本文來(lái)自微信公眾號(hào)“物聯(lián)網(wǎng)智庫(kù)”，作者/Ada。
近年來(lái)，全球性極端氣候的頻發(fā)為人類敲響警鐘——
溫室氣體的過(guò)度排放正在對(duì)環(huán)境、氣候、健康造成難以挽回的負(fù)面影響，一場(chǎng)圍繞低碳環(huán)保的人類生存環(huán)境自救已經(jīng)迫在眉睫。
綠色低碳已經(jīng)成為了一條輻射全行業(yè)、覆蓋全產(chǎn)業(yè)鏈的變革之路，多個(gè)國(guó)家均提出了“碳中和、碳達(dá)峰”目標(biāo)。“雙碳”看似是一個(gè)國(guó)家的宏觀目標(biāo)，實(shí)則需要每一家企業(yè)、每一個(gè)家庭都參與其中，而在數(shù)字經(jīng)濟(jì)時(shí)代，以物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、AI、大數(shù)據(jù)為代表的新興技術(shù)無(wú)疑也成為了“雙碳”落地的重要抓手。
所以，如何利用數(shù)字化技術(shù)加速降碳節(jié)能已經(jīng)成為企業(yè)的必答題。
而在一眾傳統(tǒng)行業(yè)中，建筑是眾所周知的耗能“重災(zāi)區(qū)”，其中又以暖通、電力等基礎(chǔ)系統(tǒng)占比較高。從某種程度上講，樓宇脫碳是優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵突破口，也是踐行“雙碳”目標(biāo)的重要舉措。
面對(duì)行業(yè)內(nèi)持續(xù)高漲的改革需求，作為全球能源管理和自動(dòng)化領(lǐng)域的數(shù)字化轉(zhuǎn)型專家，施耐德電氣將數(shù)字化和電氣化技術(shù)與樓宇管理結(jié)合，并將AI注入數(shù)字孿生平臺(tái)，基于EcoStruxure™架構(gòu)與平臺(tái)打造了數(shù)字樓宇一體化解決方案，以及針對(duì)樓宇能源管理需求的全新能效管理數(shù)字化產(chǎn)品SpaceLogic™AI BOX（樓宇節(jié)能盒），點(diǎn)亮建筑綠色未來(lái)，并已成功幫助施耐德電氣無(wú)錫工廠實(shí)現(xiàn)單月空調(diào)系統(tǒng)同比節(jié)約22%能源。
從“管起來(lái)”到“看得清”再到“AI優(yōu)化”
聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，2021年全球建筑行業(yè)與能源相關(guān)的運(yùn)營(yíng)碳排放約100億噸（10Gt）二氧化碳當(dāng)量，較2020年高出5%，比2019年新冠疫情暴發(fā)之前的峰值還高出2%。
隨著“雙碳”目標(biāo)時(shí)間的臨近，顯然建筑行業(yè)的減碳已成為迫切需求，圍繞建筑的節(jié)能降碳也已是行業(yè)共識(shí)，越來(lái)越多的樓宇建設(shè)方、業(yè)主、運(yùn)維管理者開(kāi)始探索行之有效且成本最優(yōu)的解決方案，基本也都經(jīng)歷了“管起來(lái)”、“看得清”、“AI優(yōu)化”的進(jìn)階。
具體而言，由于建筑中涉及的基礎(chǔ)運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)繁雜且處于相互割裂的狀態(tài)，很多企業(yè)滿腔熱忱地想降碳，卻困在了第一步——把樓宇中的耗能設(shè)備“管起來(lái)”。
建筑物的運(yùn)行離不開(kāi)水暖、電氣、新風(fēng)等基礎(chǔ)系統(tǒng)，再加上網(wǎng)絡(luò)、安防、停車(chē)場(chǎng)管理等信息化系統(tǒng)，所涉及的終端種類繁雜且大多從屬于不同企業(yè)。
