基于物聯網技術的能源管理應用探討

戚佳楠

摘 要：隨著民航業的快速發展及“智慧機場”的提出，民用機場作為大型企業的同時也是用能大戶，所面臨的資源環境問題日益凸顯。節能降耗作為企業發展的立身之本，為了企業自身可持續發展，將不斷倒逼其優化升級。文中結合民航行業運行特點和“智慧機場”發展要求，以杭州蕭山國際機場為例，探討將物聯網技術包括傳感網技術、智能監測系統優化調整應用于機場能源管理后所帶來的實際提升，表明應用物聯網技術對企業節能降耗工作有重要價值和實際意義。

關鍵詞：物聯網;能源管理;智能化;節能;國際機場;民航業

0 引 言

我國機場在經歷了“電子機場”“數字機場”“智能機場”階段的同時，隨著物聯網、大數據、云計算、移動互聯網等技術的發展，國內民航專業人員根據已提出的“智慧地球”和“智慧城市”概念提出了“智慧機場”的發展理念。杭州蕭山機場作為全國十大機場之一，近年來發展迅速，業務量劇增的同時能源消耗也大幅上漲。物聯網技術作為新興技術，不僅高度契合“智慧機場”發展理念，更是在互聯網技術基礎上，高度集成新一代信息技術包括信息感知、傳輸、處理各個環節，并運用近距離無線通信、傳感網海量數據存儲、數據挖掘、云計算等，實現智能化識別、定位等功能為一體[1]。這使得運用物聯網技術進行能源管理達到企業節能降耗具有更實際意義。

1 國內外機場智能物聯網技術應用現狀

智能物聯網技術在經過了多年的研究發展之后，如今已經具備較為成熟的技術支持，目前大多機場在擴改建中，都或多或少將應用物聯網技術考慮其中。上海浦東機場周界安防系統[2]、丹麥比隆機場的客流監測系統、首都機場的智能管網系統等，均已有良好的實際應用。而北京大興國際機場作為全球超大型智慧機場標桿，在智能物聯網技術上的應用更是如數家珍[3]。杭州蕭山機場部署新一年工作任務中，王敏董事長強調：要將“智慧機場”建設成果效用最大化，大力推行“機器換人”，不斷改善服務的“硬件”基礎。

2 智能物聯網技術在能源管理上的應用探討

能源管理，節能降耗，應盡可能高效的利用能源、減少能源浪費，浪費的越少，利用率越高越節能。杭州蕭山機場綜合能耗統計表見表1所列。

通過表1不難看出，近5年來機場每年人均折標消耗量逐年下降，說明機場每年能源利用率都有提高，節能工作成效明顯。但再細化分析，可以發現每年人均折標煤的下降率卻在減小，說明年與年之間的節能持續力在下降，表明杭州蕭山機場的能源管理節能工作應在現有層次再擴散思維方向轉型升級。

節能降耗，設備是基礎、技術是能力、人員是關鍵。當今新技術新浪潮已從智能互聯向智能物聯邁進，之前互聯網時代人與人之間的信息交流也正向人與物、物與物之前的傳輸和交流。從信息上網到現在物體上網，不僅僅只是一種技術，實際應用中更多的是一種思維，能源管理新思維。杭州蕭山機場實際應用智能物聯網技術具體表現在：

2.1 能源管理系統升級

杭州蕭山機場現有的物聯網能源管理系統，作為杭州蕭山機場最早投運使用（2016年）的能源管理智能系統。主要由現場設備感知層（由前端智能電表水表，溫度計、流量計等，結合RS 485總線技術和ZigBee短距離無線傳輸技術，通過采集集成后上傳）、網絡層（包括底本地數據無線GPRS傳輸、以太網傳輸;）、處理層（數據中心、能耗數據監終端及服務器）3部分組成。

系統通過基礎感知層實時獲取能耗數據上傳。通過傳輸網絡，實現實時能源數據及節能控制系統與數據中心的信息交互，對用能單位與能源管理部門進行有機多維聯系[4]。系統自2016年投運至今，相比原始管理模式，從原生信息的發出到收集整理、傳輸和處理上均有提升，而最大的收獲就是解決了能源管理中能源信息失真及孤島問題。2016年的每萬人折標煤也較2015年下降到80%左右。但實際運行中也發現諸如，信息獲取存在延遲，數據分類分級模糊，能耗以及后期維護升級成本不低，系統功能設定跟不上機場實際發展需要等問題。

