物聯(lián)網(wǎng)在屋頂機(jī)空調(diào)中的應(yīng)用

楊 青

（特靈科技亞太研發(fā)中心，江蘇 太倉 215400）

前言

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和生活水平的提高，公共建筑越來越多，建筑規(guī)模越來越大，人們對(duì)中央空調(diào)的需求也越來越高。屋頂式中央空調(diào)機(jī)組，由于安裝方便、整體結(jié)構(gòu)縮短管路長度、制冷效率高、可靠性高、不占用室內(nèi)空間的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于各種大空間民用商用建筑。作為新一代信息技術(shù)重要組成部分的物聯(lián)網(wǎng)，正在快速地滲透到各個(gè)領(lǐng)域，越來越多的設(shè)備、終端被納入到信息網(wǎng)絡(luò)中。屋頂機(jī)空調(diào)借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以人機(jī)互動(dòng)、實(shí)現(xiàn)高度智能化，既能滿足人們對(duì)舒適度的要求，又可以智能化控制、進(jìn)行運(yùn)行曲線優(yōu)化、對(duì)室內(nèi)制冷或制熱余量充分利用、避免不良習(xí)慣造成的使用浪費(fèi)、憑借生活習(xí)慣和不同環(huán)境使運(yùn)行狀態(tài)得到智能調(diào)節(jié)，不僅有益于健康，同時(shí)也有節(jié)能和環(huán)保的效果。

1 物聯(lián)網(wǎng)屋頂機(jī)空調(diào)

物聯(lián)網(wǎng)的概念最初來源于美國麻省理工學(xué)院（MIT）在1999 年提出的網(wǎng)絡(luò)無線射頻識(shí)別（RFID）系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以把所有物品通過射頻識(shí)別等信息傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別和管理。利用物聯(lián)網(wǎng)的這些特征，可以將屋頂機(jī)空調(diào)機(jī)組、空調(diào)用戶及室外環(huán)境連接入物聯(lián)網(wǎng)，從而實(shí)現(xiàn)屋頂機(jī)空調(diào)機(jī)組的管控一體化，達(dá)到節(jié)能運(yùn)行和高效管理的目的[1]。

1.1 物聯(lián)網(wǎng)改善屋頂機(jī)空調(diào)設(shè)計(jì)

屋頂式空調(diào)因其結(jié)構(gòu)緊湊、能量范圍廣、調(diào)節(jié)方便、安裝時(shí)間少、費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，被越來越多地應(yīng)用于空調(diào)工程中，屋頂機(jī)空調(diào)的設(shè)計(jì)性能也在新技術(shù)不斷涌現(xiàn)的同時(shí)得以提高。

1.1.1 物聯(lián)網(wǎng)提升屋頂機(jī)空調(diào)性能豐富高效

為更好地提高空調(diào)機(jī)組能效，屋頂機(jī)空調(diào)的新風(fēng)排風(fēng)開度、變頻變?nèi)萘繅嚎s機(jī)調(diào)節(jié)、恒溫恒濕控制以及變風(fēng)量末端的使用，都可以使用專用或標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議聯(lián)入物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行集中監(jiān)控。通常需要在屋頂機(jī)空調(diào)的控制箱內(nèi)使用一個(gè)單獨(dú)的通信模塊實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)，并集成控制模塊檢測(cè)控制機(jī)組。

圖1 物聯(lián)網(wǎng)空調(diào)控制簡(jiǎn)圖

通過物聯(lián)網(wǎng)連接，借助云計(jì)算相對(duì)安全的環(huán)境，屋頂機(jī)空調(diào)可以完成所有的存貯和必要的計(jì)算，并按需從云中下載相關(guān)的信息。制冷和供暖也可以通過物聯(lián)網(wǎng)使用智能終端進(jìn)行。屋頂機(jī)空調(diào)機(jī)組對(duì)從物聯(lián)網(wǎng)中收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，例如末端使用情況、假期和天氣預(yù)報(bào)，通過智能模型計(jì)算使壓縮機(jī)運(yùn)行曲線優(yōu)化，最大限度地降低能耗，提高機(jī)組使用效率，確保用最佳設(shè)置去實(shí)現(xiàn)最高機(jī)組運(yùn)行效率。

1.1.2 物聯(lián)網(wǎng)提高屋頂機(jī)空調(diào)可靠性和易維護(hù)性

大量傳感器的布置使物聯(lián)網(wǎng)通過數(shù)據(jù)收集和分析，提高屋頂機(jī)空調(diào)設(shè)計(jì)可靠性，擴(kuò)展可維修性，增加耐久性成為可能。

