太阳能热水器也能采用大数据？不仅有效节能，还大量提升用户使用舒适度

1、项目研究背景

日出东方太阳能股份有限公司（股票代码603366）是全球领先的太阳能热利用领导者，旗下的“太阳雨”与“四季沐歌”品牌的太阳能热水器产品在零售及工程项目渠道销售遍布全球，并在行业内率先实现了太阳能热水器设备的物联网化，实现了实时的数据采集、监控与远程控制。

公司对采集到的数据进行集中管理，通过现有平台实现数据可视化以及太阳能热水器的能效统计操作。但是在与大数据领域专家进行深入的产品调研与数据调研，通过数据分析后发现，目前的太阳能热水器在智能预警，系统能效以及用户使用舒适度方面有着大量提升的空间。

2、总体目标   

借助慧都大数据一体化解决方案，运用大数据技术机器学习方式，利用数据建模、分析、处理能力，进一步挖掘现有数据的价值，为设备使用方，运营方以及制造方带来更多的价值，提升公司太阳能热水器的市场核心竞争力，并在相关产品多元化净水器领域和空气能领域进行数据应用能力的复制拓展使用。

此外，通过节能模式的建立，将工程项目分为不同的行业应用（节能等级对应系统参数的设置），并通过数据节能算法分析来实现对产品设计的改进改善和形成工程项目设计的解决方案。  

3、实施方案

3.1系统运行原理图

太阳能热水器原理（如图1）是冷水通过管道进入太阳能热水器内，经过集热板，集热板能收集太阳能，将太阳能转化为热能，然后把冷水加热。由于冷水的比重比热水的比重大，热水会自动往上升，然后形成一个循环动力，水就在集热板那里逐渐升温，达到一定温度后就能进入储热水箱，需要热水的时候就能供应热水。

图1 系统运行原理图

3.2系统逻辑设计示意图

太阳能工程设备是比较复杂的设备，每个子系统的运行状况、关键参数（如水箱温度显示、显示值等）都关系到设备运转状况和产品质量，通过动态形式将这些信息实时、直观的显示，便于操作者和远程维护人员对设备故障做出及时处理。生动的界面展示，动态界面，实现每个项目一个系统运行图要求贴近实际。

本系统逻辑设计示意图（如图2）及设计中用到的字母含义如下：

• T1：集热器顶部温度 
• T2：集热器底部温度
• T3：水箱温度
• T4：回水管路温度
• T5：进水口传感器（异常）
• W1：水箱水位
• WFM：上水模式
• HM：加热模式
• E1：进水阀门 
• E2：回水电磁阀
• P1：集热循环泵
• EHT1：进水管防冻加热（伴热带）
• EH1：电加热。

例如：温差循环原理，当集热器顶部温度与水箱温度之差T1-T2≥H℃时，水泵P1打开，进行集热循环；当T1-T2≤J℃时，水泵P1关闭，停止循环（H、J代表设定的温度）。

图2 系统逻辑设计示意图  

3.3节能策略的设计及效果

慧都大数据将现有的物联网大数据平台对接公司原有远程控制中心系统平台数据库，分析设备用户数据，并结合平台的其他关联数据，利用推荐引擎以及预测引擎为每一台单独设备构建用户用水预测，太阳能能效预测，以及用水舒适度评价三大模型。

• 通过基础数据分析出用户行为数据，结合时间、季节、偏好、地域等因素，形成用户模型；
• 通过设置水箱水位、加热频次、每次加热温度等用于进行能效预测；
• 通过提取用户行为数据，包括时间温度数据、APP操作数据、加热及模式数据等用于用水舒适度模型设置。

通过模型预测与决策结果实时调整设备的参数设置，按需供应热水，既保证了热水的持续供应，大大提高了用户的用水舒适度，同时降低了系统的整体能耗，提高了楼宇的能源效率。同时运用业务及数据模型，实现了设备智能监控，智能预警功能。节能策略应用后的效果图如图3所示。