針對使用者出現的問題，杭州蕭山機場2019年落實系統升級改造，在現有系統基礎上，主要體現的物聯網技術軟硬件應用升級，如圖1～圖4所示。

（1）增加傳感網。不僅靠智能水電表，還有監控探頭、GPS地理地位、紅外溫度儀等“耳口鼻”感知“器官”進行收集，確保準確有效獲取信息。

（2）增加能耗分級管理。分類、分區域對收集的信息數據進行分析管理，區別航站區、飛行區等不同能耗組成的能耗分級，精細化、歸類集中統計分析，進一步提升管理效率。

（3）增加能耗預警報警。按照以往歷史數據，預先設定各能源消耗預警值，超出一定頻次預警值時，實現點對點電話短信報警，杜絕能耗浪費，強化機場能源監管。

（4）增加嵌入式技術應用。作為物聯網技術的重要構成，嵌入式技術在能源管理中的實際應用廣泛。通過前端感知收集，應用將杭州蕭山機場天然氣、柴油、供水等能耗歸一系統分析，整合全場能耗信息，加強綜合能耗分析管理。

（5）增加系統使用安全設計?；赪eb Services技術和IIS授權控制，采用集成用戶驗證和授權服務器。對不同用戶設置不同權限，保障信息交互及時又確保系統信息安全。

2.2 管線管網優化改造

傳統管網系統由于管線種類繁多，且每個類別的管線都由其主管單位自己負責，在施工方面上缺乏統一的規劃和布局，在管理方面，由于各單位各自為政，在管理管網時存在信息孤島，很難顧全整個管網布局。在數據方面，我國管網系統數字化程度較低，數據不足，且信息往往都是落后于現狀，不能實時的更新數據。在維護方面，大多依靠人工來完成檢測和修復，并且由于各部門缺乏相應的溝通機制，數據之間不及時共享，一旦管網系統出現問題將會給協同作業帶來很大的阻礙[5]。

就以能源管理而言，杭州蕭山國際的大多數地下管線自2000年通航以來至今已使用近20年。供水管線跑冒漏滴情況逐年加劇，機場的快速發展也不斷倒逼供能管線優化升級。老化的管線管網安全隱患不小，很多管線的閥門、接口等銹蝕腐壞情況嚴重，很多管線在應急搶修時往往存在閥門關不死，關閉打開后又漏水不止的情況，有些甚至因年久失修缺乏保養，已經失去設施正常功能，還有的甚至無法找到具體位置，應急突發情況發生時，安全隱患不小。再者，長時間使用的鑄鐵材質管線，內壁已經生成厚厚的銹蝕垢壁。這是微生物細菌等滋生繁衍的溫床，這不僅對供水給水正常性有所隱患，對水質安全危害更大。

針對上述問題，杭州蕭山機場以三期建設為契機，對場區內的地下“大動脈”進行優化改造。其中最主要的動作之一就是增加了智能管網監測系統，通過改造智能水表、管線流量計、水質監測儀、壓力計等感知網絡，獲取周圍環境參數變化下的原始監測數據，不斷實時監測檢測管線管網，實時掌握管線管網的運行動態[6]。從發生“爆管”“拉閘”等常見管線問題時，相比之前的傳統處理方式，與如今的“以點帶面”處理方式，實現信息共享、進度同步、高效協作、最終存檔更新，減少了處理過程中的能源浪費，提升實際能源管理效率，改造完成當年較去年管線整體供水漏損率下降8.5%左右。系統同時也將日常維保維護工作納入系統，監測維保巡查人員的日常維保工作，通過智能視頻抓取、定點定時打卡、門禁系統等重要感知技術，確保日常維保維護工作有效進行。

