基于空調云平臺的節能控制系統測試床
中國移動通信集團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下屬經營集團客戶市場的專業化分公司。政企分公司作為政企市場經營和新業務開拓的專業化公司，立志成為“全球領先的行業數字化運營商”，成為跨行業專業化運營、共創行業數字化新價值的企業集團。政企分公司不斷追求成為萬物智聯新時代的先行者、行業數字化變革的賦能者、合作共贏大生態的開拓者，在各行業數字化創新浪潮中發揮賦能支撐和方向引領的作用。政企分公司著力構建“政企2.0”戰略藍圖，經營范圍橫跨政務、金融、教育、交通、醫療、工業能源、互聯網、農商等8個重點行業，整合云、管、端能力，提供行業整體解決方案，賦能數字化轉型。
《“十三五”節能減排綜合工作方案》要求強化建筑節能，強化既有居住建筑節能改造，實施改造面積5億平方米以上，完成公共建筑節能改造面積1億平方米以上。中央空調作為建筑中不可或缺的組成單元，耗電量十分巨大。我國能源總消費中建筑能耗占比超過30%，中央空調能耗約占整個樓宇能耗的30%~60%，通過節能控制，中央空調系統可節約10%~50%能耗，節能利益空間巨大。對中央空調進行節能改造是國家政策要求和客戶節能減排的利益訴求。
一、關鍵詞
中央空調，節能控制，節能減排，設備上云
二、發起公司和主要聯系人聯系方式
中國移動通信集團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
青島海爾空調電子有限公司
四、測試床項目目標和概述
本測試床面向中央空調用戶，以設備智能連接、數據采集能力為基礎，通過2G、4G、NB-IoT等技術實現空調設備上網，將中央空調系統主機、冷凍泵、冷卻泵、冷卻塔等設備的運行狀態、環境參數等傳輸至云端，通過云端智能化分析選擇當前狀態下最優運行邏輯，控制中央空調系統各設備的運行，實現系統高效節能運行及自動化運維管理，解決客戶中央空調系統能耗高、運維成本高等問題。
測試床主要測試目標為節能算法的有效性，同時節能算法可根據專家經驗和運行數據分析進行更新、迭代和優化。系統可實現節能運行、實時監測、遠程控制、能耗分析、故障預警、智能維保6種功能。
（1）節能運行
通過采集空調設備狀態和運行數據，經過平臺智能化分析生成最優運行方案，下發控制指令至空調系統，調整主機、水泵、冷卻塔等設備的運行狀態，實現中央空調系統節能。
（2）實時監測
實時監測空調系統狀態和運行參數，如壓縮機工作狀態，進出水溫度，系統運行狀態等，實現設備遠程智能監測。
（3）遠程控制
通過Web端、手機端遠程控制中央空調系統運行狀態，如開關、制冷模式、溫度等。
（4）能耗分析
對中央空調系統的耗電量、制冷量、能效比等參數進行分析。
（5）故障預警
對可能出現的故障、預警信息進行提示，如機組故障、水流丟失保護、設備清洗等并針對預警內容給出處理建議。
（6）智能維保
根據使用時長、設備情況定時提醒用戶進行維保，詳細說明維保項目及內容，指導用戶進行維保。
五、測試床解決方案架構
(一) 測試床應用場景
使用中央空調系統的大型高耗能樓宇，如數據中心、寫字樓、酒店、綜合商體、機場、地鐵等，通常建筑面積超過2萬平方米，中央空調年耗電量超過100萬度，通過將中央空調接入空調云平臺進行綜合節能控制，可節約10%~50%空調能耗，有效降低用戶用電成本。
(二) 測試床重點技術
（1）系統綜合節能控制
傳統空調系統的主機、水泵、冷卻塔等設備獨立運行，沒有進行整體的節能控制，系統運行效率低；例如冷卻水溫度越低，主機運行能效越高，但冷卻水溫度的降低卻會增加冷卻塔風扇的能耗，不同設備之間的最優運行工況差異給空調系統整體能效的優化調節帶來了極大困難。本測試床采用的系統綜合節能控制技術可以通過傳感器和空調定制網關采集并獲取主機、水泵、冷卻塔等設備的運行狀態參數并對數據進行實時監測，在此基礎上借由節能算法自動生成當前工況下系統最優運行方案，并將控制邏輯下發到設備執行，實現中央空調系統的高效節能。
