物联网在屋顶机空调中的应用

杨 青

（特灵科技亚太研发中心，江苏 太仓 215400）

前言

随着科学技术的进步和生活水平的提高，公共建筑越来越多，建筑规模越来越大，人们对中央空调的需求也越来越高。屋顶式中央空调机组，由于安装方便、整体结构缩短管路长度、制冷效率高、可靠性高、不占用室内空间的优点，被广泛应用于各种大空间民用商用建筑。作为新一代信息技术重要组成部分的物联网，正在快速地渗透到各个领域，越来越多的设备、终端被纳入到信息网络中。屋顶机空调借助物联网技术可以人机互动、实现高度智能化，既能满足人们对舒适度的要求，又可以智能化控制、进行运行曲线优化、对室内制冷或制热余量充分利用、避免不良习惯造成的使用浪费、凭借生活习惯和不同环境使运行状态得到智能调节，不仅有益于健康，同时也有节能和环保的效果。

1 物联网屋顶机空调

物联网的概念最初来源于美国麻省理工学院（MIT）在1999 年提出的网络无线射频识别（RFID）系统，该系统可以把所有物品通过射频识别等信息传感设备与互联网连接起来，实现智能化识别和管理。利用物联网的这些特征，可以将屋顶机空调机组、空调用户及室外环境连接入物联网，从而实现屋顶机空调机组的管控一体化，达到节能运行和高效管理的目的[1]。

1.1 物联网改善屋顶机空调设计

屋顶式空调因其结构紧凑、能量范围广、调节方便、安装时间少、费用低等优点，被越来越多地应用于空调工程中，屋顶机空调的设计性能也在新技术不断涌现的同时得以提高。

1.1.1 物联网提升屋顶机空调性能丰富高效

为更好地提高空调机组能效，屋顶机空调的新风排风开度、变频变容量压缩机调节、恒温恒湿控制以及变风量末端的使用，都可以使用专用或标准的协议联入物联网进行集中监控。通常需要在屋顶机空调的控制箱内使用一个单独的通信模块实现联网，并集成控制模块检测控制机组。

图1 物联网空调控制简图

通过物联网连接，借助云计算相对安全的环境，屋顶机空调可以完成所有的存贮和必要的计算，并按需从云中下载相关的信息。制冷和供暖也可以通过物联网使用智能终端进行。屋顶机空调机组对从物联网中收集到的数据进行分析，例如末端使用情况、假期和天气预报，通过智能模型计算使压缩机运行曲线优化，最大限度地降低能耗，提高机组使用效率，确保用最佳设置去实现最高机组运行效率。

1.1.2 物联网提高屋顶机空调可靠性和易维护性

大量传感器的布置使物联网通过数据收集和分析，提高屋顶机空调设计可靠性，扩展可维修性，增加耐久性成为可能。

（1）声音传感器检测机组内外噪音，确保机组表面和内衬吸音材料的有效和完好。（2）加速度传感器采集机组振动对建筑物的影响，防止固体传声进入工作生活环境。（3）风量传感器监视冷凝器集灰，确定小水泵冲洗冷凝器的时间和水量。（4）转速传感器记录冷凝风扇转速，及时发现风扇运转的异常。（5）流量传感器在积水盘上的安装，对防止积水有积极作用。（6）排气/回气管路上高低压力传感器，防止压缩机排气压力过高或过低导致卡死抱死。（7）环温热敏电阻检测环境温度是否达到设定值；室内管道热敏电阻测量制冷系统蒸发温度；室内出风口热敏电阻控制室外机融霜；室外环温热敏电阻检测室外环境温度；室外管温热敏电阻检测管道温度；压缩机排气管热敏电阻检测压缩机排气管温度；低压管热敏电阻检测回液管温度。

借助物联网的互联互通，可以对大量屋顶机空调机组的实时数据分析判断，并对已经发生的失效故障做出甄别、自动判定具体原因，还可以对将要发生的失效故障预估计。应用思路为故障预测、故障检测与故障诊断、故障维修、完善实验设计[2]。

