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人人都在谈楼宇脱碳,但是谁真的把AI+数字孪生用明白了……

物联网智库

共 5422字,需浏览 11分钟

 · 2023-09-27

作者:Ada
物联网智库 原创


近年来,全球性极端气候的频发为人类敲响警钟——
温室气体的过度排放正在对环境、气候、健康造成难以挽回的负面影响,一场围绕低碳环保的人类生存环境自救已经迫在眉睫。
绿色低碳已经成为了一条辐射全行业、覆盖全产业链的变革之路,多个国家均提出了“碳中和、碳达峰”目标。“双碳”看似是一个国家的宏观目标,实则需要每一家企业、每一个家庭都参与其中,而在数字经济时代,以物联网、云计算、AI、大数据为代表的新兴技术无疑也成为了“双碳”落地的重要抓手。
所以,如何利用数字化技术加速降碳节能已经成为企业的必答题。
而在一众传统行业中,建筑是众所周知的耗能“重灾区”,其中又以暖通、电力等基础系统占比较高。从某种程度上讲,楼宇脱碳是优化能源结构的关键突破口,也是践行“双碳”目标的重要举措。
面对行业内持续高涨的改革需求,作为全球能源管理和自动化领域的数字化转型专家,施耐德电气将数字化和电气化技术与楼宇管理结合,并将AI注入数字孪生平台,基于EcoStruxure™架构与平台打造了数字楼宇一体化解决方案,以及针对楼宇能源管理需求的全新能效管理数字化产品SpaceLogic™ AI BOX(楼宇节能盒),点亮建筑绿色未来,并已成功帮助施耐德电气无锡工厂实现单月空调系统同比节约22%能源。

从“管起来”到“看得清”再到“AI优化”

联合国环境规划署发布的数据显示,2021年全球建筑行业与能源相关的运营碳排放约100亿吨(10Gt)二氧化碳当量,较2020年高出5%,比2019年新冠疫情暴发之前的峰值还高出2%。
随着“双碳”目标时间的临近,显然建筑行业的减碳已成为迫切需求,围绕建筑的节能降碳也已是行业共识,越来越多的楼宇建设方、业主、运维管理者开始探索行之有效且成本最优的解决方案,基本也都经历了“管起来”、“看得清”、“AI优化”的进阶。
具体而言,由于建筑中涉及的基础运营系统繁杂且处于相互割裂的状态,很多企业满腔热忱地想降碳,却困在了第一步——把楼宇中的耗能设备“管起来”
建筑物的运行离不开水暖、电气、新风等基础系统,再加上网络、安防、停车场管理等信息化系统,所涉及的终端种类繁杂且大多从属于不同企业。
尽管数字化、智能化升级在楼宇行业的起步并不晚,小到水位控制阀、摄像头、门禁,大到新风空调、电梯,都已经实现了网联化,并且可以实现状态监管、数据采集、甚至是远程控制,但是在设备能耗方面,将散落在各大厂商的平台中的能耗数据打通并非易事,加之早期的老旧建筑智能化改造并未重视能源数据的收集,所以对很多楼宇管理者而言,将设备能耗数据统一“管起来”是首先要解决的问题。
在实现底层设备的互联互通与耗能数据收集后,还应该将其与楼宇的整体运行状态相结合,更加“通俗”地展现出来,也就是耗能“看得清”,而这也与楼宇智能化管理的重要底座——数字孪生不谋而合。
数字孪生通过以虚映实在信息化平台中建造一个与现实世界中物体、场景等完全一致的“克隆体”,在实现数据桥接后,其便可以实时展示终端设备的运行状态以及传感器采集到的数据,实现了数据可视化。
目前,数字孪生应用水平可分为数字世界映射真实世界、控制真实世界、预测真实世界、优化真实世界、与真实世界融合5个层级。其中,面向能耗管理,第一层的虚实映射便是耗能“看得清”的基础,第二层的“以虚控实”则是能够根据耗能数据的变化及时调整设备参数或开闭状态,而第三层的预测与第四层的优化则需要基于能耗数据以及AI来实现,也就是能耗的“AI优化”
其实,目前的楼宇数字孪生大多数是停留在第一层与第二层,同时在向第三层过渡,换言之,很多企业还是将目光投向了数据的动态展示上面,对于数据价值的挖掘不足。
正如施耐德电气数字能效业务中国区数字楼宇市场部负责人魏琨接受媒体访谈时所提到的,近些年,市场上出现了很多针对楼宇数字孪生解决方案,但大部分都停留在第一层楼宇系统及能耗数据展示和第二层边缘服务器及AI算法,就是能够把设备的数据动态地显示在展示画面中,给予用户直观感受。这些是基础,也是非常重要的一个环节,但站在使用者的角度,如果能够让AI的策略真正赋能设备,完成数字孪生的第二级、第三级预测、甚至是优化,系统将不再仅仅是看到或者简单地控制这些数据,整体运维会变得更加智能。
魏琨也直言,这恰恰就是施耐德电气能效管理数字化产品SpaceLogic AI BOX(楼宇节能盒)有别于传统数字孪生方案的地方。