（1）聲音傳感器檢測(cè)機(jī)組內(nèi)外噪音，確保機(jī)組表面和內(nèi)襯吸音材料的有效和完好。（2）加速度傳感器采集機(jī)組振動(dòng)對(duì)建筑物的影響，防止固體傳聲進(jìn)入工作生活環(huán)境。（3）風(fēng)量傳感器監(jiān)視冷凝器集灰，確定小水泵沖洗冷凝器的時(shí)間和水量。（4）轉(zhuǎn)速傳感器記錄冷凝風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，及時(shí)發(fā)現(xiàn)風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)的異常。（5）流量傳感器在積水盤上的安裝，對(duì)防止積水有積極作用。（6）排氣/回氣管路上高低壓力傳感器，防止壓縮機(jī)排氣壓力過高或過低導(dǎo)致卡死抱死。（7）環(huán)溫?zé)崦綦娮铏z測(cè)環(huán)境溫度是否達(dá)到設(shè)定值；室內(nèi)管道熱敏電阻測(cè)量制冷系統(tǒng)蒸發(fā)溫度；室內(nèi)出風(fēng)口熱敏電阻控制室外機(jī)融霜；室外環(huán)溫?zé)崦綦娮铏z測(cè)室外環(huán)境溫度；室外管溫?zé)崦綦娮铏z測(cè)管道溫度；壓縮機(jī)排氣管熱敏電阻檢測(cè)壓縮機(jī)排氣管溫度；低壓管熱敏電阻檢測(cè)回液管溫度。

借助物聯(lián)網(wǎng)的互聯(lián)互通，可以對(duì)大量屋頂機(jī)空調(diào)機(jī)組的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析判斷，并對(duì)已經(jīng)發(fā)生的失效故障做出甄別、自動(dòng)判定具體原因，還可以對(duì)將要發(fā)生的失效故障預(yù)估計(jì)。應(yīng)用思路為故障預(yù)測(cè)、故障檢測(cè)與故障診斷、故障維修、完善實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)[2]。

圖2 數(shù)據(jù)采集架構(gòu)

1.2 物聯(lián)網(wǎng)提高屋頂機(jī)生產(chǎn)智能化

屋頂機(jī)空調(diào)自40 年前在美國出現(xiàn)以來，因其設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，安裝使用方便，應(yīng)用越來越廣泛，競(jìng)爭(zhēng)也越來越激烈。物聯(lián)網(wǎng)在屋頂機(jī)空調(diào)生產(chǎn)中的應(yīng)用，對(duì)保證產(chǎn)品質(zhì)量、控制生產(chǎn)品質(zhì)、提升產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力，有促進(jìn)作用。

1.2.1 數(shù)字化生產(chǎn)

屋頂機(jī)空調(diào)產(chǎn)線多由組裝工作平臺(tái)組成，利用物聯(lián)網(wǎng)將屋頂機(jī)空調(diào)的各生產(chǎn)設(shè)備連接成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，便于數(shù)據(jù)和信息共享，實(shí)現(xiàn)全面產(chǎn)線監(jiān)控，也便于運(yùn)營管理人員遠(yuǎn)程控制管理工作單元實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和優(yōu)化，方便管理運(yùn)營成本，監(jiān)控生產(chǎn)滯后。

1.2.2 物料定位識(shí)別

在零部件上粘貼RFID 等識(shí)別定位技術(shù)來標(biāo)識(shí)生產(chǎn)過程中使用的原材料、半成品和成品，在項(xiàng)目層級(jí)對(duì)材料和成品進(jìn)行跟蹤，提供跨渠道可見性，完成對(duì)可用材料、成品和新材料的估計(jì)，優(yōu)化供應(yīng)，實(shí)現(xiàn)價(jià)值成本的數(shù)字化管理。

1.2.3 自動(dòng)檢測(cè)能耗

通過物聯(lián)網(wǎng)，可以自動(dòng)采集電能、氣能、熱能等數(shù)據(jù)，完成對(duì)能源數(shù)據(jù)的統(tǒng)籌管理。

1.2.4 設(shè)備監(jiān)查和質(zhì)量控制

數(shù)字化生產(chǎn)為獲取生產(chǎn)設(shè)備的動(dòng)態(tài)參數(shù)提供了方便，物聯(lián)網(wǎng)傳感器在屋頂機(jī)空調(diào)生產(chǎn)的各個(gè)階段采集并匯總產(chǎn)品數(shù)據(jù)和設(shè)備參數(shù)，通過集中控制模塊和無線傳輸技術(shù)組成的物聯(lián)網(wǎng)，借助公眾網(wǎng)絡(luò)把管理者人與生產(chǎn)設(shè)備連接起來，對(duì)采集到的設(shè)備和產(chǎn)品數(shù)據(jù)參數(shù)進(jìn)行管理，根據(jù)生產(chǎn)管理要求識(shí)別和改正產(chǎn)品生產(chǎn)失效故障[3]。

