基于物联网技术的能源管理应用探讨

戚佳楠

摘 要：随着民航业的快速发展及“智慧机场”的提出，民用机场作为大型企业的同时也是用能大户，所面临的资源环境问题日益凸显。节能降耗作为企业发展的立身之本，为了企业自身可持续发展，将不断倒逼其优化升级。文中结合民航行业运行特点和“智慧机场”发展要求，以杭州萧山国际机场为例，探讨将物联网技术包括传感网技术、智能监测系统优化调整应用于机场能源管理后所带来的实际提升，表明应用物联网技术对企业节能降耗工作有重要价值和实际意义。

关键词：物联网;能源管理;智能化;节能;国际机场;民航业

0 引 言

我国机场在经历了“电子机场”“数字机场”“智能机场”阶段的同时，随着物联网、大数据、云计算、移动互联网等技术的发展，国内民航专业人员根据已提出的“智慧地球”和“智慧城市”概念提出了“智慧机场”的发展理念。杭州萧山机场作为全国十大机场之一，近年来发展迅速，业务量剧增的同时能源消耗也大幅上涨。物联网技术作为新兴技术，不仅高度契合“智慧机场”发展理念，更是在互联网技术基础上，高度集成新一代信息技术包括信息感知、传输、处理各个环节，并运用近距离无线通信、传感网海量数据存储、数据挖掘、云计算等，实现智能化识别、定位等功能为一体[1]。这使得运用物联网技术进行能源管理达到企业节能降耗具有更实际意义。

1 国内外机场智能物联网技术应用现状

智能物联网技术在经过了多年的研究发展之后，如今已经具备较为成熟的技术支持，目前大多机场在扩改建中，都或多或少将应用物联网技术考虑其中。上海浦东机场周界安防系统[2]、丹麦比隆机场的客流监测系统、首都机场的智能管网系统等，均已有良好的实际应用。而北京大兴国际机场作为全球超大型智慧机场标杆，在智能物联网技术上的应用更是如数家珍[3]。杭州萧山机场部署新一年工作任务中，王敏董事长强调：要将“智慧机场”建设成果效用最大化，大力推行“机器换人”，不断改善服务的“硬件”基础。

2 智能物联网技术在能源管理上的应用探讨

能源管理，节能降耗，应尽可能高效的利用能源、减少能源浪费，浪费的越少，利用率越高越节能。杭州萧山机场综合能耗统计表见表1所列。

通过表1不难看出，近5年来机场每年人均折标消耗量逐年下降，说明机场每年能源利用率都有提高，节能工作成效明显。但再细化分析，可以发现每年人均折标煤的下降率却在减小，说明年与年之间的节能持续力在下降，表明杭州萧山机场的能源管理节能工作应在现有层次再扩散思维方向转型升级。

节能降耗，设备是基础、技术是能力、人员是关键。当今新技术新浪潮已从智能互联向智能物联迈进，之前互联网时代人与人之间的信息交流也正向人与物、物与物之前的传输和交流。从信息上网到现在物体上网，不仅仅只是一种技术，实际应用中更多的是一种思维，能源管理新思维。杭州萧山机场实际应用智能物联网技术具体表现在：

2.1 能源管理系统升级

杭州萧山机场现有的物联网能源管理系统，作为杭州萧山机场最早投运使用（2016年）的能源管理智能系统。主要由现场设备感知层（由前端智能电表水表，温度计、流量计等，结合RS 485总线技术和ZigBee短距离无线传输技术，通过采集集成后上传）、网络层（包括底本地数据无线GPRS传输、以太网传输;）、处理层（数据中心、能耗数据监终端及服务器）3部分组成。

系统通过基础感知层实时获取能耗数据上传。通过传输网络，实现实时能源数据及节能控制系统与数据中心的信息交互，对用能单位与能源管理部门进行有机多维联系[4]。系统自2016年投运至今，相比原始管理模式，从原生信息的发出到收集整理、传输和处理上均有提升，而最大的收获就是解决了能源管理中能源信息失真及孤岛问题。2016年的每万人折标煤也较2015年下降到80%左右。但实际运行中也发现诸如，信息获取存在延迟，数据分类分级模糊，能耗以及后期维护升级成本不低，系统功能设定跟不上机场实际发展需要等问题。

