太陽能及多能源綜合管理遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)實際案例
文章來源：中國安防網(wǎng)
太陽能光熱利用是迄今為止最環(huán)保的綠色能源利用方式，因此受到世界各國政府的大力推介。而太陽能熱水工程作為其最直接和高效的應(yīng)用形式，加上政府的大力推動，發(fā)展迅猛，尤其是在中國，受到了眾多設(shè)計和使用單位的認(rèn)可。據(jù)統(tǒng)計，太陽能工程熱利用在2012年的增長率超過50%。但是，隨著行業(yè)的迅猛發(fā)展，各種問題陸續(xù)出現(xiàn)，同時使用單位對工程系統(tǒng)的要求也越來越高。由于熱水工程是一個包括了太陽能設(shè)備、輔助能源設(shè)備、儲存設(shè)備，輸送管路、水泵管件及各種輸入輸出裝置的綜合系統(tǒng)，具有一定的復(fù)雜性，如何使各種設(shè)備協(xié)調(diào)并高效運行，同時方便工程售后人員進行日常管理維護和能源統(tǒng)計及分析，可以說是太陽能熱水工程在未來幾年內(nèi)普及和被更多商業(yè)、工業(yè)利用接受的至關(guān)重要的因素。這個因素被執(zhí)行得成功與否更多取決于太陽能控制系統(tǒng)。但控制系統(tǒng)在整個熱水工程中所占成本比例很小，同時行業(yè)起步較晚、產(chǎn)業(yè)層次不高，因而一直沒有被重視，導(dǎo)致現(xiàn)有控制系統(tǒng)的技術(shù)含量不高，絕大多數(shù)產(chǎn)品都需要在現(xiàn)場進行操控管理。基本沒有能夠進行遠(yuǎn)程監(jiān)控和維護的，涉及到財務(wù)分析的更是罕見。
隨著太陽能熱水工程在國內(nèi)日益普及，太陽能廠家和工程集成商安裝的工程項目越來越多，跨地區(qū)施工非常普遍。在工程系統(tǒng)日后維護中，能夠方便快捷，同時維護多個項目，以及能夠在異地進行系統(tǒng)設(shè)置、修改，并快速進行故障排查和鎖定，是熱水工程系統(tǒng)高效運行的保證，也是廠家和集成商贏得客戶信任的重要因素。同時，對于系統(tǒng)的使用方來說，能夠不受空間、時間的限制隨時對系統(tǒng)進行查看和設(shè)置，也是提升管理效率的重要因素。此外，對于國內(nèi)正在興起的合同能源管理(EMC)業(yè)務(wù)模式，如果能夠無需在現(xiàn)場安置人員，能夠遠(yuǎn)程監(jiān)管系統(tǒng)，并且系統(tǒng)能自動統(tǒng)計、分析能耗情況，并自動生成報表，則可以大大節(jié)省人工費用。
另外，采用樓宇自控系統(tǒng)(BAS)作為現(xiàn)代商業(yè)及公用建筑(例如寫字、酒店、醫(yī)院、超市、機場)為實現(xiàn)節(jié)能減排、提升管理效率、創(chuàng)造良好環(huán)境所采取的重要措施，已經(jīng)比較普及。而太陽能熱利用在這些建筑領(lǐng)域類型中起步較晚，因此樓宇自控系統(tǒng)(BAS)通常都沒有包含太陽能熱水工程。因此當(dāng)其他的設(shè)備系統(tǒng)被集成在BAS系統(tǒng)平臺里，使管理人員非常便利地實現(xiàn)集中監(jiān)管分散控制時。卻不得不到另外一個物理空間，單獨去查看和操作太陽能熱水控制系統(tǒng)，很不方便，也很難做到與其他設(shè)備的配合協(xié)調(diào)。對于傳統(tǒng)的太陽能熱水工程控制柜來說，如果要把太陽能系統(tǒng)也集成到BAS系統(tǒng)里面，需要弱電工程師基于BAS系統(tǒng)進行太陽能控制邏輯的程序開發(fā)和集成，這對不懂太陽能熱水系統(tǒng)的弱電工程師來說是個很大的挑戰(zhàn)，弱電工程師需要和太陽能工程架構(gòu)師從頭梳理，整個過程非常繁瑣耗時。所以，如果有能支持樓宇自控協(xié)議的太陽能工程控制系統(tǒng)，這個問題就迎刃而解。
二、新型控制柜技術(shù)介紹