盡管數(shù)字化、智能化升級(jí)在樓宇行業(yè)的起步并不晚，小到水位控制閥、攝像頭、門(mén)禁，大到新風(fēng)空調(diào)、電梯，都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)聯(lián)化，并且可以實(shí)現(xiàn)狀態(tài)監(jiān)管、數(shù)據(jù)采集、甚至是遠(yuǎn)程控制，但是在設(shè)備能耗方面，將散落在各大廠商的平臺(tái)中的能耗數(shù)據(jù)打通并非易事，加之早期的老舊建筑智能化改造并未重視能源數(shù)據(jù)的收集，所以對(duì)很多樓宇管理者而言，將設(shè)備能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)一“管起來(lái)”是首先要解決的問(wèn)題。
在實(shí)現(xiàn)底層設(shè)備的互聯(lián)互通與耗能數(shù)據(jù)收集后，還應(yīng)該將其與樓宇的整體運(yùn)行狀態(tài)相結(jié)合，更加“通俗”地展現(xiàn)出來(lái)，也就是耗能“看得清”，而這也與樓宇智能化管理的重要底座——數(shù)字孿生不謀而合。
數(shù)字孿生通過(guò)以虛映實(shí)在信息化平臺(tái)中建造一個(gè)與現(xiàn)實(shí)世界中物體、場(chǎng)景等完全一致的“克隆體”，在實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)橋接后，其便可以實(shí)時(shí)展示終端設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)以及傳感器采集到的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)可視化。
目前，數(shù)字孿生應(yīng)用水平可分為數(shù)字世界映射真實(shí)世界、控制真實(shí)世界、預(yù)測(cè)真實(shí)世界、優(yōu)化真實(shí)世界、與真實(shí)世界融合5個(gè)層級(jí)。其中，面向能耗管理，第一層的虛實(shí)映射便是耗能“看得清”的基礎(chǔ)，第二層的“以虛控實(shí)”則是能夠根據(jù)耗能數(shù)據(jù)的變化及時(shí)調(diào)整設(shè)備參數(shù)或開(kāi)閉狀態(tài)，而第三層的預(yù)測(cè)與第四層的優(yōu)化則需要基于能耗數(shù)據(jù)以及AI來(lái)實(shí)現(xiàn)，也就是能耗的“AI優(yōu)化”。
其實(shí)，目前的樓宇數(shù)字孿生大多數(shù)是停留在第一層與第二層，同時(shí)在向第三層過(guò)渡，換言之，很多企業(yè)還是將目光投向了數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)展示上面，對(duì)于數(shù)據(jù)價(jià)值的挖掘不足。
正如施耐德電氣數(shù)字能效業(yè)務(wù)中國(guó)區(qū)數(shù)字樓宇市場(chǎng)部負(fù)責(zé)人魏琨接受媒體訪談時(shí)所提到的，近些年，市場(chǎng)上出現(xiàn)了很多針對(duì)樓宇數(shù)字孿生解決方案，但大部分都停留在第一層樓宇系統(tǒng)及能耗數(shù)據(jù)展示和第二層邊緣服務(wù)器及AI算法，就是能夠把設(shè)備的數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)地顯示在展示畫(huà)面中，給予用戶直觀感受。這些是基礎(chǔ)，也是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，但站在使用者的角度，如果能夠讓AI的策略真正賦能設(shè)備，完成數(shù)字孿生的第二級(jí)、第三級(jí)預(yù)測(cè)、甚至是優(yōu)化，系統(tǒng)將不再僅僅是看到或者簡(jiǎn)單地控制這些數(shù)據(jù)，整體運(yùn)維會(huì)變得更加智能。
魏琨也直言，這恰恰就是施耐德電氣能效管理數(shù)字化產(chǎn)品SpaceLogic AI BOX（樓宇節(jié)能盒）有別于傳統(tǒng)數(shù)字孿生方案的地方。
樓宇能耗管理的“智慧法寶”