（2）冷量按需索配
傳統空調系統的冷量供應恒定不變，這會造成人員體驗差和能源浪費。例如一棟寫字樓，在空調冷量供應不變的情況下，隨著進入人數的不斷增多，人員會出現悶熱感，相反隨著人員的減少，則會出現冷感，同時也造成了能源的浪費。本測試床可以根據當前室內外環境參數自動對比系統制冷能力與冷負荷需求，并動態調整冷量輸出，實現冷量按需索配。
（3）機房無人值守
常規空調系統需要人工定期巡檢，故障發現不及時的情況時有發生。本測試床可以通過遠程控制、故障預警和智能維保功能實現最少人力投入甚至是無人情況下，空調系統的安全、穩定、可靠運行。
(三) 技術創新性及先進性
傳統中央空調系統主機、水泵、閥門、冷卻塔等設備只能依靠人工根據經驗在現場進行簡單的啟停、調節操作，無法根據環境變化、負載需求動態調整設備的運行狀態。而本測試床以設備智能連接、數據采集能力為基礎，通過2G、4G、NB-IoT等技術實現空調設備上云，采集中央空調系統主機、冷凍泵、冷卻泵、冷卻塔等設備的運行狀態實現實時監控。根據中央空調的運行狀態、環境參數等信息，選擇當前工況下最優運行方案，控制中央空調系統各設備的運行，實現高效節能服務，解決客戶中央空調系統能耗高、運維成本高等問題。
(四) 測試床解決方案架構
本測試床總體方案架構如下圖所示。底層通過可適配多種協議和通信方式的定制空調網關采集中央空調主機、冷卻泵、冷凍泵、冷卻塔、風機盤管、控制柜等設備的運行數據，通過2G/4G/NB-IoT方式上傳數據至工業互聯網基礎平臺，空調云平臺通過工業互聯網基礎平臺收集設備數據和下發指令。
圖1.空調云節能控制系統總體方案架構
本測試床的功能架構如下圖所示：
圖2.空調云節能控制系統功能架構
l 接口層：實現平臺間的接口定義。
l 數據層管理：實現數據存儲和處理，持久化設備的運行參數和設定參數，并保存設備周圍溫濕度，參與數據運算和算法生成與優化。
l 業務能力層：實現節能算法控制、設備監測、遠程控制、能耗報告、機組異常告警、維保建議提醒等功能。
l 交互層：實現平臺與用戶的頁面交互，包括Web端和App端，空調管理人員、空調擁有人員、空調使用人員、平臺運營人員擁有不同的管理和查看權限。
六、預期成果
(一) 測試床的預期測試結果，針對測試項
本測試床預期在項目結束時驗證節能算法的有效性，同時節能算法可根據專家經驗和運行數據分析進行更新、迭代和優化。系統實現節能運行、實時監測、遠程控制、能耗分析、故障預警、智能維保6種功能。
(二) 商業價值
本測試床是對傳統電器產品的功能升級，實現了電器設備與服務的智能化。測試床通過空調專用網關，將傳統中央空調設備連接至網絡，對設備的運行狀態進行統計和監測，并通過云端分析實現設備的高效、節能運行，推動空調產品升級，提升空調產業價值，助力企業智慧運營。
(三) 經濟效益
主流商業建筑規模10萬平米，空調年耗電約500萬元，通過節能控制，空調系統可降耗10%~50%，取平均水平30%則每年可為用戶節約電費150萬元。此外，通過遠程控制、故障預警和智能維保功能實現的機房無人值守，也可以大幅減少企業人員的投入，降低人力資源成本。
(四) 社會價值
（1）促進兩化融合，推動行業跨界合作，提升工業產品與服務價值
中國移動與海爾聯合打造空調云產品，打破了制冷、暖通行業與IT、通信行業的專業壁壘，實現雙方產品的融合創新。更是通過新一代信息技術的發展，實現了社會資源的節約。通過兩化融合，推進制造業的轉型升級。
（2）積極響應國家節能減排要求，解決能耗高、管理不到位問題
《“十三五”節能減排綜合工作方案》要求強化建筑節能，強化既有居住建筑節能改造，實施改造面積5億平方米以上，完成公共建筑節能改造面積1億平方米以上。發改委等4部委聯合發布的《關于請組織申報2014年云計算工程的通知》要求：新建數據中心PUE不高于1.5。目前國內機房已超過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節能降耗，大力推廣先進節能技術和產品。本測試床通過對空調系統進行節能控制，可有效提升空調系統能效，降低能耗10%~50%。