針對上述種種需求，出現(xiàn)了一種基于Niagara平臺開發(fā)出的自帶網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器(WEBSever)的太陽能控制柜，它具有遠(yuǎn)程控制功能，用戶通過在瀏覽器上輸入IP地址就可以在異地訪問熱水工程控制界面并進行操控。同時它支持市面上主流樓控品牌的通信協(xié)議，如BACnet/Lonworks/KNX/Modbus等，能夠很容易的把太陽能工程系統(tǒng)操控界面植入樓控系統(tǒng)中，進行統(tǒng)一管理和操作。
下面我們對這種產(chǎn)品與市面上現(xiàn)有的同類功能的產(chǎn)品技術(shù)做一個分析比較，使太陽能工程業(yè)主更好的選擇合適的產(chǎn)品。
1、遠(yuǎn)程監(jiān)控功能
目前市場上能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控功能的太陽能控制柜主要是采用云服務(wù)器的方式，即在現(xiàn)場有一臺控制柜，控制柜對現(xiàn)場設(shè)備進行管控，同時收集相關(guān)的數(shù)據(jù)，然后通過網(wǎng)絡(luò)將其傳送到位于異地的云服務(wù)器，并執(zhí)行服務(wù)器發(fā)出的指令，與服務(wù)器進行雙相交匯。通常一臺云服務(wù)器能夠支持多臺位于設(shè)備現(xiàn)場的終端，即控制柜。需要遠(yuǎn)程監(jiān)控?zé)崴こ痰目蛻艨梢酝ㄟ^連接網(wǎng)絡(luò)的電腦訪問這臺云服務(wù)器，通過云服務(wù)器查看現(xiàn)場設(shè)備運行狀態(tài)，并通過云服務(wù)器給現(xiàn)場的控制柜下達指令。
而采用新型技術(shù)的太陽能遠(yuǎn)程控制柜與云服務(wù)模式最大的區(qū)別在于，它的現(xiàn)場控制柜里自帶網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器(WebServer),無需借助任何第三方的服務(wù)器。用戶遠(yuǎn)程訪問就是這臺位于現(xiàn)場的控制柜。圖1、圖2是這種兩種模式的系統(tǒng)架構(gòu)。
現(xiàn)在我們從應(yīng)用特點、適用的客戶群、以及設(shè)備造價三個面對這兩種系統(tǒng)進行分析。
1)從應(yīng)用特點上來看，二者都能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程控制。但是云服務(wù)器是一臺公用服務(wù)器支持多臺遠(yuǎn)程控制終端，由于太陽能熱水工程的架構(gòu)形式千差萬別，所以云服務(wù)器里的組態(tài)軟件需要有各種的邏輯形式和工程界面與之相對應(yīng)，但這顯然是難以做到的。因此如果使用云服務(wù)器進行遠(yuǎn)程監(jiān)控，熱水工程集成商只能采用組態(tài)軟件中現(xiàn)有的邏輯控制模式進行工程架構(gòu)，這對普通的熱水工程可行，但對復(fù)雜系統(tǒng)和有特殊要求的工程來說，是不能滿足要求的。
而這種采用新技術(shù)的控制柜的服務(wù)器是該工程獨享的，完全可以根據(jù)現(xiàn)場工程的需求對組態(tài)軟件進行二次更改，以滿足工程架構(gòu)的需求。
2)從適用的客戶群來說，云服務(wù)更適合那些大型并主推自有品牌的太陽能生產(chǎn)廠家，因為建立一套完整云服務(wù)系統(tǒng)投資巨大，對硬件要求比較高，例如需要高速的服務(wù)器以滿足多個用戶同時訪問，并輔以相應(yīng)的帶寬，同時要有合適的服務(wù)器機房。在軟件上，需要有開發(fā)組態(tài)軟件能力，并且能夠定時的更新、升級。此外，公司需要有專人對服務(wù)器進行管理和維護，以保證一個穩(wěn)定的云服務(wù)器平臺，平臺的穩(wěn)定能力，對系統(tǒng)的穩(wěn)定能力有至關(guān)重要的影響力。這些要求顯然對中小型太陽能廠家和工程集成商來說是不現(xiàn)實的。
而這種新型控制柜自帶服務(wù)器，無需第三方的大型云服務(wù)器支持。只要一個控制柜，就能滿足所有的要求。這對不具備自行開發(fā)云服務(wù)模式的能力和沒有專人去維護服務(wù)器的中小太陽能廠家和以及不代理固定品牌的太陽能工程集成商來說，是一個非常好的選擇。