不可否認(rèn)的是，在“管起來(lái)”、“看得清”、“AI優(yōu)化”中也都還隱藏著諸如“樓宇設(shè)備難以實(shí)現(xiàn)能耗數(shù)據(jù)打通”、“數(shù)字孿生平臺(tái)數(shù)據(jù)無(wú)法實(shí)時(shí)同步”、“能耗數(shù)據(jù)價(jià)值未挖掘”等痛點(diǎn)，而施耐德電氣也正是錨定了每一階段的痛點(diǎn)，將其數(shù)字孿生、AI以及在互聯(lián)互通產(chǎn)品方面的能力與節(jié)能降碳結(jié)合。
首先，施耐德電氣的末端傳感器、閥門(mén)以及SpaceLogic AI BOX（樓宇節(jié)能盒），能夠借助邊緣側(cè)的物聯(lián)網(wǎng)連接，打破產(chǎn)品之間的割裂，同時(shí)還能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)抓取。
據(jù)介紹，施耐德電氣EcoStruxure數(shù)字樓宇一體化解決方案具備高數(shù)據(jù)集成性，可以將包括能源管理、智能照明、暖通空調(diào)、安防管理、智能家居在內(nèi)的多個(gè)系統(tǒng)以簡(jiǎn)化的數(shù)據(jù)視圖呈現(xiàn)出來(lái)。
其次，通過(guò)SpaceLogic AI BOX（樓宇節(jié)能盒）的應(yīng)用，施耐德電氣在數(shù)字孿生之上，基于AI技術(shù)，持續(xù)為建筑管理提供實(shí)時(shí)的能耗優(yōu)化策略。
具體來(lái)看，SpaceLogic AI BOX（樓宇節(jié)能盒）具備數(shù)字孿生、建模驗(yàn)證、系統(tǒng)調(diào)優(yōu)和節(jié)能監(jiān)測(cè)四大功能，面向建筑暖通系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了能耗管理。
其一，SpaceLogic AI BOX（樓宇節(jié)能盒）通過(guò)將AI能力引入數(shù)字孿生技術(shù)從而達(dá)到了第四個(gè)層級(jí)，即優(yōu)化真實(shí)世界。一方面可以展示樓宇運(yùn)營(yíng)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行狀態(tài)的可視化分析和控制，并量化節(jié)能收益；另一方面，也能夠在收到故障警報(bào)時(shí)幫助運(yùn)維人員快速找到故障點(diǎn)，及時(shí)搶修故障設(shè)備。
其二，通過(guò)建模驗(yàn)證，SpaceLogic AI BOX（樓宇節(jié)能盒）還可以在實(shí)際工程項(xiàng)目中進(jìn)行部署，讓用戶能夠在項(xiàng)目啟動(dòng)之前就對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證。同時(shí)，施耐德電氣結(jié)合暖通機(jī)理和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的灰箱模型，實(shí)現(xiàn)了OT與IT的融合。
其三，基于數(shù)字孿生技術(shù)建模與實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)仿真，加之能耗數(shù)據(jù)的快速積累與實(shí)時(shí)采集，SpaceLogic AI BOX（樓宇節(jié)能盒）能夠利用專業(yè)算法校準(zhǔn)進(jìn)行跟蹤及驗(yàn)證，實(shí)時(shí)調(diào)整暖風(fēng)系統(tǒng)模型精度，提前預(yù)測(cè)系統(tǒng)能耗，并為樓宇的暖通空調(diào)設(shè)備與系統(tǒng)提供最優(yōu)運(yùn)維策略。
其四，基于數(shù)字孿生，SpaceLogic AI BOX（樓宇節(jié)能盒）提供從系統(tǒng)能耗運(yùn)行參數(shù)到維護(hù)管理等多維度的可視化空調(diào)能耗監(jiān)測(cè)，并實(shí)時(shí)追蹤節(jié)能目標(biāo)完成進(jìn)度，量化節(jié)能收益。
