能源物聯(lián)網(wǎng)驅(qū)動(dòng)建筑節(jié)能產(chǎn)業(yè)智能升級(jí)

■ 文/龍勝平

在節(jié)能減排的戰(zhàn)略引領(lǐng)下，建筑節(jié)能減排步伐持續(xù)加快，基于互聯(lián)的建筑智能升級(jí)成為趨勢(shì)。能源互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)過縱深發(fā)展，在建筑領(lǐng)域融合和重構(gòu)后，迎來了一個(gè)新的發(fā)展階段——能源物聯(lián)網(wǎng)。這一信息化與其他產(chǎn)業(yè)融合的核心技術(shù)，帶來了一場(chǎng)能源物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用于建筑節(jié)能的新革命。

智能建筑升級(jí)到智慧建筑需要物聯(lián)網(wǎng)

建筑的發(fā)展經(jīng)過了由傳統(tǒng)建筑到智能建筑，由智能建筑繼續(xù)向智慧建筑發(fā)展的階段。相較于傳統(tǒng)的智能建筑，智慧建筑更像是一個(gè)會(huì)思考的“生命體”，能夠分析和學(xué)習(xí)大量的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行自我成長(zhǎng)；智能建筑則更多的是具備儲(chǔ)存信息的能力，但不能進(jìn)行獨(dú)立的數(shù)據(jù)分析和學(xué)習(xí)。

縱觀當(dāng)前建筑智能化的具體應(yīng)用，不難發(fā)現(xiàn)當(dāng)前建筑智能化的主要問題之一是各種智能化子系統(tǒng)彼此獨(dú)立。以酒店的智能化系統(tǒng)為例，客房系統(tǒng)、安防系統(tǒng)、樓宇設(shè)備自控系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、配電系統(tǒng)、制冷機(jī)房群控系統(tǒng)等“各自為政”，呈現(xiàn)了一座座“信息孤島”，彼此之間通信困難，各個(gè)廠家之間的協(xié)議很難統(tǒng)一；所謂的系統(tǒng)集成也只是集成在一個(gè)平臺(tái)顯示，信息基本上不交互，特別是能源管理信息與各種設(shè)施系統(tǒng)的內(nèi)部信息沒有關(guān)聯(lián)交互。

問題之二是智能建筑沒有實(shí)現(xiàn)“萬物互聯(lián)”，沒有構(gòu)成大數(shù)據(jù)，人工智能的實(shí)際應(yīng)用比較初級(jí)，相比生活領(lǐng)域逐漸呈現(xiàn)的大數(shù)據(jù)應(yīng)用明顯落后。智能建筑還只有互聯(lián)網(wǎng)和智能化，沒有和各種“物”融合起來，算不上智慧建筑，這兩方面的問題都需要通過物聯(lián)網(wǎng)來解決。

能源與物聯(lián)網(wǎng)的融合

以往的Zigbee、藍(lán)牙、Wi-Fi等技術(shù)只適合于中短距離，應(yīng)用在智能家居，很難滿足大型公共建筑物聯(lián)網(wǎng)的需求。大型公共建筑對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的要求是覆蓋范圍廣（需要覆蓋到地下機(jī)房、管道中）、電池續(xù)航能力強(qiáng)、信號(hào)穩(wěn)定、海量連接和低成本。很明顯，這正是低功耗廣域網(wǎng)（LPWAN）的范疇。

能源互聯(lián)網(wǎng)的新時(shí)代——能源物聯(lián)網(wǎng)

幸運(yùn)的是，近些年低功耗廣域網(wǎng)（LPWAN）發(fā)生了里程碑式的突破，3GPP組織（移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)化團(tuán)體）將NB-IoT標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議（窄帶蜂窩物聯(lián)網(wǎng)）確定為物聯(lián)網(wǎng)通信的全球統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。LoRa聯(lián)盟確立了LoRaWAN協(xié)議，并在多個(gè)國(guó)家得到了響應(yīng)和應(yīng)用。LoRa和NB-IoT技術(shù)的快速發(fā)展和商業(yè)應(yīng)用，使建筑能源物聯(lián)網(wǎng)在傳感和無線傳輸環(huán)節(jié)獲得重大突破。

這一突破使能源物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)出行業(yè)專屬的大數(shù)據(jù)，將能源、環(huán)境、設(shè)備、人這幾大要素互聯(lián)起來，再配以云計(jì)算和開源的人工智能算法，為其帶來全新的信息傳輸和能源管理方式，讓能源管理信息化、能源成本可視化、能源使用精細(xì)化，從而顛覆性地幫助建筑能源實(shí)現(xiàn)成倍的管理效率提升。