 图3 节能策略应用效果图

3.4系统软件部署架构

系统软件部署架构（如图4）分为四层架构分别是基础设施层、数据服务层、应用层、展现层：

①基层设施层通过协议接口与产品的物联设备对接，获取数据及控制指令，如利用工程控制柜将采集的数据发送到云端的服务器，以实现交互。

②数据服务层采用MySql进行数据管理，接收、解析数据并存入相对应的数据库中，封装WebService接口协议的处理及与CRM、ERP等系统进行数据交换；

③应用层采用先进的Java EE企业级开发平台进行开发，包括根据不同季节的设备运行策略实施重要参数的修改、设定和控制，系统数据统计分析及系统节能算法的应用等。

④展现层将呈现出监控界面及iPhone，Android等智能手机在APP和微信终端上的展现效果。

图4 软件部署架构图

3.5系统安全实施方案 

3.5.1 系统安全实现模型

系统安全的建设并不仅仅是安装了安全产品就解决了安全问题，而更多的是需要一个良好的工程建设体系，需要人员管理、策略实现、基础教育等多方面因素的协同，同时，也需要充分考虑安全工程建设中的风险因素。

目前国际上所倡导和推介的方式有多种，为了降低风险和减少成本，根据信息安全的生命周期特征，以安氏公司提出了一种按阶段实施的可操作的PADIMEETM模型列举如下：

①Policy Phase策略制订阶段：制订系统的安全目标；

②Assessment Phase评估分析阶段：实现需求分析、风险分析、安全功能分析和评估准则设计等，明确表述现时状态和目标之间的差距；

③Design Phase方案设计阶段：形成信息安全解决方案，为达到目标给出有效的方法和步骤；

④Implementation Phase工程实施阶段：根据方案设计的框架，建设、调试并将整个系统投入使用。

⑤Management Phase运行管理阶段：在管理阶段包括两种情况——正常状态下的维护和管理（Management Status），以及异常状态下的应急响应和异常处理（Emergency Response Status）。

⑥Education Phase安全教育：是贯穿整个安全生命周期的工作，需要对企业的决策层、技术管理层、分析设计人员、工作执行人员等所有相关人员进行教育。

从目前来看，PADIMEETM模型应成为系统安全管理实施过程的指南。

3.5.2主要采用措施

①建立防火墙访问控制系统：通过功能强大的防火墙访问系统，实现灵活的访问控制策略，简化系统的安全管理。

②建立对核心系统的入侵侦测体系：通过漏洞扫描等设备实时的侦测各种攻击行为，及时发现入侵，确定故障原因，迅速解决，是确保网络正常安全运行的关键。

③建立高强度的认证管理体系：利用大量现成的口令暴力破解工具进行恶意攻击已经成为最为简单有效的攻击方法，解决办法就是建立高强度的认证系统。

④建立实时的系统logo记录体系：通过对内网的IP地址信息出入的记录，建立强大的logo记录体系。

⑤构建网络防病毒体系：利用企业防病毒产品，针对网络中所有可能的病毒攻击点设置全方位、多层次的防毒系统配置，使企业网络免受病毒的入侵和危害。

⑥冗灾备份系统：通过成熟稳定、灵活高效的数据备份系统（物理级），提高备份和灾难恢复的效率，防止各种灾难性损失。 

4、结语

当前，以“云计算、大数据、物联网、移动应用”等为核心的“新IT”迅速兴起和应用，必将重塑传统的信息化架构和应用模式，为企业在渠道、营销、智能制造等创新能力和管理运营优化等方面形成新的竞争力。

本项目中慧都大数据结合日出东方太阳能股份有限公司现有的数据现状，充分融合了物联网、大数据、移动应用技术，利用远程控制中心等系统中历史数据进行大数据分析，达到了在不影响用户体验的情况下实现节能减排的目的，具有行业借鉴和推广意义。

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