此外，在我們接觸的太陽能熱水工程中，有一些客戶，他們對熱水消耗情況等數(shù)據(jù)的保密性要求很高，例如化工、印染、制藥、食品加工等，因為熱水是這類企業(yè)必要的生產(chǎn)要素，消耗量的多少直接涉及到企業(yè)的商業(yè)機密。云服務(wù)的模式需要把相關(guān)的數(shù)據(jù)儲存在第三方的數(shù)據(jù)庫里，多少存在安全隱含。而這款自帶服務(wù)器的控制柜，使所有數(shù)據(jù)存儲在業(yè)主現(xiàn)場，安全性更可靠。
此外，對于EMC項目來說，數(shù)據(jù)信息的公正性和安全性對于使用方和投資方都非常關(guān)鍵。每個項目使用獨立的服務(wù)器和相應(yīng)的管理軟件，能夠避免使用公用服務(wù)器而帶來的不便與安全隱患。
3)從整套系統(tǒng)的投入來說，如果只是單個控制末端，云服務(wù)的控制柜由于不帶服務(wù)器，成本會略低一些，但是從整個云服務(wù)的系統(tǒng)架構(gòu)來看，包括服務(wù)器的維護，這個成本是很高的，對于安裝了云服務(wù)遠(yuǎn)程控制柜的客戶來說，服務(wù)是沒有免費的，客戶的系統(tǒng)只要在云服務(wù)器中存續(xù)，就需要連續(xù)向云服務(wù)供應(yīng)商支付服務(wù)費用，而且客戶對服務(wù)費的收取沒有任何議價能力。
而這種新型控制柜無需后端架構(gòu)，現(xiàn)場安裝結(jié)束后，沒有后續(xù)投資和收費，因此對中小廠家和工程集成商來說更具成本優(yōu)勢除了上述的遠(yuǎn)程監(jiān)控功能外，這款新型控制系統(tǒng)還具有非常強大的多能源綜合管理功能，不僅僅是對太陽能光熱設(shè)備的管理，同時還能對輔助能源或者聯(lián)合使用的其他能源進行管理。例如在太陽能熱水工程中，我們通常會同時配備輔助加熱設(shè)備，其中既有新能源范疇的空氣源熱泵熱水器、地源熱泵，也有傳統(tǒng)設(shè)備的節(jié)能利用模式，例如利用中央空調(diào)和冷凍機組的熱回收，同時也會有傳統(tǒng)的燃?xì)忮仩t、燃油鍋爐和電鍋爐等設(shè)備。這些設(shè)備的工作環(huán)境、制熱能力和所耗費能源的成本差異很大，而且會根據(jù)地區(qū)不同、業(yè)主單位性質(zhì)不同、使用時間不同，有所變化。這款新型控制柜能夠綜合考慮上述因素，通過復(fù)雜的算法，協(xié)調(diào)各種設(shè)備的的運行時間和運行狀態(tài)及所需要達到的效果，從而使整個系統(tǒng)在滿足業(yè)主方需求的情況下，使可再生能源例如太陽能、空氣能等最大限度的利用，而傳統(tǒng)能源及高成本的能源最小限度的使用，以達到最佳的節(jié)能效果。
舉個例子，太陽能設(shè)備工作需要有一定的陽光輻照度，而空氣能熱泵工作需要有適合的環(huán)境氣溫才能達到較高的能效比。這二者都與環(huán)境有緊密的聯(lián)系。如何對滿足第二天所需熱水的熱量來源進行分配，太陽能供多少，空氣能供多少，傳統(tǒng)能源又供多少，分別在什么供，都是需要通過分析和計算來安排的。因為用熱水的時間段有要求，而且空氣源熱泵開啟時間有峰谷電價的差別。這款新型產(chǎn)品中的一個分析特色是，綜合分析天氣情況的歷史數(shù)據(jù)并與實時的天氣預(yù)報以及現(xiàn)場監(jiān)測情況進行比對和計算，從而得出最佳的設(shè)備開啟關(guān)閉的時間和運行工況。我們的系統(tǒng)會涵蓋到近幾年的歷史環(huán)境數(shù)據(jù)，例如光照、環(huán)境氣溫等，同時系統(tǒng)會經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)自動從天氣預(yù)報信息提供商抓取相關(guān)信息，并結(jié)合現(xiàn)場實際的探測裝置自動綜合優(yōu)化分析后安排設(shè)備工作情況實現(xiàn)成本效益最大化。同時，這套系統(tǒng)引入了先進的自學(xué)習(xí)功能，用戶在使用了一段時間后，系統(tǒng)會根據(jù)用戶的使用習(xí)慣自動調(diào)整邏輯控制。自適應(yīng)的軟件算法能科學(xué)確定設(shè)備啟停，參數(shù)優(yōu)化，以達到最大化的節(jié)能減排，幫助客戶實現(xiàn)利益最大化。