設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)化及智能化

能源物聯(lián)網(wǎng)將快速推動(dòng)設(shè)備制造商加快設(shè)備的物聯(lián)網(wǎng)化及智能化。這主要是由物聯(lián)網(wǎng)的本質(zhì)特征

設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)可視化監(jiān)控系統(tǒng)決定的：一是互聯(lián)網(wǎng)特征，即對(duì)需要聯(lián)網(wǎng)的物一定要能夠?qū)崿F(xiàn)互聯(lián)互通；二是識(shí)別與通信特征，即納入物聯(lián)網(wǎng)的“物”一定要具備自動(dòng)識(shí)別與物物通信（Machine to Machine，M2M）的功能；三是智能化特征，即網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)應(yīng)具有自動(dòng)化、自我反饋與智能控制的特點(diǎn)。

物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)旨在提供端到端的軟件，這使得設(shè)備制造商不僅要開發(fā)出帶智能傳感器的產(chǎn)品，還要為最終用戶提供簡(jiǎn)潔的、可靠的物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。例如傳統(tǒng)的制冷機(jī)房，當(dāng)這些設(shè)備具備物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議接口后，將非常方便地組成設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)，通過對(duì)設(shè)備群的大量運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行大數(shù)據(jù)挖掘分析，利用人工智能制定高效的運(yùn)行策略，從而建設(shè)成高效智能化的制冷機(jī)房系統(tǒng)，讓整個(gè)制冷機(jī)房的效率提高。

能源互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

專家系統(tǒng)和人工智能將大顯身手

有了能源物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以及節(jié)能設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)接口，大量的能源數(shù)據(jù)和設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)將滾滾而來。專家可以對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行診斷分析，無論是通過結(jié)構(gòu)化的數(shù)學(xué)模型還是采用大數(shù)據(jù)的分析方法，都可以得到一套有效的診斷規(guī)則，幫助系統(tǒng)進(jìn)行故障診斷和能效診斷，對(duì)建筑能源系統(tǒng)持續(xù)調(diào)適優(yōu)化，用于設(shè)計(jì)反饋和優(yōu)化運(yùn)營(yíng)，幫助建立無人值守的運(yùn)維系統(tǒng)，為安全可靠運(yùn)維保駕護(hù)航。

同時(shí)，專家系統(tǒng)可以通過人工智能對(duì)運(yùn)行策略進(jìn)行機(jī)器學(xué)習(xí)，讓設(shè)備變得越來越聰明。大量運(yùn)行的數(shù)據(jù)還可以反饋不同設(shè)備（品牌、型號(hào)）的故障頻率、設(shè)備的實(shí)際能效。專家系統(tǒng)可以結(jié)合RFID（射頻識(shí)別）建立企業(yè)的資產(chǎn)管理系統(tǒng)，對(duì)后續(xù)的設(shè)備采購(gòu)提供極具價(jià)值的參考。如果將這一結(jié)果和電子商務(wù)聯(lián)系起來，也許工業(yè)4.0時(shí)代的電子商務(wù)機(jī)會(huì)將重新來臨。

能源物聯(lián)網(wǎng)與建筑節(jié)能

能源物聯(lián)網(wǎng)已對(duì)產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)產(chǎn)生影響，越來越多的設(shè)備生產(chǎn)商通過建立物聯(lián)網(wǎng)來調(diào)整自身的未來戰(zhàn)略和商業(yè)模式。一些解決方案提供商也躍躍欲試，嘗試使能源物聯(lián)網(wǎng)的項(xiàng)目落地。

例如，由東方低碳公司自主研發(fā)的基于LoRa的能源管理云平臺(tái)，以能源與設(shè)施運(yùn)營(yíng)大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)為核心，能源計(jì)量系統(tǒng)與自控系統(tǒng)為基礎(chǔ)，有效結(jié)合云計(jì)算、大數(shù)據(jù)分析、物聯(lián)網(wǎng)等信息化技術(shù)，幫助挖掘建筑節(jié)能的巨大潛力，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、優(yōu)化調(diào)適、物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)維與資產(chǎn)優(yōu)化等功能。該平臺(tái)在上海浦東香格里拉酒店、福州凱賓斯基酒店等合同能源管理項(xiàng)目中得到了成功應(yīng)用。這些實(shí)際項(xiàng)目的應(yīng)用解決方案，大大豐富了物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)用接口。

