商用熱泵遠程全面能效管理系統研究

李魁星 鄭曉峰 楊磊

青島海爾新能源電器有限公司 山東青島 266000

1 引言

隨著社會的發展、消費水平的不斷提升，人們對環境的舒適度提出了更高標準的需求，商用熱泵模塊機以空氣為熱源加熱生活用水、調節室內環境的溫度，創造舒適環境，在超市、商場、醫院等不同場所得到廣泛的應用[1]；商用熱泵模塊機的高能耗特性也進入人們的視野，因此如何有效的降低商用熱泵模塊機的運行能耗受到廣大的關注[2]。

針對當前遇到的問題，本研究建立了一個以遠程監視為主、擴展性強的全面能效管理系統，本期優先開發Web端，能夠擴展手機端開發，設備整體監控量為1000臺模塊主機。

2 系統整體結構設計

能效管理系統從整體上可以分為數據采集層、業務處理層和功能展現層。整體結構如圖1所示。

系統采集的數據具備時間序列數據的特性：采集頻率快、嚴重依賴于采集時間以及測量點多數據量大。這些特點決定了其適合采用大數據處理技術。在分析系統需求的基礎上，我們利用了關系型數據庫MySQL記錄復雜的檔案關系，使用大數據技術MongoDB存儲時間序列數據。其架構如圖2所示。

管理系統采用面向服務的架構（SOA）進行應用，能夠擺脫面向技術的解決方案的束縛，集中精力于構建全面能效管理系統，從而提高軟件重用、加快應用軟件的實施[3]。SOA是一種指導創建和使用業務服務的架構，定義和提供一種允許不同應用交換數據和參與業務過程的IT基礎架構。SOA符合目前的實際需求和基礎管控系統建設的技術方針，而且隨著Web服務技術的普遍采用，SOA已成為大型信息化建設的方向[4]。

3 系統功能設計

商用熱泵遠程全面能效管理系統功能設計如下：①宣傳展示，通過地圖實現所有項目的展示及瀏覽，便于客戶參觀及云服務團隊的管理；②項目管理，實現項目信息備忘、快捷查詢；③實時數據查看，隨時了解各項目設備運行狀態；④運行數據記憶及分析，統計設備故障多發點，為研發提供數據支撐，減少設備故障率；⑤客戶服務，為客戶提供專家式遠程服務，提升產品附加價值。

3.1 開發語言

后臺數據接收部分使用C++，后臺讀取數據部分使用ssh2結構，前臺展示部分使用html、jsp、ajax等傳統主流技術，Web應用服務器使用jboss4.2.3.GA。

3.2 開發工具

Visual Studio 2010；java開發使用我公司基于eclipse，自主開發的UEP平臺。統一企業應用平臺(簡稱UEP)采用分層結構，前端展現層支持Web頁面、Flex、移動客戶端和桌面應用多種方式；Web頁面展現提供成體系的、面向對象特性的組件，采用AJAX技術增強用戶體驗；數據持久層提供了JPA和自定義兩種持久化機制互為補充。UEP還實現了具有自主知識產權的Web應用開發環境，并提供了各種輔助開發工具以提高開發效率。能效管理系統設計完成后的性能參數如表1所示。

圖1 管理系統整體結構圖

圖2 數據處儲整體框架

圖3 首頁面顯示

3.3 系統關鍵功能展示

如圖3首頁面顯示為世界衛星地圖圖片和動態點，點擊后進入百度地圖，用相應標識指示出項目所在地與項目運行是否正常。圖標中間為紅色綠色機組狀態指示燈，正常時綠燈定時閃爍，有預警黃燈閃爍，有故障紅燈亮，灰色指示燈代表斷電停機。頁面右側用透明懸浮框顯示各地機組，首頁面顯示主要是方便云服務運營團隊監測云系統中的各個項目，各項目管理員登陸系統時只顯示擁有權限的項目。

如圖4所示項目臺賬管理，主要用于建立各項目的檔案，包括項目的設備信息、IMU信息和管理設備的報警閾值。選擇目錄樹上的某地區，右邊將顯示該地區下的項目，然后可以對項目進行維護，包括增加、刪除。當輸入項目地址時，能夠與地圖進行呼應，能夠在地圖頁面用圖標顯示該項目。申請相應權限后，點擊某項目可以看到該項目的基本信息、設備信息、IMU信息，并可以維護設備信息、IMU信息。

如圖4所示項目查詢，項目查詢頁用于快速進入設備界面，并查詢設備的實時狀態、參數曲線、歷史數據、報警信息。點擊首頁菜單中的項目查詢將進入設備相關的查詢界面，項目名稱或者設備序列號將直接打開該項目或者設備。頁面左邊是一個組織架構樹，組織形式為集團公司——地市——項目——設備，通過樹右邊的按鈕可以對組織架構樹進行隱藏或者展開。

3.4 能效管理系統應用實例

如圖5所示全面能效管理系統硬件拓撲圖，采用GPRS通訊技術，結合熱泵機組-MODBUS通訊協議，將機組運行信息通過網絡傳到商用熱泵遠程全面能效管理系統，使用人員可以通過電腦、手機等設備登錄系統進行遠程監控，通過管理系統用戶可以實時掌握機組運行狀態、耗電量等情況；分多級管理權限，供海爾服務人員、經銷商、用戶實時監測機組運行狀態，有問題及時發現，通過采集到的數據信息預判機組未來可能出現的問題，提前告知用戶或由顧服部門按照定位地址安排人員上門維修。

表1 系統性能參數

3.5 能效管理系統使用效果

本系統應用于青島北站海爾10P熱泵熱水器多聯機項目，該項目用15臺10P熱水機并聯給車站工作人員及過往旅客供給生活熱水，分析數據取自2016年5到12月和2017年5到12月、使用遠程能效管理系統前后的用水周期，如圖6所示，2017年配備能效管理系統后通過合理的機組配置及運維控制，比2016年同期耗能均有明顯減少，8個月共節約電量1938千瓦時。

另外，提前預警12次，現場管理人員及時發現，并采取措施，避免了進一步惡化導致機組停機；推送給海爾售后維修人員故障5次，維修人員主動上門維修，在用戶中贏得良好的口碑；研發人員收集項目運行數據和故障情況，對機組的設計缺陷進一步完善。

4 結論

商用熱泵遠程全面能效管理系統經過設計開發、運營測試，優勢可總結如下：

①節能控制：根據實際用戶溫度合理控制機組的加減載，達到節能同時均勻機組運行增加機組壽命；②銷售機會：發現銷售線索，發出線下跟蹤指令；③增值服務：預見設備故障、提前維護、減少停機、遠程減少停機時間、遠程響應服務請求、縮短解決問題時間，通過數據分析，改進產品設計；④盈利模式：轉變盈利模式，從按照產品收費到按產品產生的結果收費；⑤民生服務：讓用戶享受安全、可靠、健康、環保、實惠的供熱服務。

圖4 臺帳管理和項目查詢

圖5 全面能效管理系統硬件拓撲圖

圖6 能效管理系統應用前后耗能分析