此外，該設(shè)備數(shù)據(jù)處理功能也是一大亮點：具有很強的數(shù)據(jù)收集、處理、分析能力，能夠?qū)φ麄€系統(tǒng)的節(jié)能減排數(shù)據(jù)進行綜合分析、對比，形成天、周、月、年的數(shù)據(jù)報告，并進行曲線圖、柱狀圖、餅圖的多能源占比分析，及時地把節(jié)能、耗能情況反映給使用單位，以指導(dǎo)使用單位的節(jié)能減排。圖3～圖5(能耗、數(shù)據(jù)、分析圖)。
合同能源管理(EMC)是近年來節(jié)能減排市場中非常流行的業(yè)務(wù)操作模式，在太陽能大型熱水工程中頗受業(yè)主單位的青睞，許多太陽能廠家和集成商們都有涉及這類業(yè)務(wù)。EMC模式非常關(guān)鍵的一點是需要對節(jié)能量有精確的計量，同時能夠很直觀的表現(xiàn)出來，同時能夠準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)化成財務(wù)數(shù)據(jù)。同時它預(yù)置了多種EMC統(tǒng)計分析工具，能夠?qū)崟r、按日、周、月、年分階段和不同的角度實現(xiàn)節(jié)能統(tǒng)計和財務(wù)收益統(tǒng)計。同時也可以根據(jù)具體項目的財務(wù)統(tǒng)計和收益分配方式對軟件進行定制化調(diào)整，以滿足具體項目的要求。此外，對系統(tǒng)集成商和EMC項目的投資方來說，可以最大程度的減少進行現(xiàn)場抄錄、統(tǒng)計的人力投入，并保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和實時性。
2、與樓宇自控系統(tǒng)(BAS)集成
如之前在行業(yè)背景中所述，把太陽能熱水工程管理系統(tǒng)集成在樓宇自控系統(tǒng)中已經(jīng)成為眾多高端寫字樓、賓館酒店、超市、醫(yī)院等單位在考慮安裝太陽能熱水工程時的必要考慮條件。而傳統(tǒng)的無論是單片機還是PLC類型的控制柜無法做到這一點。
這個新型控制柜基于Niagara技術(shù)平臺，采用樓宇自控系統(tǒng)所需的DDC控制模塊做核心，能夠兼容目前樓控行業(yè)的所有主流協(xié)議：BACnet/Lonworks/KNX/Modbus等，使太陽能系統(tǒng)能夠十分容易的整體嵌入到樓控系統(tǒng)中，與暖通空調(diào)(HVAC)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、安全防范、消防、電梯系統(tǒng)和其他系統(tǒng)的出現(xiàn)在同一界面，統(tǒng)一操控管理，從而幫助設(shè)施管理人員、建筑業(yè)主以及系統(tǒng)集成商，進行同步、準(zhǔn)確、最優(yōu)化的控制，也實現(xiàn)了節(jié)能減排的最大化。在物理連接上也非常簡單，只需一根網(wǎng)線把太陽能控制柜與樓控控制柜連在一起即可。見圖6自控系統(tǒng)圖。
三、展望
太陽能熱水工程在節(jié)能減排領(lǐng)域有著許多獨特的優(yōu)勢，但由于歷史原因和行業(yè)起步基點不高的局限，這一具有巨大發(fā)展空間且巨大使用收益的產(chǎn)品一直徘徊在一個較低端的產(chǎn)業(yè)層次上。盡管產(chǎn)品已經(jīng)從家用過度到商業(yè)項目使用上，但是它的利用還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足，至于在能產(chǎn)生巨大節(jié)能效益的工業(yè)項目利用上還非常少見。這里既有太陽能設(shè)備本身的功能限制，也有工程設(shè)計和控制管理方面的不完善，使得一些單位和用戶對使用太陽能熱水工程系統(tǒng)仍持有懷疑態(tài)度。這個采用跨行業(yè)技術(shù)的新型控制柜的面世，將通過提升太陽能熱水工程的軟實力和增強人性化因素，來使太陽能熱水工程領(lǐng)域向著更高效利用，更廣泛使用的方向邁進。
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