基于Semtech的LoRa技術(shù)對空氣源熱泵運行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)、高效、低成本的監測和管理
眾所周知，煤炭燃燒是造成大氣污染的主要原因之一。我國每年燃煤鍋爐和北方農村燒煤取暖需要消耗大量的煤炭，這不僅給不可再生的化石能源帶來(lái)巨大消耗，而且燃煤過(guò)程中產(chǎn)生的一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫等氣體以及煙塵顆粒等物質(zhì)，對人體和環(huán)境也造成了極大的危害。 為了實(shí)現可持續發(fā)展和打贏(yíng)“藍天保衛戰”，煤改清潔能源已成為必然趨勢，政府對于清潔供暖改造給予了高度重視和大力支持。2018年，國務(wù)院印發(fā)了《打贏(yíng)藍天保衛戰三年行動(dòng)計劃》，明確了大氣污染防治工作的總體思路、基本目標、主要任務(wù)和保障措施，提出了打贏(yíng)藍天保衛戰的時(shí)間表和路線(xiàn)圖；多個(gè)省份和地區都紛紛出臺相關(guān)政策，以加快推進(jìn)冬季清潔取暖改造。 煤改電是煤改清潔能源的一種方式，能夠顯著(zhù)減少用煤量、改善空氣質(zhì)量，已在多個(gè)地區得到實(shí)施。電采暖的方式主要包括分散電采暖、集中電鍋爐、熱泵等多種類(lèi)型，對于城鎮、農村等地區主要采用集中電采暖，而空氣熱源泵是應用最多的方式之一。 空氣源熱泵采暖是目前世界上先進(jìn)、能效比高的供熱制冷設備之一，它采用電能驅動(dòng)，通過(guò)傳熱工質(zhì)把自然界的空氣、水、土壤或其它低溫熱源中無(wú)法被利用的低品位熱能有效吸收，并將吸收回來(lái)的熱能提升至可用的高品位熱能并釋放到水中的設備，具有舒適、節能、環(huán)保、自動(dòng)化控制、節省成本、方便等諸多優(yōu)勢。 但是空氣源熱泵等煤改電設備大多部署在農村地區，要給用戶(hù)提供更便捷的使用指導、發(fā)現運行故障，提供運維服務(wù)，就需要通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)對煤改電設備的運行數據及用戶(hù)用電數據進(jìn)行采集和監測；這些數據還要經(jīng)匯總后，為政府制定“煤改電”相關(guān)政策提供合理支撐。因此，煤改電一般需要采集空氣源熱泵的運行數據、能耗數據和室內溫度三種數據。 這涉及到需要在農村地區建設覆蓋范圍廣、多業(yè)務(wù)融合、大容量和低功耗的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )�；贚oRaWAN的網(wǎng)絡(luò )可以實(shí)現單臺基站覆蓋一個(gè)甚至多個(gè)村莊，通過(guò)TDMA等技術(shù)可以實(shí)現溫濕度數據、能耗數據和空氣源熱泵運行數據通過(guò)一個(gè)網(wǎng)絡(luò )上行到物聯(lián)網(wǎng)平臺的目標。 除了部署范圍廣，煤改電系統還具有協(xié)議種類(lèi)多、設備數量大、現場(chǎng)情況復雜等挑戰，給運維管理帶來(lái)很大困難。而LoRa等物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的快速發(fā)展，為建立煤改電等清潔能源的運維管理提供了強有力支持。Semtech的中國生態(tài)伙伴們?yōu)榇碎_(kāi)發(fā)了很多極富創(chuàng )新的解決方案。 北京門(mén)思科技有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“門(mén)思科技”）是一家提供基于LoRa和LoRaWAN全通信鏈路解決方案產(chǎn)品的高科技企業(yè)，也是LoRa聯(lián)盟中國區第一批成員，自2014年就開(kāi)始從事LoRa技術(shù)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，目前擁有包括基于LoRa的模組、傳感器、網(wǎng)關(guān)、NS、NMS、MAP等在內的全棧產(chǎn)品體系，具有提供端對端解決方案的能力。 在煤改電運維管理系統上，門(mén)思科技利用LoRa技術(shù)實(shí)現了對空氣源熱泵的數據采集和控制。其整體系統組網(wǎng)如圖1所示，此方案是基于作為全球物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)事實(shí)標準LoRaWAN標準，由空氣熱源泵、LoRaWAN采集終端、LoRaWAN網(wǎng)關(guān)、LoRaWAN服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò )管理平臺（NMS）、應用管理平臺組成。