图2 数据采集架构

1.2 物联网提高屋顶机生产智能化

屋顶机空调自40 年前在美国出现以来，因其设计简单，安装使用方便，应用越来越广泛，竞争也越来越激烈。物联网在屋顶机空调生产中的应用，对保证产品质量、控制生产品质、提升产品竞争力，有促进作用。

1.2.1 数字化生产

屋顶机空调产线多由组装工作平台组成，利用物联网将屋顶机空调的各生产设备连接成一个网络，便于数据和信息共享，实现全面产线监控，也便于运营管理人员远程控制管理工作单元实现自动化和优化，方便管理运营成本，监控生产滞后。

1.2.2 物料定位识别

在零部件上粘贴RFID 等识别定位技术来标识生产过程中使用的原材料、半成品和成品，在项目层级对材料和成品进行跟踪，提供跨渠道可见性，完成对可用材料、成品和新材料的估计，优化供应，实现价值成本的数字化管理。

1.2.3 自动检测能耗

通过物联网，可以自动采集电能、气能、热能等数据，完成对能源数据的统筹管理。

1.2.4 设备监查和质量控制

数字化生产为获取生产设备的动态参数提供了方便，物联网传感器在屋顶机空调生产的各个阶段采集并汇总产品数据和设备参数，通过集中控制模块和无线传输技术组成的物联网，借助公众网络把管理者人与生产设备连接起来，对采集到的设备和产品数据参数进行管理，根据生产管理要求识别和改正产品生产失效故障[3]。

1.3 物联网促进屋顶机节能

习总书记提出了“绿水青山就是金山银山”这一科学论断，绿色发展、高质量发展、可持续发展成了当前的主题。具体到屋顶机空调上，节能降耗是一个非常重要的目标课题。屋顶机空调能耗一般包括三部分：空调冷热源、空调机组及末端设备、空气输送系统。三部分中的空调机组及末端设备，可以利用物联网的特有优势，建立起包括空调机组、空调用户及室外环境的物联网，从而实现空调系统的管控一体化，达到高效管理和节能的目的。

1.3.1 减少启停浪费

利用被动红外传感器，可以自动检测到人体的活动，无人活动时，机组暂停运行；同时根据规定的办公和生活温度，扩大幅度调节范围，并自动检测和修正，在物联网内远程上报，警告通知用户；屋顶机空调末端的传感器检测到非正常开门窗时，及时给予警告；机组还可以通过物联网对空调末端远程监控，实现上下班自动开关机；依照日程计划，对办公室提前预冷或预热；屋顶机空调机组上借助物联网技术，对采集到的数据进行统计分析，自行汇总成用户习惯，自动设定能耗限额，去培养用户习惯，以提高节能意识。

1.3.2 避免参数浪费

图3 检测诊断流程图[4]

图4 启停控制流程图[5]

图5 智能控制模型[7]

通过采集室内外温度的送变器信号、输回水温度/压力/流量值、电能表指数、控制通讯和内部数据，输出各动部件启停控制信号，借助物联网大数据统计建立环境季节温度、末端开机数量对应数据，节省系统平衡时间，避免频繁启停对空调系统的各项参数进行记录、分析，实施监控空调运行情况；同时结合物联网技术，附加远程运行维护、远程控制、健康警报、设备故障警报、冷冻水/冷却水质量检测等多项附加研究内容[6]。

1.3.3 降低设备浪费

根据物联网大数据分析设备运行参数，提前预警潜在故障风险，提早预防，规避设备严重故障对生产、生活造成的损失，同时为客户降低维修费用。

2 展望物联网屋顶机空调

在通讯技术和数据分析方法高速发展的时代，屋顶机空调系统运用物联网设备和大数据分析方法会提高系统效率，降低能源浪费，从产品研发方面，物联网大数据分析得到的数据，也会为屋顶机空调的研发提供数据参考。