针对使用者出现的问题，杭州萧山机场2019年落实系统升级改造，在现有系统基础上，主要体现的物联网技术软硬件应用升级，如图1～图4所示。

（1）增加传感网。不仅靠智能水电表，还有监控探头、GPS地理地位、红外温度仪等“耳口鼻”感知“器官”进行收集，确保准确有效获取信息。

（2）增加能耗分级管理。分类、分区域对收集的信息数据进行分析管理，区别航站区、飞行区等不同能耗组成的能耗分级，精细化、归类集中统计分析，进一步提升管理效率。

（3）增加能耗预警报警。按照以往历史数据，预先设定各能源消耗预警值，超出一定频次预警值时，实现点对点电话短信报警，杜绝能耗浪费，强化机场能源监管。

（4）增加嵌入式技术应用。作为物联网技术的重要构成，嵌入式技术在能源管理中的实际应用广泛。通过前端感知收集，应用将杭州萧山机场天然气、柴油、供水等能耗归一系统分析，整合全场能耗信息，加强综合能耗分析管理。

（5）增加系统使用安全设计。基于Web Services技术和IIS授权控制，采用集成用户验证和授权服务器。对不同用户设置不同权限，保障信息交互及时又确保系统信息安全。

2.2 管線管网优化改造

传统管网系统由于管线种类繁多，且每个类别的管线都由其主管单位自己负责，在施工方面上缺乏统一的规划和布局，在管理方面，由于各单位各自为政，在管理管网时存在信息孤岛，很难顾全整个管网布局。在数据方面，我国管网系统数字化程度较低，数据不足，且信息往往都是落后于现状，不能实时的更新数据。在维护方面，大多依靠人工来完成检测和修复，并且由于各部门缺乏相应的沟通机制，数据之间不及时共享，一旦管网系统出现问题将会给协同作业带来很大的阻碍[5]。

就以能源管理而言，杭州萧山国际的大多数地下管线自2000年通航以来至今已使用近20年。供水管线跑冒漏滴情况逐年加剧，机场的快速发展也不断倒逼供能管线优化升级。老化的管线管网安全隐患不小，很多管线的阀门、接口等锈蚀腐坏情况严重，很多管线在应急抢修时往往存在阀门关不死，关闭打开后又漏水不止的情况，有些甚至因年久失修缺乏保养，已经失去设施正常功能，还有的甚至无法找到具体位置，应急突发情况发生时，安全隐患不小。再者，长时间使用的铸铁材质管线，内壁已经生成厚厚的锈蚀垢壁。这是微生物细菌等滋生繁衍的温床，这不仅对供水给水正常性有所隐患，对水质安全危害更大。

针对上述问题，杭州萧山机场以三期建设为契机，对场区内的地下“大动脉”进行优化改造。其中最主要的动作之一就是增加了智能管网监测系统，通过改造智能水表、管线流量计、水质监测仪、压力计等感知网络，获取周围环境参数变化下的原始监测数据，不断实时监测检测管线管网，实时掌握管线管网的运行动态[6]。从发生“爆管”“拉闸”等常见管线问题时，相比之前的传统处理方式，与如今的“以点带面”处理方式，实现信息共享、进度同步、高效协作、最终存档更新，减少了处理过程中的能源浪费，提升实际能源管理效率，改造完成当年较去年管线整体供水漏损率下降8.5%左右。系统同时也将日常维保维护工作纳入系统，监测维保巡查人员的日常维保工作，通过智能视频抓取、定点定时打卡、门禁系统等重要感知技术，确保日常维保维护工作有效进行。

2.3 空调系统节能

众所周知，空调系统承担着建筑内外冷热能量的交换任务，且每年占据着航站楼能耗的半壁江山，各个内部系统各个设备环节相互联系。就节能角度分析，要了解空调系统在何种情况下运行是处于节能状态，就必须清楚设备的运行性质，明确在满足航站楼内温度、湿度等各项数值标准的前提下，以最优最节能状态运行整套系统[7]。

