物聯網在屋頂機空調中的應用

楊 青

（特靈科技亞太研發中心，江蘇 太倉 215400）

前言

隨著科學技術的進步和生活水平的提高，公共建筑越來越多，建筑規模越來越大，人們對中央空調的需求也越來越高。屋頂式中央空調機組，由于安裝方便、整體結構縮短管路長度、制冷效率高、可靠性高、不占用室內空間的優點，被廣泛應用于各種大空間民用商用建筑。作為新一代信息技術重要組成部分的物聯網，正在快速地滲透到各個領域，越來越多的設備、終端被納入到信息網絡中。屋頂機空調借助物聯網技術可以人機互動、實現高度智能化，既能滿足人們對舒適度的要求，又可以智能化控制、進行運行曲線優化、對室內制冷或制熱余量充分利用、避免不良習慣造成的使用浪費、憑借生活習慣和不同環境使運行狀態得到智能調節，不僅有益于健康，同時也有節能和環保的效果。

1 物聯網屋頂機空調

物聯網的概念最初來源于美國麻省理工學院（MIT）在1999 年提出的網絡無線射頻識別（RFID）系統，該系統可以把所有物品通過射頻識別等信息傳感設備與互聯網連接起來，實現智能化識別和管理。利用物聯網的這些特征，可以將屋頂機空調機組、空調用戶及室外環境連接入物聯網，從而實現屋頂機空調機組的管控一體化，達到節能運行和高效管理的目的[1]。

1.1 物聯網改善屋頂機空調設計

屋頂式空調因其結構緊湊、能量范圍廣、調節方便、安裝時間少、費用低等優點，被越來越多地應用于空調工程中，屋頂機空調的設計性能也在新技術不斷涌現的同時得以提高。

1.1.1 物聯網提升屋頂機空調性能豐富高效

為更好地提高空調機組能效，屋頂機空調的新風排風開度、變頻變容量壓縮機調節、恒溫恒濕控制以及變風量末端的使用，都可以使用專用或標準的協議聯入物聯網進行集中監控。通常需要在屋頂機空調的控制箱內使用一個單獨的通信模塊實現聯網，并集成控制模塊檢測控制機組。

圖1 物聯網空調控制簡圖

通過物聯網連接，借助云計算相對安全的環境，屋頂機空調可以完成所有的存貯和必要的計算，并按需從云中下載相關的信息。制冷和供暖也可以通過物聯網使用智能終端進行。屋頂機空調機組對從物聯網中收集到的數據進行分析，例如末端使用情況、假期和天氣預報，通過智能模型計算使壓縮機運行曲線優化，最大限度地降低能耗，提高機組使用效率，確保用最佳設置去實現最高機組運行效率。

1.1.2 物聯網提高屋頂機空調可靠性和易維護性

大量傳感器的布置使物聯網通過數據收集和分析，提高屋頂機空調設計可靠性，擴展可維修性，增加耐久性成為可能。

（1）聲音傳感器檢測機組內外噪音，確保機組表面和內襯吸音材料的有效和完好。（2）加速度傳感器采集機組振動對建筑物的影響，防止固體傳聲進入工作生活環境。（3）風量傳感器監視冷凝器集灰，確定小水泵沖洗冷凝器的時間和水量。（4）轉速傳感器記錄冷凝風扇轉速，及時發現風扇運轉的異常。（5）流量傳感器在積水盤上的安裝，對防止積水有積極作用。（6）排氣/回氣管路上高低壓力傳感器，防止壓縮機排氣壓力過高或過低導致卡死抱死。（7）環溫熱敏電阻檢測環境溫度是否達到設定值；室內管道熱敏電阻測量制冷系統蒸發溫度；室內出風口熱敏電阻控制室外機融霜；室外環溫熱敏電阻檢測室外環境溫度；室外管溫熱敏電阻檢測管道溫度；壓縮機排氣管熱敏電阻檢測壓縮機排氣管溫度；低壓管熱敏電阻檢測回液管溫度。

借助物聯網的互聯互通，可以對大量屋頂機空調機組的實時數據分析判斷，并對已經發生的失效故障做出甄別、自動判定具體原因，還可以對將要發生的失效故障預估計。應用思路為故障預測、故障檢測與故障診斷、故障維修、完善實驗設計[2]。