值得一提的是，施耐德電氣還利用算法，結(jié)合暖通行業(yè)知識(shí)，通過(guò)剔除掉映射關(guān)系中的突變影響，進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗，并進(jìn)一步挖掘，從而保證數(shù)據(jù)的有效性。同時(shí)，將國(guó)家節(jié)能政策法規(guī)要求與SpaceLogic AI BOX（樓宇節(jié)能盒）產(chǎn)品研發(fā)做了諸多結(jié)合，加載到了算法中，加上施耐德電氣本身還具備暖通、電力等行業(yè)的技術(shù)儲(chǔ)備，可以在優(yōu)化樓宇能效的同時(shí)保障設(shè)備的高效運(yùn)行。
除此之外，施耐德電氣還在國(guó)內(nèi)提出了樓宇控制純IP架構(gòu)，通過(guò)充分利舊，僅需通過(guò)一根網(wǎng)線連接到邊緣服務(wù)器，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化的協(xié)議，即可依托平臺(tái)完成后續(xù)工作。換言之，此方案可以最大限度地保留既有設(shè)備、充分利用原有方案，從而減少改造成本。
而在實(shí)際應(yīng)用中，由于設(shè)備繁雜，不同廠家和系統(tǒng)集成商的數(shù)據(jù)接口也不盡相同，需要在交互層實(shí)現(xiàn)打通，所以施耐德電氣采用了樓宇中的通用標(biāo)準(zhǔn)BACnet協(xié)議來(lái)做整體對(duì)接，以此減少技術(shù)壁壘，使得原有系統(tǒng)可以直接嵌入改造項(xiàng)目當(dāng)中。
舉例來(lái)看，作為施耐德電氣在全球的五家燈塔工廠之一，無(wú)錫工廠自2021年開(kāi)始，就已經(jīng)開(kāi)始應(yīng)用施耐德電氣的EBO樓宇運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)。彼時(shí)，通過(guò)前置的邊緣控制，包括溫度、冷卻水循環(huán)水的溫度設(shè)定等，工廠的空調(diào)系統(tǒng)在2021年、2022年就達(dá)成了17%左右的節(jié)能效果。但該成果依賴于現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維人員針對(duì)：夏季制冷模式、冬季制暖模式、春秋過(guò)渡季節(jié)模式等做切換，并基于早晚溫差大的現(xiàn)實(shí)情況，設(shè)定白天和晚上的不同的溫度，調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)模式后才能達(dá)成管理節(jié)能上的成果。
而在今年年初落地了SpaceLogic AI BOX（樓宇節(jié)能盒）后，能夠?qū)⑦\(yùn)維知識(shí)及運(yùn)維人員的主動(dòng)操作全部轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字化，直接依據(jù)內(nèi)外部的溫度感知，下達(dá)指令至系統(tǒng)，讓空調(diào)預(yù)測(cè)性地降溫或者升溫，有效降低了工廠對(duì)運(yùn)維人員的依賴性，提升冷機(jī)和末端風(fēng)口效率，大幅降低能源消耗。運(yùn)行數(shù)據(jù)顯示，4月份空調(diào)系統(tǒng)同比節(jié)約了22%能源，整體占比降至36%，節(jié)能效果進(jìn)一步得到顯著提升。
結(jié)語(yǔ)
隨著“雙碳目標(biāo)”時(shí)間節(jié)點(diǎn)持續(xù)倒計(jì)時(shí)，各行各業(yè)的降碳進(jìn)程不斷加速，而之所以能夠?qū)崿F(xiàn)提速，一方面是整體目標(biāo)倒逼，更重要的則是在不斷探索中，以施耐德電氣為代表的行業(yè)領(lǐng)航者也在發(fā)揮其技術(shù)優(yōu)勢(shì)，使得AI、數(shù)字孿生等技術(shù)得以在這場(chǎng)綠色風(fēng)暴中發(fā)揮真正的價(jià)值。