●能源物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集

能源物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的突破首先帶來無線智能抄表的真正落地。傳統(tǒng)的遠(yuǎn)程抄表在綜合布線環(huán)節(jié)非常煩瑣，節(jié)能改造項(xiàng)目受裝修的限制，實(shí)施難度很大，導(dǎo)致實(shí)際采集到的能源數(shù)據(jù)非常有限，無法全面分析建筑的能源設(shè)施系統(tǒng)，看不清“廬山真面目”。而采用了LoRA和NB-IoT的無線抄表系統(tǒng)，使遠(yuǎn)程抄表變得簡(jiǎn)單，信號(hào)穩(wěn)定可靠，穿透能力強(qiáng)（實(shí)測(cè)穿越15層樓板）。數(shù)據(jù)采集環(huán)節(jié)順利實(shí)施后，能源物聯(lián)網(wǎng)就具備了能源管理的基礎(chǔ)，能耗的測(cè)量與驗(yàn)證就可以得到實(shí)際數(shù)據(jù)的支撐。

●優(yōu)化調(diào)適

能源物聯(lián)網(wǎng)的大量數(shù)據(jù)可以對(duì)未來的空調(diào)負(fù)荷和電力負(fù)荷進(jìn)行準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)，基于預(yù)測(cè)負(fù)荷和優(yōu)化算法，對(duì)制冷機(jī)組的運(yùn)行策略進(jìn)行優(yōu)化，匹配出能效最高的設(shè)備組合和參數(shù)設(shè)定。對(duì)電力需求側(cè)而言，可以進(jìn)行有效的需求管控，降低最大需量，從而減少電費(fèi)。通過多維度分析影響系統(tǒng)效率的因素，可以非常清晰地知曉哪些節(jié)能措施是有效的，按照哪種方式運(yùn)行系統(tǒng)效率最高。通過人機(jī)交互，工程師可以參與到物聯(lián)網(wǎng)的智能化處理，對(duì)處理的窗口進(jìn)行監(jiān)視，包括Web監(jiān)視界面、數(shù)據(jù)更新、表格查詢以及指令控制等部分。

●物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)維

物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)維平臺(tái)拓展了遠(yuǎn)程運(yùn)維的功能，大大提高了運(yùn)維的效率，降低了人力成本。一旦出現(xiàn)故障，運(yùn)維APP可即時(shí)把故障報(bào)警推送給運(yùn)維工程師，并根據(jù)此前的維修保養(yǎng)記錄，推薦類似情況的解決方案。隨著預(yù)診斷系統(tǒng)的完善，遠(yuǎn)程運(yùn)維的安全性和可靠性大大增強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)無人值守指日可待。

●資產(chǎn)優(yōu)化

能源物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)以資產(chǎn)管理為軸線，通過RFID標(biāo)簽快速收集大量設(shè)備全生命周期的信息，包括設(shè)備的地理空間信息、采購(gòu)信息、維護(hù)保養(yǎng)信息、易損零部件統(tǒng)計(jì)分析以及故障的類型、頻率和分布，也包含了設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)、設(shè)備的能效、設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間等信息。能源物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)既可以對(duì)不同項(xiàng)目不同品牌進(jìn)行綜合比較，也可以對(duì)同一品牌不同型號(hào)進(jìn)行比較，還可以對(duì)同一品牌同一型號(hào)設(shè)備不同工況參數(shù)進(jìn)行比較。利用物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)分析的結(jié)果可以指導(dǎo)后續(xù)設(shè)備的采購(gòu)，減少庫存，保證備件供應(yīng)。

節(jié)能共享云服務(wù)平臺(tái)觸手可及

有了上述基礎(chǔ)，討論節(jié)能共享云服務(wù)平臺(tái)（SaaS）已經(jīng)不再遙遠(yuǎn)。未來有望將大量的專家經(jīng)驗(yàn)、運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)、專業(yè)公司的資源進(jìn)行共享，實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)資源的整合和高效分配，將節(jié)能行業(yè)中的設(shè)備制造商、節(jié)能服務(wù)商、樓宇用能單位、物業(yè)管理公司、設(shè)備維保公司、機(jī)電安裝公司融合起來，滲透到節(jié)能產(chǎn)業(yè)的方方面面，帶動(dòng)建筑節(jié)能產(chǎn)業(yè)的升級(jí)與變革。也許在不久的將來，節(jié)能共享云服務(wù)平臺(tái)將顛覆整個(gè)建筑節(jié)能產(chǎn)業(yè)。