目前常用的空调系统节能方法，主要是通过变频和楼宇自控实现[8]。前者主要对空调系统中的风机、水泵等机组设备进行调控控制实现节能，后者主要针对空调末端的监视和控制来达到系统节能。杭州萧山机场T3航站楼中央空调节能改造，就主要是针对中央空调智能控制展开，改造主要是引入中央空调能源管理控制系统，采用暖通DDC专用控制器，应用系统嵌入式集成技术，实现前端流量、温度、湿度、压力、冷热量等传感器进行信息传输，实时监测并控制航站楼内的空调机组运行停止。经第三方机构测算，改造后年平均实际节能量和节能率较改造前分别达到16.2%和13.7%，节能效果显著。

但萧山机场目前发展来看，民航机场各类特有制约因素以及旅客吞吐量增加，航站楼内外环境因素、人为因素等愈发复杂[9]，空调系统本身庞大复杂，孤立设立的节能方案，节能持续力、未来可持续发展的能力不高。

节能，技术是能力。运用了智能物联网技术，达到万物智联，使空调系统中各个单一个体的内在联系，外在表现能被信息化、数字化、智能化。一台风机、一台水泵的运行停止，来源于空调负载、室内外温差、候机楼内不同区域人员多少等众多动态信息整合[10]，再结合发展实际，提出一套真正符合杭州萧山机场高效低能运行空调的评估体系，才将提升杭州萧山机场暖通综合节能能力。同样的方法也可应用于照明节能。2020年下半年，杭州萧山机场将积极引进“外脑”。借鉴大为成功的“政企共赢”模式，引入阿里巴巴等名企，包括浙江大学等一流高校进行合作，研讨出了一套适合杭州萧山国际机场发展现状的中央空调能源管理体系，助力机场节能的可持续发展，届时能源管理将更加立体化，“智慧机场”建设也愈发有板有眼。

3 结 语

杭州萧山机场作为国家重要的干线机场，2019年全年旅客吞吐量超4 000万人次，已入列全球最繁忙机场行列。节能降耗是一个企业的生存之本。能源管理，不仅要管，更要理，理清思路，理清方向。智能物联网技术是新思路新方向，必将成为未来“智慧机场”的建设不可或缺的一环。运用智能物联网技术，可以解决信息孤岛问题，解放人力，提升实际管理效率，延展未来节能广域度，打破能源管理常存瓶颈，对实际能源管理节能工作，不仅有量和也有质上的提升。有技术力量，有科学管理、将实现可持续优质节能。

参考文献

[1]罗晓.浅谈智慧机场的发展技术及其应用[J].空运商务，2018（5）：16-19.

[2]杨晨寅，练旭华，廖洁璟，等.浅析物联网技术在机场的应用及其发展趋势[J].空运商务，2019（5）：57-60.

[3]肖伟，李晋秋，白洋，等.大兴国际机场能源规划与航站楼节能设计研究介绍[J].建筑节能，2019，47（10）：9-14.

[4]展巍.基于物聯网的多表合一智能抄表发展研究[D].北京：北京邮电大学，2018.

[5]王瀚林，张玄弋，任高翔，等.基于“互联网+”的首都机场管网系统介绍[J].民航管理，2019（8）：42-44.

[6]谢克斌.基于物联网的机场能耗监测仿真系统研究与设计[D].北京：中国民航大学，2014.

[7]车远强.基于物联网的中央空调节能控制[D].济南：山东大学，2011.

[8]张旭昀，褚衍亮.物联网节能系统在中央空调系统中的应用展望[J].机电信息，2016（19）：80-82.

[9]王鑫磊.机场航站楼暖通空调系统的节能运行[J].节能，2019，38（4）：19-22.

[10]陈毅俊.基于物联网的商业办公楼物业管理节能控制研究[J].四川水泥，2019（10）：329.