作者：Ada
物聯(lián)網智庫 原創(chuàng)
近年來，全球性極端氣候的頻發(fā)為人類敲響警鐘——溫室氣體的過度排放正在對環(huán)境、氣候、健康造成難以挽回的負面影響，一場圍繞低碳環(huán)保的人類生存環(huán)境自救已經迫在眉睫。
綠色低碳已經成為了一條輻射全行業(yè)、覆蓋全產業(yè)鏈的變革之路，多個國家均提出了“碳中和、碳達峰”目標?！半p碳”看似是一個國家的宏觀目標，實則需要每一家企業(yè)、每一個家庭都參與其中，而在數字經濟時代，以物聯(lián)網、云計算、AI、大數據為代表的新興技術無疑也成為了“雙碳”落地的重要抓手。
所以，如何利用數字化技術加速降碳節(jié)能已經成為企業(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“重災區(qū)”，其中又以暖通、電力等基礎系統(tǒng)占比較高。
從某種程度上講，樓宇脫碳是優(yōu)化能源結構的關鍵突破口，也是踐行“雙碳”目標的重要舉措。面對行業(yè)內持續(xù)高漲的改革需求，作為全球能源管理和自動化領域的數字化轉型專家，施耐德電氣將數字化和電氣化技術與樓宇管理結合，并將AI注入數字孿生平臺，基于EcoStruxure?架構與平臺打造了數字樓宇一體化解決方案，以及針對樓宇能源管理需求的全新能效管理數字化產品SpaceLogic? AI BOX(樓宇節(jié)能盒)，點亮建筑綠色未來，并已成功幫助施耐德電氣無錫工廠實現單月空調系統(tǒng)同比節(jié)約22%能源。
從“管起來”到“看得清”再到“AI優(yōu)化”
聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署發(fā)布的數據顯示，2021年全球建筑行業(yè)與能源相關的運營碳排放約100億噸(10Gt)二氧化碳當量，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”目標時間的臨近，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，越來越多的樓宇建設方、業(yè)主、運維管理者開始探索行之有效且成本最優(yōu)的解決方案，基本也都經歷了“管起來”、“看得清”、“AI優(yōu)化”的進階。具體而言，由于建筑中涉及的基礎運營系統(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——把樓宇中的耗能設備“管起來”。建筑物的運行離不開水暖、電氣、新風等基礎系統(tǒng)，再加上網絡、安防、停車場管理等信息化系統(tǒng)，所涉及的終端種類繁雜且大多從屬于不同企業(yè)。
盡管數字化、智能化升級在樓宇行業(yè)的起步并不晚，小到水位控制閥、攝像頭、門禁，大到新風空調、電梯，都已經實現了網聯(lián)化，并且可以實現狀態(tài)監(jiān)管、數據采集、甚至是遠程控制，但是在設備能耗方面，將散落在各大廠商的平臺中的能耗數據打通并非易事，加之早期的老舊建筑智能化改造并未重視能源數據的收集，所以對很多樓宇管理者而言，將設備能耗數據統(tǒng)一“管起來”是首先要解決的問題。在實現底層設備的互聯(lián)互通與耗能數據收集后，還應該將其與樓宇的整體運行狀態(tài)相結合，更加“通俗”地展現出來，也就是耗能“看得清”，而這也與樓宇智能化管理的重要底座——數字孿生不謀而合。
數字孿生通過以虛映實在信息化平臺中建造一個與現實世界中物體、場景等完全一致的“克隆體”，在實現數據橋接后，其便可以實時展示終端設備的運行狀態(tài)以及傳感器采集到的數據，實現了數據可視化。目前，數字孿生應用水平可分為數字世界映射真實世界、控制真實世界、預測真實世界、優(yōu)化真實世界、與真實世界融合5個層級。
其中，面向能耗管理，第一層的虛實映射便是耗能“看得清”的基礎，第二層的“以虛控實”則是能夠根據耗能數據的變化及時調整設備參數或開閉狀態(tài)，而第三層的預測與第四層的優(yōu)化則需要基于能耗數據以及AI來實現，也就是能耗的“AI優(yōu)化”。
其實，目前的樓宇數字孿生大多數是停留在第一層與第二層，同時在向第三層過渡，換言之，很多企業(yè)還是將目光投向了數據的動態(tài)展示上面，對于數據價值的挖掘不足。正如施耐德電氣數字能效業(yè)務中國區(qū)數字樓宇市場部負責人魏琨接受媒體訪談時所提到的，近些年，市場上出現了很多針對樓宇數字孿生解決方案，但大部分都停留在第一層樓宇系統(tǒng)及能耗數據展示和第二層邊緣服務器及AI算法，就是能夠把設備的數據動態(tài)地顯示在展示畫面中，給予用戶直觀感受。
這些是基礎，也是非常重要的一個環(huán)節(jié)，但站在使用者的角度，如果能夠讓AI的策略真正賦能設備，完成數字孿生的第二級、第三級預測、甚至是優(yōu)化，系統(tǒng)將不再僅僅是看到或者簡單地控制這些數據，整體運維會變得更加智能。魏琨也直言，這恰恰就是施耐德電氣能效管理數字化產品SpaceLogic AI BOX(樓宇節(jié)能盒)有別于傳統(tǒng)數字孿生方案的地方。
樓宇能耗管理的“智慧法寶”