圖1：基于LoRaWAN的運維管理系統組網(wǎng) 門(mén)思科技這種基于LoRa的解決方案已經(jīng)在北京某區得到應用，該區農村地區面積多達900平方公里，共有10萬(wàn)余只空氣熱源泵，LoRa憑借著(zhù)廣覆蓋、低功耗、易部署等特性，在全區僅部署150臺基站就實(shí)現了對空氣源熱泵的全面覆蓋。 解決網(wǎng)絡(luò )覆蓋問(wèn)題，這僅是整個(gè)解決方案的第一步，要實(shí)現對數量如此龐大的空氣熱源泵的全面監測，還有諸多難題需要解決，如熱泵對接、數據上傳、系統容量、遠程維護等。為此，門(mén)思科技在運維管理系統中采用了兩個(gè)關(guān)鍵設備：導軌式LoRa DTU和室外版LoRaWAN網(wǎng)關(guān)。 導軌式LoRa DTU內置門(mén)思科技自主開(kāi)發(fā)的EdgeBus邊緣計算框架，實(shí)現了對采用不同協(xié)議的熱泵的快速對接，可支持超過(guò)70種協(xié)議；該DTU還支持TDMA等技術(shù)，空氣源熱泵運行數據、能耗數據和溫濕度數據可通過(guò)一個(gè)網(wǎng)絡(luò )上行到物聯(lián)網(wǎng)平臺，解決了擁塞沖突和共振沖突問(wèn)題。
通過(guò)采用室外基站和利用LoRaWAN標準的頻段自動(dòng)遷移技術(shù)，解決了系統容量問(wèn)題；基于LoRa實(shí)現的FUOTA、無(wú)線(xiàn)運維遠程調試功能，大幅度降低了后期運維工作和人工成本。目前基于EdgeBus的模組和DTU已經(jīng)在煤改電、能源管理等多個(gè)應用場(chǎng)景有了廣泛的應用。
門(mén)思科技總經(jīng)理趙明飛表示：“為了加快實(shí)現‘雙碳’目標，打贏(yíng)‘藍天保衛戰’，門(mén)思科技通過(guò)利用Semtech公司的LoRa技術(shù)，實(shí)現了在農村地區建設低功耗廣覆蓋的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )的目標，基于Semtech SX1301器件的解決方案不僅具有遠距離、低功耗和易部署的特性，其多信道能力更為徹底地解決了系統擁塞和沖突問(wèn)題，可輕松將數萬(wàn)只空氣源熱泵連接起來(lái)，實(shí)現對空氣源熱泵的有效監測，為政府制定煤改電相關(guān)政策提供合理支撐�！� 從2014年開(kāi)始，門(mén)思科技一直致力于開(kāi)發(fā)基于LoRa的產(chǎn)品和解決方案，擁有豐富的應用和項目經(jīng)驗，門(mén)思科技的LoRa解決方案主要聚焦在資產(chǎn)管理、環(huán)境監測和能源管理三個(gè)方向，主要業(yè)務(wù)場(chǎng)景在工業(yè)園區和辦公樓宇，旨在幫助用戶(hù)提供一站式傳感器解決方案。目前門(mén)思科技正在基于LoRa的低功耗定位技術(shù)上投入大量的研發(fā)力量，計劃年內實(shí)現不同場(chǎng)景下基于LoRa的低功耗定位系統解決方案，為用戶(hù)提供一站式傳感器解決方案。 作為一家全球化的物聯(lián)網(wǎng)企業(yè)，門(mén)思科技擁有基于LoRa的全頻段產(chǎn)品體系，產(chǎn)品應用覆蓋了包括南美、歐洲、非洲、東南亞、俄羅斯、韓國等多個(gè)地區和國家。而門(mén)思科技在國內不同垂直行業(yè)中得到了充分驗證的、各種基于LoRa的物聯(lián)網(wǎng)解決方案，與全球不同地域、不同行業(yè)的用戶(hù)需求相結合，開(kāi)發(fā)了很多創(chuàng )新的應用。 Semtech中國區銷(xiāo)售副總裁黃旭東表示：“努力降低對環(huán)境的影響一直是Semtech所追求的目標之一，門(mén)思科技應用LoRa技術(shù)來(lái)使天空更加蔚藍，我們?yōu)榇吮陡序湴�。同時(shí)，我們也欣慰地看到門(mén)思科技以及眾多LoRa生態(tài)伙伴使LoRa充分發(fā)揮了自組、安全、可控的特性，為中國和全球各地的用戶(hù)提供了高效而便捷的解決方案，為人們創(chuàng )建更美好的生活�！� |
