1.项目概况

大兴区自 2016 年开始推进煤改空气源热泵工作，到2017年完成5.6万台空气源热泵改造工程，共涉及37个品牌、110多个空气源热泵型号。由于各厂家技术水平参差不齐，且没有统一的维修服务管控手段，设备出现故障后不能及时发现，百姓供暖质量得不到保证；再加上农户住房保温状况各不相同，取暖习惯和对供暖设备的操控也存在巨大差异，供热系统存在可降低能耗的空间。

该技术案例覆盖大兴区11个镇、146个行政村、约5.6万户，采用了北京合创三众能源科技股份有限公司自主研发的“煤改清洁能源AI信息管控系统”，包含互联网+能源管控平台和AI数据采集与节能控制器（AIoT模块），在保证空调舒适品质的前提下，智能、自动地实现20%～30%节能量，助力政府实现碳达峰、碳中和。系统主要功能包括：

（1）能源系统通过数据采集、计量、显示、分析与控制，以及数据远传操作，可根据作息时间和室外温度独立调整每一台设备的运行情况，达到分时分区控制功能，使空调热泵系统实现自动气候补偿，做到按需供冷、供热。

（2）建立一个数字化的“云计算运行管理中心”，通过云控制与自学习，从技术手段上改变传统的供冷供热方式，可实现智能错峰用电，保证电网负荷。

（3）具备预警报警、维修服务等功能，为大兴区各级部门管理（区、镇、村三级）、各空气源主机厂家、各维修维护单位和农村住户提供数据服务。

图1 项目建设分布图

2、技术介绍

2.1 总体架构

一是在5.6万户农户家中安装AIoT模块（AI数据采集与节能控制器），实现末端每户家中供暖用电量数据采集与末端空调热泵系统的智能节能控制，并将数据通过物联网技术实时上传至云平台。

二是融合云技术搭建云管理平台，与政府部门的平台接口对接，负责大数据存储可视化及大数据分析。同时，政府部门工作人员可通过电脑、手机等设备进行实时访问、运维及管理，用户也可通过客户端APP访问进行对采暖设备控制。

图2 “煤改清洁能源AI信息管控系统”总架构图

2.2 硬件方面

一是无线温湿度传感器负责采集室内的温湿度数据，并通过LORA组网技术上传于AI数据采集与节能控制器内，AIoT模块通过与主机的通讯并结合室内温湿度，实时对采暖设备进行智能节能控制。

二是AIoT模块率先采用AI自学习算法，通过对逐时运行状态和能耗水平进行分析，对控制的清洁能源设备进行检测，无论工频机、变频机，采用自学习自适应算法，寻找各设备最佳效率点，通过控制设备起停、出水温度、频率，保证设备运行在效率较高的状态，从而提高设备COP，实现高效节能运行。

图3 末端结构图

其中，AIoT模块（AI数据采集与节能控制器）是采用极端紧凑、多芯片、嵌入式、低功耗物联网产品，为分户式供暖、供冷系统远程数据采集和监控提供功能完善的解决方案。通过RS232、RS485串口Modbus协议采集能源设备运行数据，通过I/O接口技术采集室内外温度，通过物联网技术将所有数据上传互联网，使得能源设备成为云端能源设备，具备远程监测、远程调整的功能。AIoT模块还通过了严苛的环境测试，适用于零下40摄氏度至零上80摄氏度的温度，且具有较强的抗辐射干扰能力。AIoT模块可广泛应用于热泵系统、中央空调、燃气锅炉等公共建筑、分户式建筑的供暖、供冷设备。

图4 AI数据采集与节能控制器

2.3 平台方面

配套开发的互联网+能源管控平台，实现了能源数据实时可视化显示、节能控制自学习、分户设备原创自动化控制。

图5 云平台主界面

一是AI数据采集与节能控制器通过采集环境温湿度、水系统的温度和流量、压力、用能情况、设备效率等相关数据，经系统综合分析，结合节能策略、及人工智能控制算法，计算出房间终端负荷的冷热量需求，生成相应的控制策略，调节主机的供热量和功率，在保证各室内区域舒适度和服务质量要求的前提下，实现房间动态负荷跟随，并且保证主机实时保持在优化的最佳工作点上运行，使系统在运行时，能效比（COP值）始终保持在最大值状态，最大限度地降低机组能耗，提高系统效率，达到较高的节能效果。

图6 监测节能数据分析

二是为维修单位提供移动端和浏览器端的故障保修推送服务。能源设备可准确提供报警信息、预警信息、报警定位、用户信息、一键回访、故障信息查询等服务。报警内容可为维修人员提供故障初步诊断（报警内容显示低温报警、断电报警、主机内部参数报警等信息）、用户定位等内容，使维修人员及时到现场处理故障，减少维修检查工作量和人力成本，为政府相关部门更好应对冬季供暖提供技术支持。

图7 故障定位系统图

三是为政府各级职能部门（村、镇、区三级）建设区级煤改清洁能源信息管控指挥中心，加强后期供暖设备的运维管理和监控、监测能力，利用信息化技术，实现全区煤改清洁能源运行数据区级大屏投放，通过管控系统实现节能降耗，推动全区煤改电设备实现长效管护，为市级煤改清洁能源工作提供有力的信息化支撑，并因地制宜地引导用户制定个性化取暖方案，进一步提升农村住户冬季取暖满意度。

                                                                                          图8 信息管控指挥中心

3、实施成果：

该技术通过与人工智能算法、云计算及物联网技术的高度融合，实现实时感知、按需供能，从而提高能源使用效率和专业化服务反应速度。

经中国建筑科学院空调所监测，该技术案例每年可节约电能8810万度左右，节约电费3118.74万元（其中：农户节约电费1885.34元、政府节约补贴电费1233.4万元）；相当于节约标煤2.73万吨，减少CO₂排放6.82万吨，等同于植树造林约1.03万亩；大兴区煤改清洁能源的12345“接诉即办”投诉量由2017年的9078件降至2020年的1679件，投诉量下降82%。

同时，该技术还获得了《2018、2020发改委节能低碳技术产品及示范案例推荐目录》、《2020年全国能源资源计量服务示范项目》等奖项与荣誉。