商用热泵远程全面能效管理系统研究

李魁星 郑晓峰 杨磊

青岛海尔新能源电器有限公司 山东青岛 266000

1 引言

随着社会的发展、消费水平的不断提升，人们对环境的舒适度提出了更高标准的需求，商用热泵模块机以空气为热源加热生活用水、调节室内环境的温度，创造舒适环境，在超市、商场、医院等不同场所得到广泛的应用[1]；商用热泵模块机的高能耗特性也进入人们的视野，因此如何有效的降低商用热泵模块机的运行能耗受到广大的关注[2]。

针对当前遇到的问题，本研究建立了一个以远程监视为主、扩展性强的全面能效管理系统，本期优先开发Web端，能够扩展手机端开发，设备整体监控量为1000台模块主机。

2 系统整体结构设计

能效管理系统从整体上可以分为数据采集层、业务处理层和功能展现层。整体结构如图1所示。

系统采集的数据具备时间序列数据的特性：采集频率快、严重依赖于采集时间以及测量点多数据量大。这些特点决定了其适合采用大数据处理技术。在分析系统需求的基础上，我们利用了关系型数据库MySQL记录复杂的档案关系，使用大数据技术MongoDB存储时间序列数据。其架构如图2所示。

管理系统采用面向服务的架构（SOA）进行应用，能够摆脱面向技术的解决方案的束缚，集中精力于构建全面能效管理系统，从而提高软件重用、加快应用软件的实施[3]。SOA是一种指导创建和使用业务服务的架构，定义和提供一种允许不同应用交换数据和参与业务过程的IT基础架构。SOA符合目前的实际需求和基础管控系统建设的技术方针，而且随着Web服务技术的普遍采用，SOA已成为大型信息化建设的方向[4]。

3 系统功能设计

商用热泵远程全面能效管理系统功能设计如下：①宣传展示，通过地图实现所有项目的展示及浏览，便于客户参观及云服务团队的管理；②项目管理，实现项目信息备忘、快捷查询；③实时数据查看，随时了解各项目设备运行状态；④运行数据记忆及分析，统计设备故障多发点，为研发提供数据支撑，减少设备故障率；⑤客户服务，为客户提供专家式远程服务，提升产品附加价值。

3.1 开发语言

后台数据接收部分使用C++，后台读取数据部分使用ssh2结构，前台展示部分使用html、jsp、ajax等传统主流技术，Web应用服务器使用jboss4.2.3.GA。

3.2 开发工具

Visual Studio 2010；java开发使用我公司基于eclipse，自主开发的UEP平台。统一企业应用平台(简称UEP)采用分层结构，前端展现层支持Web页面、Flex、移动客户端和桌面应用多种方式；Web页面展现提供成体系的、面向对象特性的组件，采用AJAX技术增强用户体验；数据持久层提供了JPA和自定义两种持久化机制互为补充。UEP还实现了具有自主知识产权的Web应用开发环境，并提供了各种辅助开发工具以提高开发效率。能效管理系统设计完成后的性能参数如表1所示。

图1 管理系统整体结构图

图2 数据处储整体框架

图3 首页面显示

3.3 系统关键功能展示

如图3首页面显示为世界卫星地图图片和动态点，点击后进入百度地图，用相应标识指示出项目所在地与项目运行是否正常。图标中间为红色绿色机组状态指示灯，正常时绿灯定时闪烁，有预警黄灯闪烁，有故障红灯亮，灰色指示灯代表断电停机。页面右侧用透明悬浮框显示各地机组，首页面显示主要是方便云服务运营团队监测云系统中的各个项目，各项目管理员登陆系统时只显示拥有权限的项目。

如图4所示项目台账管理，主要用于建立各项目的档案，包括项目的设备信息、IMU信息和管理设备的报警阈值。选择目录树上的某地区，右边将显示该地区下的项目，然后可以对项目进行维护，包括增加、删除。当输入项目地址时，能够与地图进行呼应，能够在地图页面用图标显示该项目。申请相应权限后，点击某项目可以看到该项目的基本信息、设备信息、IMU信息，并可以维护设备信息、IMU信息。

如图4所示项目查询，项目查询页用于快速进入设备界面，并查询设备的实时状态、参数曲线、历史数据、报警信息。点击首页菜单中的项目查询将进入设备相关的查询界面，项目名称或者设备序列号将直接打开该项目或者设备。页面左边是一个组织架构树，组织形式为集团公司——地市——项目——设备，通过树右边的按钮可以对组织架构树进行隐藏或者展开。

3.4 能效管理系统应用实例

如图5所示全面能效管理系统硬件拓扑图，采用GPRS通讯技术，结合热泵机组-MODBUS通讯协议，将机组运行信息通过网络传到商用热泵远程全面能效管理系统，使用人员可以通过电脑、手机等设备登录系统进行远程监控，通过管理系统用户可以实时掌握机组运行状态、耗电量等情况；分多级管理权限，供海尔服务人员、经销商、用户实时监测机组运行状态，有问题及时发现，通过采集到的数据信息预判机组未来可能出现的问题，提前告知用户或由顾服部门按照定位地址安排人员上门维修。

表1 系统性能参数

3.5 能效管理系统使用效果

本系统应用于青岛北站海尔10P热泵热水器多联机项目，该项目用15台10P热水机并联给车站工作人员及过往旅客供给生活热水，分析数据取自2016年5到12月和2017年5到12月、使用远程能效管理系统前后的用水周期，如图6所示，2017年配备能效管理系统后通过合理的机组配置及运维控制，比2016年同期耗能均有明显减少，8个月共节约电量1938千瓦时。

另外，提前预警12次，现场管理人员及时发现，并采取措施，避免了进一步恶化导致机组停机；推送给海尔售后维修人员故障5次，维修人员主动上门维修，在用户中赢得良好的口碑；研发人员收集项目运行数据和故障情况，对机组的设计缺陷进一步完善。

4 结论

商用热泵远程全面能效管理系统经过设计开发、运营测试，优势可总结如下：

①节能控制：根据实际用户温度合理控制机组的加减载，达到节能同时均匀机组运行增加机组寿命；②销售机会：发现销售线索，发出线下跟踪指令；③增值服务：预见设备故障、提前维护、减少停机、远程减少停机时间、远程响应服务请求、缩短解决问题时间，通过数据分析，改进产品设计；④盈利模式：转变盈利模式，从按照产品收费到按产品产生的结果收费；⑤民生服务：让用户享受安全、可靠、健康、环保、实惠的供热服务。

图4 台帐管理和项目查询

图5 全面能效管理系统硬件拓扑图

图6 能效管理系统应用前后耗能分析