1.3 物聯(lián)網(wǎng)促進(jìn)屋頂機(jī)節(jié)能

習(xí)總書記提出了“綠水青山就是金山銀山”這一科學(xué)論斷，綠色發(fā)展、高質(zhì)量發(fā)展、可持續(xù)發(fā)展成了當(dāng)前的主題。具體到屋頂機(jī)空調(diào)上，節(jié)能降耗是一個(gè)非常重要的目標(biāo)課題。屋頂機(jī)空調(diào)能耗一般包括三部分：空調(diào)冷熱源、空調(diào)機(jī)組及末端設(shè)備、空氣輸送系統(tǒng)。三部分中的空調(diào)機(jī)組及末端設(shè)備，可以利用物聯(lián)網(wǎng)的特有優(yōu)勢(shì)，建立起包括空調(diào)機(jī)組、空調(diào)用戶及室外環(huán)境的物聯(lián)網(wǎng)，從而實(shí)現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)的管控一體化，達(dá)到高效管理和節(jié)能的目的。

1.3.1 減少啟停浪費(fèi)

利用被動(dòng)紅外傳感器，可以自動(dòng)檢測(cè)到人體的活動(dòng)，無人活動(dòng)時(shí)，機(jī)組暫停運(yùn)行；同時(shí)根據(jù)規(guī)定的辦公和生活溫度，擴(kuò)大幅度調(diào)節(jié)范圍，并自動(dòng)檢測(cè)和修正，在物聯(lián)網(wǎng)內(nèi)遠(yuǎn)程上報(bào)，警告通知用戶；屋頂機(jī)空調(diào)末端的傳感器檢測(cè)到非正常開門窗時(shí)，及時(shí)給予警告；機(jī)組還可以通過物聯(lián)網(wǎng)對(duì)空調(diào)末端遠(yuǎn)程監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)上下班自動(dòng)開關(guān)機(jī)；依照日程計(jì)劃，對(duì)辦公室提前預(yù)冷或預(yù)熱；屋頂機(jī)空調(diào)機(jī)組上借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，自行匯總成用戶習(xí)慣，自動(dòng)設(shè)定能耗限額，去培養(yǎng)用戶習(xí)慣，以提高節(jié)能意識(shí)。

1.3.2 避免參數(shù)浪費(fèi)

圖3 檢測(cè)診斷流程圖[4]

圖4 啟停控制流程圖[5]

圖5 智能控制模型[7]

通過采集室內(nèi)外溫度的送變器信號(hào)、輸回水溫度/壓力/流量值、電能表指數(shù)、控制通訊和內(nèi)部數(shù)據(jù)，輸出各動(dòng)部件啟?？刂菩盘?hào)，借助物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)建立環(huán)境季節(jié)溫度、末端開機(jī)數(shù)量對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)，節(jié)省系統(tǒng)平衡時(shí)間，避免頻繁啟停對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行記錄、分析，實(shí)施監(jiān)控空調(diào)運(yùn)行情況；同時(shí)結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，附加遠(yuǎn)程運(yùn)行維護(hù)、遠(yuǎn)程控制、健康警報(bào)、設(shè)備故障警報(bào)、冷凍水/冷卻水質(zhì)量檢測(cè)等多項(xiàng)附加研究內(nèi)容[6]。

1.3.3 降低設(shè)備浪費(fèi)

根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)分析設(shè)備運(yùn)行參數(shù)，提前預(yù)警潛在故障風(fēng)險(xiǎn)，提早預(yù)防，規(guī)避設(shè)備嚴(yán)重故障對(duì)生產(chǎn)、生活造成的損失，同時(shí)為客戶降低維修費(fèi)用。

2 展望物聯(lián)網(wǎng)屋頂機(jī)空調(diào)

在通訊技術(shù)和數(shù)據(jù)分析方法高速發(fā)展的時(shí)代，屋頂機(jī)空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和大數(shù)據(jù)分析方法會(huì)提高系統(tǒng)效率，降低能源浪費(fèi)，從產(chǎn)品研發(fā)方面，物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)分析得到的數(shù)據(jù)，也會(huì)為屋頂機(jī)空調(diào)的研發(fā)提供數(shù)據(jù)參考。