傳統(tǒng)的基于經(jīng)典控制理論的PID控制和基于狀態(tài)空間描述的近代控制理論方法來實現(xiàn)對被控對象的高動靜態(tài)品質(zhì)的控制是非常困難的，ALD控制器采用黑箱法，即輸入輸出描述法對控制系統(tǒng)進(jìn)行分析設(shè)計，大量引入人的能量與智慧、經(jīng)驗與技巧。ALD控制器具有以下基本特點(diǎn)：（1） 控制器是基于數(shù)學(xué)模型和知識系統(tǒng)相結(jié)合的廣義模型進(jìn)行設(shè)計的，也就是說對不確定性復(fù)雜系統(tǒng)的控制一般采用智能控制策略。具有足夠的關(guān)于人的控制策略、被控對象及環(huán)境的有關(guān)知識以及運(yùn)用這些知識的“智慧”；（2） 是能以知識表示的非數(shù)學(xué)廣義模型和以數(shù)學(xué)描述表示的混合過程，采用開閉環(huán)控制和定性及定量控制相結(jié)合的多模態(tài)控制方式；（3） 具有變結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，能總體自尋優(yōu)，具有自適應(yīng)、自組織、自學(xué)習(xí)和自協(xié)調(diào)能力；（4） 具有補(bǔ)償和自修復(fù)能力、判斷決策能力和高度的可靠性。4?中央空調(diào)物聯(lián)網(wǎng)智能節(jié)能系統(tǒng)的先進(jìn)性：技術(shù)先進(jìn)：采用中央空調(diào)物聯(lián)網(wǎng)智能節(jié)能系統(tǒng)，實現(xiàn)末端優(yōu)化、區(qū)域優(yōu)化到中央優(yōu)化三位一體的節(jié)能管理系統(tǒng)。高效節(jié)能：采用物聯(lián)網(wǎng)管理功能，實現(xiàn)中央空調(diào)區(qū)域末端負(fù)荷、新風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化，空調(diào)機(jī)房系統(tǒng)隨著末端負(fù)荷的需求而實時變化，

保障中央空調(diào)系統(tǒng)末端環(huán)境的舒適性?？傮w系統(tǒng)節(jié)電可達(dá)25%-40%左右。安全可靠：通過全面的運(yùn)行參數(shù)，實現(xiàn)了系統(tǒng)工作狀態(tài)的全面監(jiān)控及預(yù)警，并設(shè)置高溫、高壓、防凍、防漏、過熱等預(yù)警保護(hù),確保傳輸數(shù)據(jù)質(zhì)量更好，速度更快、設(shè)備高效安全運(yùn)行。提供數(shù)據(jù)：強(qiáng)大的集中式管理軟件，傻瓜式的操作界面，顯示模擬現(xiàn)場運(yùn)行環(huán)境的動態(tài)圖，自動生成豐富的數(shù)據(jù)報表。具有節(jié)能量對比功能、系統(tǒng)實時分析能耗統(tǒng)計。6.統(tǒng)一管理：每個項目都通過互聯(lián)網(wǎng)連接到監(jiān)管中心，由專業(yè)工程師來進(jìn)行日常的維護(hù)管理，節(jié)省維修時間，節(jié)約管理成本?？梢愿鶕?jù)用戶需求擴(kuò)展其功能，如：電梯、給排水和照明等，實施統(tǒng)一監(jiān)控和集中管理。中央空調(diào)物聯(lián)網(wǎng)智能節(jié)能系統(tǒng)技術(shù)開發(fā)應(yīng)用，為大型商業(yè)綜合體、辦公樓宇、學(xué)校、酒店、醫(yī)院、超市、工廠、軌道交通等領(lǐng)域提供節(jié)能應(yīng)用的廣闊領(lǐng)域。5?中央空調(diào)物聯(lián)網(wǎng)智能系統(tǒng)是智慧城市建設(shè)不可缺少的一環(huán)。智慧城市的建設(shè)已在全國各地如火如荼地鋪展開來，作為其主力建設(shè)之一的智能樓宇一座座拔地而起。通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)所構(gòu)建的智能化系統(tǒng)，則使樓宇具備了“聰明”的大腦和敏銳的視覺、感覺、聽覺以及觸覺，可對建筑物內(nèi)外的信息（包括能源消耗、氣體排放等）進(jìn)行收集、處理，并通過智能化系統(tǒng)做出適當(dāng)反應(yīng)，為樓宇的管理者和使用者提供各種信息，提高人們的居住品質(zhì)，給住戶帶來多元

化信息以及安全、舒適、便利的生活環(huán)境。樓宇占全球總能耗的40%,21%的城市溫室氣體排放量來自于樓宇。調(diào)查顯示，建筑能耗中空調(diào)和照明，成為能耗的兩個最大殺手，幾乎各占總能耗的半壁江山。按照美國和日本的長期統(tǒng)計，假定建筑物的平均壽命為40年，那么在它的生命周期中所消耗的資金中，能源消耗約占25%，其中空調(diào)占能源消耗60%。深圳市中央空調(diào)年耗電300萬元的工業(yè)企業(yè)超過千家，總計達(dá)到80億元，通過中央空調(diào)物聯(lián)網(wǎng)智能系統(tǒng)的實施，可以節(jié)約用電25%-40%。以節(jié)電率30%計，節(jié)電潛力達(dá)到24億元之巨。再加上在其他公共建筑，如政府辦公大樓，體育館，圖書館，酒店，學(xué)校的應(yīng)用，每天節(jié)約的電費(fèi)效益達(dá)到30億元以上。顯然，智能樓宇是智慧城市建設(shè)不可缺少的組成部分，而中央空調(diào)物聯(lián)網(wǎng)智能系統(tǒng)是智能樓宇不可缺少的一環(huán)，中央空調(diào)物聯(lián)網(wǎng)智能節(jié)能控制將產(chǎn)生巨大的社會效益與經(jīng)濟(jì)效益。6?結(jié)束語中央空調(diào)系統(tǒng)控制系統(tǒng)向具有物聯(lián)網(wǎng)的完全集