边缘自控系统让建筑智慧节能

本文转自：科技日报

图为工作人员在调试毫米波雷达。本报记者 罗云鹏摄

【场景故事】

◎本报记者 罗云鹏

照明随着自然光线自动调整，空调根据温湿度智能启停，窗户可根据需求自动开合……现在，随着人工智能（AI）和物联网（IoT）技术不断取得突破，这类二次节能方式逐渐走进了办公场景。

“一直以来，建筑节能主要集中在设备节能方面，这种节能方式被称为一次节能。例如采用高能效暖通系统、更换低能耗LED灯等。” 国家高新技术企业深圳合一智控科技有限公司董事长陈星告诉记者，面向使用者行为的二次节能，目前大多还是通过管理制度和人为自觉，往往效果不尽如人意。

如何才能完成建筑运行“最后一平方米”的能效革命？场景创新成为破题关键。

锚定精准感知

建筑领域是我国能源消耗和碳排放的主要领域之一。加快推动建筑领域节能降碳，对实现碳达峰碳中和、推动高质量发展意义重大。

“二次节能的主要难点在于行为浪费场景多、频次高、总量大、单量小。”陈星介绍，“常见的智能技术，仍然依赖于语音交互、手机交互、情景面板交互等人工行为。这并不能完全解决人们会忘记操作的问题。”

基于此，陈星带领企业从2018年开始尝试借助AI和IoT技术，研发面向使用者行为的边缘自控系统，打造边缘自控节能场景，以期通过“感知+决策+执行”的自动控制闭环，实现自动管理对人工管理的替代。

“起初，我们的思路是在智能硬件基础上加装各类IoT传感器。这虽然能解决一定问题，但在细节上依然达不到足够智能的要求。”陈星坦言，解决感知层面、决策层面和执行层面的准确性问题，可谓是关关难过关关过。

以办公场景的人员存在感知为例，受汽车自动驾驶中毫米波雷达传感器应用的启发，陈星团队从2019年开始，尝试采用一些其他公司研发的毫米波雷达模组来完成人员存在感知。但这种办法经常会对静止人员漏判，对窗帘、风扇等非人物体误判。

“为突破这一难题，我们在2020年选择自主研发毫米波雷达模组，在感知准确性和抗干扰方面积累了大量经验。如今，我们的模组已经迭代至6.0版本。”深圳合一智控科技有限公司研发总监管礼深介绍，这项工作将感知可靠性提升至99%以上，通过叠加AI策略，能将误判率降低至0.1%，奠定了边缘自控在建筑空间内大规模应用的基础。

从着“眼”到着“手”

陈星把自研AI毫米波雷达模组比作边缘自控系统之“眼”。在解决完“眼”的问题后，自研边缘自控主动决策系统、分布式超低功耗无线组网技术、标准化智能控制硬件，成为亟待解决的一系列问题。

事实上，这也是一个从IoT传感器着“眼”，到软硬件协同、无线组网联通，再到边缘计算加持着“手”的全过程。每一个环节环环相扣，才能保证各类设备的精准控制和自动管理，提升系统整体效能和可靠性，保障不同场景中不同使用者的使用体验。

其中，边缘自控系统的核心设备是毫米波雷达AI节点。它兼具人体存在感知、边缘计算节点和网关三重功能，这也是业内首创的高集成度分布式AI节点。“AI节点会根据空间内人员是否存在温湿度、照度等环境信息，在边缘端自动做出符合管理目标和使用者习惯的最佳决策。” 管礼深介绍，系统通过BT mesh协议（蓝牙网格网络），可将控制指令传输给智能开关、空调模块等控制器，从而实现各类设备的开闭和调节。

经过多年迭代，这种边缘自控系统已达到对应自动驾驶的L3+级别，90%以上办公场景中用电设备开关和调节均可由系统自动决策和执行，不再需要人为干预。

记者看到，位于深圳市南山科技园的一层办公区内，采用边缘自控系统的办公场景中，空调、照明、窗户、窗帘、屏幕、饮水机、雾化玻璃等均实现了自动化管理，系统看板实时更新办公场景下各类空间状态和设备运行数据。目前，该办公室的设备自动化率高达97.7%，在多数情况下已不再需要通过实体开关进行人为手动控制。

在实践中看“蓝海”

“我们不再需要一遍遍地提醒员工随手关灯或注意调节空调温度，下班前也不再需要安排人员巡逻关灯、关空调了。”上述办公区行政负责人说，新的办公场景能对建筑空间内数据进行存储和分析，并提供设备运行数据、环境状态参数、节能量测算等，是实实在在的“减碳好帮手”。

今年1月，国家发展改革委国家节能中心第四届重点节能技术应用典型案例现场核实专家组一行到访深圳合一智控科技有限公司，对边缘自控行为管理节能技术进行调研，并对技术应用典型案例——中广核研究院有限公司某办公楼项目展开现场核实。数据显示，2021年底完成边缘自控节能场景改造后，系统持续平稳运行。2022年，该项目实现总电量对比前3年均值下降28%，节电34.2万千瓦时。

走进该办公楼，记者看到中庭位置由于天井阳光充足，灯光处于全部关闭状态。行至走廊和会议室时，部分灯光会自动亮起，空调自动开启并设定制暖20℃。离开会议室数分钟后，空调、灯光又自动关闭。

从外观上看，很难发现这栋楼的特殊之处。相关负责人介绍后，记者才注意到天花板上的传感器。智能空调模块则暗藏在原有线控器内，不会让人察觉。

“在达到节能降耗、提高楼内环境舒适性的同时，新场景的出现也进一步提升了企业的管理水平，大幅降低了管理成本。”中广核研究院有限公司相关负责人认为，这也充分体现了边缘自控节能场景方案低投入、高回报、快交付、轻维护的优势。

记者了解到，边缘自控节能场景中的核心技术——边缘自控系统技术以创新、节能效果明显，经广东省能源局组织评审遴选，于2023年被列入《广东省节能技术、设备（产品）推荐目录》。

“人的一生中有90%的时间在建筑中度过。当自动驾驶走进现实，建筑空间也必将进入边缘自控时代。”陈星说，“节能减排和实现‘双碳’目标已成为世界共识和时代主题。我们希望边缘自控技术不仅能为中国建筑节能减碳事业作出贡献，也能在全球范围内产生更大价值。目前我们已收到多个国外项目咨询，相信场景‘出海’指日可待。”