楊 青
(特靈科技亞太研發(fā)中心,江蘇 太倉 215400)
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。
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]。
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)
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]。
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。
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。