七、測試床技術可行性
(一) 物理平臺
本測試床涉及的物理設備包括：
1） 傳感器組
2） 中央空調設備及自身控制系統
3） 空調專用網關（中國移動智能硬件）
4） 數據回傳網絡（2G/4G、NB-IoT）
5） 運行移動云所需的計算服務器、存儲設備、網絡設備
(二) 軟件平臺
本測試床涉及的軟件平臺包括：
1）中國移動空調云平臺（簡稱“空調云”）：空調云節能控制系統面向具有節能需求的空調用戶，可針對不同用戶需求提供定制空調網關，通過平臺智能化分析，實現空調系統節能運行、遠程監控、智能維保，使空調系統運行更加可靠、高效、節能。
2）中國移動工業互聯網基礎平臺（簡稱“基礎平臺”）：空調云建立在基礎平臺之上，通過基礎平臺采集數據、下發指令。基礎平臺是中國移動工業互聯網“1+N”產品體系的基礎和核心，支持物聯卡/設備接入管理及監控，并為工業客戶構建通用的工業互聯網能力支撐，包含IoT能力、大數據分析、工業AI等能力，幫助工業客戶快速的搭建工業互聯網應用，滿足工業、能源行業客戶及應用的通用需求，同時提供合作伙伴的引入和管理服務，助力構建開放共贏的工業互聯網生態。
3）移動云：空調云和基礎平臺運行于移動云。作為公有云平臺，“移動云”搭建IaaS、PaaS、SaaS完整三層架構產品體系，通過云計算與網絡資源的系統互連，為客戶提供云網融合整體服務，實現智能計算、海量存儲、高速互聯、精準調度、快速分發，同時可廣泛應用于政務、教育、金融、醫療、互聯網和媒體等行業。
八、和AII技術的關系
(一) 與AII總體架構的關系
本測試床符合AII工業互聯網總體架構以及在網絡體系、數據體系和安全體系方面的架構。同時以節能運行、實時監測、遠程控制、能耗分析、故障預警、智能維保為核心功能的重點測試技術則驗證了AII工業互聯網體系架構網絡模塊中的網絡互連（空調設備網絡連接）；數據模塊中的產業數據采集交換、數據集成處理以及產業建模和分析功能。
圖2.AII工業互聯網體系架構
(二) 安全聯系人
張翠柳 中國移動空調云產品經理
(三) 與已存在AII測試床的關系
本測試床與之前已經審批的測試床無任何關聯。
九、交付件
測試床的交付件包括：
1） 解決方案設計書
2） 空調專用網關
3） 空調云節能控制系統
十、測試床使用者
非發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，禁止泄露給同行業的第三方。
十一、 知識產權說明
中國移動通信集團有限公司政企客戶分公司擁有對基于空調云平臺的節能控制系統測試床的建設、運營以及使用權。
十二、 部署，操作和訪問使用
平臺部署在中國移動IDC/云計算資源池上，并為青島海爾相關人員提供訪問權限。
十三、 資金
測試床建設為自有資金，穩定充足，同時也會爭取專項資金支持。
十四、 時間軸
本測試床為短期項目，測試床驗證的時間進度安排如下：
2018年9月-2018年12月：需求調研，平臺功能、架構設計
2019年1月-2019年3月：搭建空調云節能控制系統
2019年4月-2019年6月：項目現場勘察，方案設計
2019年7月-2019年9月：項目節能改造工程實施，實現空調云節能控制系統接入
2019年10月-2019年12月：節能效果評估
十五、 附加信息
測試床具備良好的可復制性，可在數據中心、寫字樓、酒店、綜合商體、機場、地鐵等使用中央空調且具有節能需求的高耗能樓宇場景中應用。同時以采集、監測、算法、調節為核心的云化、智能化節能解決方案也適用于所有電器產品的節能。
聲明
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