不可否認的是，在“管起來”、“看得清”、“AI優(yōu)化”中也都還隱藏著諸如“樓宇設備難以實現能耗數據打通”、“數字孿生平臺數據無法實時同步”、“能耗數據價值未挖掘”等痛點，而施耐德電氣也正是錨定了每一階段的痛點，將其數字孿生、AI以及在互聯(lián)互通產品方面的能力與節(jié)能降碳結合。
首先，施耐德電氣的末端傳感器、閥門以及SpaceLogic AI BOX(樓宇節(jié)能盒)，能夠借助邊緣側的物聯(lián)網連接，打破產品之間的割裂，同時還能實現數據的精準抓取。
據介紹，施耐德電氣EcoStruxure數字樓宇一體化解決方案具備高數據集成性，可以將包括能源管理、智能照明、暖通空調、安防管理、智能家居在內的多個系統(tǒng)以簡化的數據視圖呈現出來。
其次，通過SpaceLogic AI BOX(樓宇節(jié)能盒)的應用，施耐德電氣在數字孿生之上，基于AI技術，持續(xù)為建筑管理提供實時的能耗優(yōu)化策略。
具體來看，SpaceLogic AI BOX(樓宇節(jié)能盒)具備數字孿生、建模驗證、系統(tǒng)調優(yōu)和節(jié)能監(jiān)測四大功能，面向建筑暖通系統(tǒng)實現了能耗管理。
其一，SpaceLogic AI BOX(樓宇節(jié)能盒)通過將AI能力引入數字孿生技術從而達到了第四個層級，即優(yōu)化真實世界。一方面可以展示樓宇運營狀態(tài)，實現運行狀態(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時幫助運維人員快速找到故障點，及時搶修故障設備。
其二，通過建模驗證，SpaceLogic AI BOX(樓宇節(jié)能盒)還可以在實際工程項目中進行部署，讓用戶能夠在項目啟動之前就對系統(tǒng)進行驗證。同時，施耐德電氣結合暖通機理和機器學習技術的灰箱模型，實現了OT與IT的融合。
其三，基于數字孿生技術建模與實時動態(tài)仿真，加之能耗數據的快速積累與實時采集，SpaceLogic AI BOX(樓宇節(jié)能盒)能夠利用專業(yè)算法校準進行跟蹤及驗證，實時調整暖風系統(tǒng)模型精度，提前預測系統(tǒng)能耗，并為樓宇的暖通空調設備與系統(tǒng)提供最優(yōu)運維策略。
其四，基于數字孿生，SpaceLogic AI BOX(樓宇節(jié)能盒)提供從系統(tǒng)能耗運行參數到維護管理等多維度的可視化空調能耗監(jiān)測，并實時追蹤節(jié)能目標完成進度，量化節(jié)能收益。
值得一提的是，施耐德電氣還利用算法，結合暖通行業(yè)知識，通過剔除掉映射關系中的突變影響，進行數據清洗，并進一步挖掘，從而保證數據的有效性。同時，將國家節(jié)能政策法規(guī)要求與SpaceLogic AI BOX(樓宇節(jié)能盒)產品研發(fā)做了諸多結合，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)的技術儲備，可以在優(yōu)化樓宇能效的同時保障設備的高效運行。除此之外，施耐德電氣還在國內提出了樓宇控制純IP架構，通過充分利舊，僅需通過一根網線連接到邊緣服務器，通過標準化的協(xié)議，即可依托平臺完成后續(xù)工作。
換言之，此方案可以最大限度地保留既有設備、充分利用原有方案，從而減少改造成本。而在實際應用中，由于設備繁雜，不同廠家和系統(tǒng)集成商的數據接口也不盡相同，需要在交互層實現打通，所以施耐德電氣采用了樓宇中的通用標準BACnet協(xié)議來做整體對接，以此減少技術壁壘，使得原有系統(tǒng)可以直接嵌入改造項目當中。
舉例來看，作為施耐德電氣在全球的五家燈塔工廠之一，無錫工廠自2021年開始，就已經開始應用施耐德電氣的EBO樓宇運營系統(tǒng)。
彼時，通過前置的邊緣控制，包括溫度、冷卻水循環(huán)水的溫度設定等，工廠的空調系統(tǒng)在2021年、2022年就達成了17%左右的節(jié)能效果。但該成果依賴于現場運維人員針對：夏季制冷模式、冬季制暖模式、春秋過渡季節(jié)模式等做切換，并基于早晚溫差大的現實情況，設定白天和晚上的不同的溫度，調節(jié)數據模式后才能達成管理節(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，能夠將運維知識及運維人員的主動操作全部轉變?yōu)閿底只苯右罁韧獠康臏囟雀兄?，下達指令至系統(tǒng)，讓空調預測性地降溫或者升溫，有效降低了工廠對運維人員的依賴性，提升冷機和末端風口效率，大幅降低能源消耗。運行數據顯示，4月份空調系統(tǒng)同比節(jié)約了22%能源，整體占比降至36%，節(jié)能效果進一步得到顯著提升。
結語
隨著“雙碳目標”時間節(jié)點持續(xù)倒計時，各行各業(yè)的降碳進程不斷加速，而之所以能夠實現提速，一方面是整體目標倒逼，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)領航者也在發(fā)揮其技術優(yōu)勢，使得AI、數字孿生等技術得以在這場綠色風暴中發(fā)揮真正的價值。