2.3 空調系統節能

眾所周知，空調系統承擔著建筑內外冷熱能量的交換任務，且每年占據著航站樓能耗的半壁江山，各個內部系統各個設備環節相互聯系。就節能角度分析，要了解空調系統在何種情況下運行是處于節能狀態，就必須清楚設備的運行性質，明確在滿足航站樓內溫度、濕度等各項數值標準的前提下，以最優最節能狀態運行整套系統[7]。

目前常用的空調系統節能方法，主要是通過變頻和樓宇自控實現[8]。前者主要對空調系統中的風機、水泵等機組設備進行調控控制實現節能，后者主要針對空調末端的監視和控制來達到系統節能。杭州蕭山機場T3航站樓中央空調節能改造，就主要是針對中央空調智能控制展開，改造主要是引入中央空調能源管理控制系統，采用暖通DDC專用控制器，應用系統嵌入式集成技術，實現前端流量、溫度、濕度、壓力、冷熱量等傳感器進行信息傳輸，實時監測并控制航站樓內的空調機組運行停止。經第三方機構測算，改造后年平均實際節能量和節能率較改造前分別達到16.2%和13.7%，節能效果顯著。

但蕭山機場目前發展來看，民航機場各類特有制約因素以及旅客吞吐量增加，航站樓內外環境因素、人為因素等愈發復雜[9]，空調系統本身龐大復雜，孤立設立的節能方案，節能持續力、未來可持續發展的能力不高。

節能，技術是能力。運用了智能物聯網技術，達到萬物智聯，使空調系統中各個單一個體的內在聯系，外在表現能被信息化、數字化、智能化。一臺風機、一臺水泵的運行停止，來源于空調負載、室內外溫差、候機樓內不同區域人員多少等眾多動態信息整合[10]，再結合發展實際，提出一套真正符合杭州蕭山機場高效低能運行空調的評估體系，才將提升杭州蕭山機場暖通綜合節能能力。同樣的方法也可應用于照明節能。2020年下半年，杭州蕭山機場將積極引進“外腦”。借鑒大為成功的“政企共贏”模式，引入阿里巴巴等名企，包括浙江大學等一流高校進行合作，研討出了一套適合杭州蕭山國際機場發展現狀的中央空調能源管理體系，助力機場節能的可持續發展，屆時能源管理將更加立體化，“智慧機場”建設也愈發有板有眼。

3 結 語

杭州蕭山機場作為國家重要的干線機場，2019年全年旅客吞吐量超4 000萬人次，已入列全球最繁忙機場行列。節能降耗是一個企業的生存之本。能源管理，不僅要管，更要理，理清思路，理清方向。智能物聯網技術是新思路新方向，必將成為未來“智慧機場”的建設不可或缺的一環。運用智能物聯網技術，可以解決信息孤島問題，解放人力，提升實際管理效率，延展未來節能廣域度，打破能源管理常存瓶頸，對實際能源管理節能工作，不僅有量和也有質上的提升。有技術力量，有科學管理、將實現可持續優質節能。

參考文獻

[1]羅曉.淺談智慧機場的發展技術及其應用[J].空運商務，2018（5）：16-19.

[2]楊晨寅，練旭華，廖潔璟，等.淺析物聯網技術在機場的應用及其發展趨勢[J].空運商務，2019（5）：57-60.

[3]肖偉，李晉秋，白洋，等.大興國際機場能源規劃與航站樓節能設計研究介紹[J].建筑節能，2019，47（10）：9-14.

[4]展巍.基于物聯網的多表合一智能抄表發展研究[D].北京：北京郵電大學，2018.

[5]王瀚林，張玄弋，任高翔，等.基于“互聯網+”的首都機場管網系統介紹[J].民航管理，2019（8）：42-44.

[6]謝克斌.基于物聯網的機場能耗監測仿真系統研究與設計[D].北京：中國民航大學，2014.

[7]車遠強.基于物聯網的中央空調節能控制[D].濟南：山東大學，2011.

[8]張旭昀，褚衍亮.物聯網節能系統在中央空調系統中的應用展望[J].機電信息，2016（19）：80-82.

[9]王鑫磊.機場航站樓暖通空調系統的節能運行[J].節能，2019，38（4）：19-22.

[10]陳毅俊.基于物聯網的商業辦公樓物業管理節能控制研究[J].四川水泥，2019（10）：329.