圖2 數據采集架構

1.2 物聯網提高屋頂機生產智能化

屋頂機空調自40 年前在美國出現以來，因其設計簡單，安裝使用方便，應用越來越廣泛，競爭也越來越激烈。物聯網在屋頂機空調生產中的應用，對保證產品質量、控制生產品質、提升產品競爭力，有促進作用。

1.2.1 數字化生產

屋頂機空調產線多由組裝工作平臺組成，利用物聯網將屋頂機空調的各生產設備連接成一個網絡，便于數據和信息共享，實現全面產線監控，也便于運營管理人員遠程控制管理工作單元實現自動化和優化，方便管理運營成本，監控生產滯后。

1.2.2 物料定位識別

在零部件上粘貼RFID 等識別定位技術來標識生產過程中使用的原材料、半成品和成品，在項目層級對材料和成品進行跟蹤，提供跨渠道可見性，完成對可用材料、成品和新材料的估計，優化供應，實現價值成本的數字化管理。

1.2.3 自動檢測能耗

通過物聯網，可以自動采集電能、氣能、熱能等數據，完成對能源數據的統籌管理。

1.2.4 設備監查和質量控制

數字化生產為獲取生產設備的動態參數提供了方便，物聯網傳感器在屋頂機空調生產的各個階段采集并匯總產品數據和設備參數，通過集中控制模塊和無線傳輸技術組成的物聯網，借助公眾網絡把管理者人與生產設備連接起來，對采集到的設備和產品數據參數進行管理，根據生產管理要求識別和改正產品生產失效故障[3]。

1.3 物聯網促進屋頂機節能

習總書記提出了“綠水青山就是金山銀山”這一科學論斷，綠色發展、高質量發展、可持續發展成了當前的主題。具體到屋頂機空調上，節能降耗是一個非常重要的目標課題。屋頂機空調能耗一般包括三部分：空調冷熱源、空調機組及末端設備、空氣輸送系統。三部分中的空調機組及末端設備，可以利用物聯網的特有優勢，建立起包括空調機組、空調用戶及室外環境的物聯網，從而實現空調系統的管控一體化，達到高效管理和節能的目的。

1.3.1 減少啟停浪費

利用被動紅外傳感器，可以自動檢測到人體的活動，無人活動時，機組暫停運行；同時根據規定的辦公和生活溫度，擴大幅度調節范圍，并自動檢測和修正，在物聯網內遠程上報，警告通知用戶；屋頂機空調末端的傳感器檢測到非正常開門窗時，及時給予警告；機組還可以通過物聯網對空調末端遠程監控，實現上下班自動開關機；依照日程計劃，對辦公室提前預冷或預熱；屋頂機空調機組上借助物聯網技術，對采集到的數據進行統計分析，自行匯總成用戶習慣，自動設定能耗限額，去培養用戶習慣，以提高節能意識。

1.3.2 避免參數浪費

圖3 檢測診斷流程圖[4]

圖4 啟停控制流程圖[5]

圖5 智能控制模型[7]

通過采集室內外溫度的送變器信號、輸回水溫度/壓力/流量值、電能表指數、控制通訊和內部數據，輸出各動部件啟停控制信號，借助物聯網大數據統計建立環境季節溫度、末端開機數量對應數據，節省系統平衡時間，避免頻繁啟停對空調系統的各項參數進行記錄、分析，實施監控空調運行情況；同時結合物聯網技術，附加遠程運行維護、遠程控制、健康警報、設備故障警報、冷凍水/冷卻水質量檢測等多項附加研究內容[6]。

1.3.3 降低設備浪費

根據物聯網大數據分析設備運行參數，提前預警潛在故障風險，提早預防，規避設備嚴重故障對生產、生活造成的損失，同時為客戶降低維修費用。

2 展望物聯網屋頂機空調

在通訊技術和數據分析方法高速發展的時代，屋頂機空調系統運用物聯網設備和大數據分析方法會提高系統效率，降低能源浪費，從產品研發方面，物聯網大數據分析得到的數據，也會為屋頂機空調的研發提供數據參考。