楼宇能耗管理的“智慧法宝”

不可否认的是,在“管起来”、“看得清”、“AI优化”中也都还隐藏着诸如“楼宇设备难以实现能耗数据打通”、“数字孪生平台数据无法实时同步”、“能耗数据价值未挖掘”等痛点,而施耐德电气也正是锚定了每一阶段的痛点,将其数字孪生、AI以及在互联互通产品方面的能力与节能降碳结合。
首先,施耐德电气的末端传感器、阀门以及SpaceLogic AI BOX(楼宇节能盒),能够借助边缘侧的物联网连接,打破产品之间的割裂,同时还能实现数据的精准抓取。
据介绍,施耐德电气EcoStruxure数字楼宇一体化解决方案具备高数据集成性,可以将包括能源管理、智能照明、暖通空调、安防管理、智能家居在内的多个系统以简化的数据视图呈现出来。
其次,通过SpaceLogic AI BOX(楼宇节能盒)的应用,施耐德电气在数字孪生之上,基于AI技术,持续为建筑管理提供实时的能耗优化策略。
具体来看,SpaceLogic AI BOX(楼宇节能盒)具备数字孪生、建模验证、系统调优和节能监测四大功能,面向建筑暖通系统实现了能耗管理。
其一SpaceLogic AI BOX(楼宇节能盒)通过将AI能力引入数字孪生技术从而达到了第四个层级,即优化真实世界。一方面可以展示楼宇运营状态,实现运行状态的可视化分析和控制,并量化节能收益;另一方面,也能够在收到故障警报时帮助运维人员快速找到故障点,及时抢修故障设备。
其二,通过建模验证,SpaceLogic AI BOX(楼宇节能盒)还可以在实际工程项目中进行部署,让用户能够在项目启动之前就对系统进行验证。同时,施耐德电气结合暖通机理和机器学习技术的灰箱模型,实现了OT与IT的融合。
其三,基于数字孪生技术建模与实时动态仿真,加之能耗数据的快速积累与实时采集,SpaceLogic AI BOX(楼宇节能盒)能够利用专业算法校准进行跟踪及验证,实时调整暖风系统模型精度,提前预测系统能耗,并为楼宇的暖通空调设备与系统提供最优运维策略。
其四,基于数字孪生,SpaceLogic AI BOX(楼宇节能盒)提供从系统能耗运行参数到维护管理等多维度的可视化空调能耗监测,并实时追踪节能目标完成进度,量化节能收益。
值得一提的是,施耐德电气还利用算法,结合暖通行业知识,通过剔除掉映射关系中的突变影响,进行数据清洗,并进一步挖掘,从而保证数据的有效性。同时,将国家节能政策法规要求与SpaceLogic AI BOX(楼宇节能盒)产品研发做了诸多结合,加载到了算法中,加上施耐德电气本身还具备暖通、电力等行业的技术储备,可以在优化楼宇能效的同时保障设备的高效运行。
除此之外,施耐德电气还在国内提出了楼宇控制纯IP架构,通过充分利旧,仅需通过一根网线连接到边缘服务器,通过标准化的协议,即可依托平台完成后续工作。换言之,此方案可以最大限度地保留既有设备、充分利用原有方案,从而减少改造成本。
而在实际应用中,由于设备繁杂,不同厂家和系统集成商的数据接口也不尽相同,需要在交互层实现打通,所以施耐德电气采用了楼宇中的通用标准BACnet协议来做整体对接,以此减少技术壁垒,使得原有系统可以直接嵌入改造项目当中。
举例来看,作为施耐德电气在全球的五家灯塔工厂之一,无锡工厂自2021年开始,就已经开始应用施耐德电气的EBO楼宇运营系统。彼时,通过前置的边缘控制,包括温度、冷却水循环水的温度设定等,工厂的空调系统在2021年、2022年就达成了17%左右的节能效果。但该成果依赖于现场运维人员针对:夏季制冷模式、冬季制暖模式、春秋过渡季节模式等做切换,并基于早晚温差大的现实情况,设定白天和晚上的不同的温度,调节数据模式后才能达成管理节能上的成果。
而在今年年初落地了SpaceLogic AI BOX(楼宇节能盒)后,能够将运维知识及运维人员的主动操作全部转变为数字化,直接依据内外部的温度感知,下达指令至系统,让空调预测性地降温或者升温,有效降低了工厂对运维人员的依赖性,提升冷机和末端风口效率,大幅降低能源消耗。运行数据显示,4月份空调系统同比节约了22%能源,整体占比降至36%,节能效果进一步得到显著提升。

结语

随着“双碳目标”时间节点持续倒计时,各行各业的降碳进程不断加速,而之所以能够实现提速,一方面是整体目标倒逼,更重要的则是在不断探索中,以施耐德电气为代表的行业领航者也在发挥其技术优势,使得AI、数字孪生等技术得以在这场绿色风暴中发挥真正的价值。

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