能耗監(jiān)控系統(tǒng)在大型公共建筑的發(fā)展與應(yīng)用

摘要

本文安科瑞 顧城將針對大型公共建筑能耗監(jiān)控系統(tǒng)當(dāng)中安裝設(shè)備的特定分類、分項(xiàng)能耗裝置進(jìn)行詳細(xì)分析，借助GPRS/Wi-Fi等無線傳輸技術(shù)手段，將大型公共建筑能耗檢測到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行動(dòng)態(tài)化分析，切實(shí)為我國節(jié)能減耗事業(yè)做出貢獻(xiàn)，對大型公共建筑的能耗消耗情況進(jìn)行監(jiān)控，若發(fā)現(xiàn)了能耗過大的問題進(jìn)行優(yōu)化與管控。

關(guān)鍵詞：監(jiān)控系統(tǒng)；能耗裝置；控制系統(tǒng)

背景

我國建設(shè)部提出，經(jīng)過大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，2020年底，全國建筑總面積已經(jīng)超過400億平方米，建筑能耗將達(dá)到10.9億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，建筑在建造和使用過程中直接消耗的能源已占全社會(huì)總能耗的百分之三十左右。我國當(dāng)前大型公共建筑能耗在計(jì)量、傳輸、節(jié)能監(jiān)管層次存在一定問題，粗放式能耗管理在一定程度會(huì)造成大量的能耗浪費(fèi)，大型公共建筑能耗監(jiān)測與節(jié)能管理已經(jīng)成為我國節(jié)能減耗工作的要點(diǎn)。雖然我國當(dāng)前已經(jīng)開展了信息化能耗監(jiān)管工作，但是很多地方因?yàn)閿?shù)據(jù)采集自動(dòng)化程度較低，管理信息化程度較低，在數(shù)據(jù)上報(bào)的過程中，存在諸多瞞報(bào)問題，直接增加了能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的難度。為了實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確化的能耗數(shù)據(jù)信息采集，對能源消耗情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)化管控，本文將針對大型公共建筑能耗監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)分析。

1 國內(nèi)外大型公共建筑能耗監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展

放眼國外來看，國外的智能樓宇技術(shù)已經(jīng)較為成熟，能耗數(shù)據(jù)信息監(jiān)測的智能化、自動(dòng)化水平也相對較高。針對發(fā)達(dá)國家來說，尤其是針對大型公共建筑的能耗監(jiān)控是相當(dāng)注重的，智能化能耗監(jiān)測設(shè)備也不斷完善，工程系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。針對我國來說，智能樓宇技術(shù)雖然有所運(yùn)用，但是缺乏系統(tǒng)化的智能樓宇集成系統(tǒng)，相關(guān)觀念、理念并未形成，與國外仍然存在較大差距。我國很多智能樓宇系統(tǒng)在運(yùn)行的過程中，缺乏相關(guān)系統(tǒng)整體運(yùn)行機(jī)制，會(huì)造成事半功倍問題，導(dǎo)致投資浪費(fèi)，智能樓宇監(jiān)測系的實(shí)時(shí)性、可靠性、穩(wěn)定性都很難達(dá)到世界標(biāo)準(zhǔn)水平。國外當(dāng)前很多信息化技術(shù)企業(yè)都已經(jīng)針對大型公共建筑能耗監(jiān)控系統(tǒng)，研發(fā)出了與其相匹配的系統(tǒng)性產(chǎn)品，美國霍尼韋爾、美國江森自控、德國西門子等公司，都進(jìn)行了能耗監(jiān)測系統(tǒng)產(chǎn)品研發(fā)，促使國家大型公共建筑能耗監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行更加穩(wěn)定。我國智能樓宇發(fā)展雖然存在不完善之處，但是在國家和企業(yè)的共同努力推動(dòng)之下，正在發(fā)展。我國上海元上能耗計(jì)量管理系統(tǒng)、研華地BEMS樓宇能源管理系統(tǒng)，都展現(xiàn)出了自身價(jià)值，在我國大型公共建筑能耗監(jiān)控工作當(dāng)中運(yùn)用廣泛。

2 大型公共建筑能耗監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)采集

2.1能耗監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)采集Energy Consumption Monitoring Data Collection

大型公共建筑能耗數(shù)內(nèi)部數(shù)據(jù)系統(tǒng)繁雜，并且耗能的單位較多，為了做好大型公共建筑能耗監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)架，要對大型公共建筑能耗監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)信息內(nèi)容進(jìn)行把控。結(jié)合我國頒布的《國家機(jī)關(guān)辦公建筑和大型公共建筑的具體內(nèi)容》當(dāng)中的要求來看，大型公共建筑能耗數(shù)據(jù)信息監(jiān)控內(nèi)容如圖1所示。

圖1 能耗監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)采集內(nèi)容

2.2能耗監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)處理Energy Consumption Monitoring Data Processing

在開展大型公共建筑能耗監(jiān)測的過程中，可以借助一般性檢驗(yàn)計(jì)量裝置對能耗數(shù)據(jù)信息進(jìn)行檢測，在明確能耗計(jì)量裝置峰值和谷值的基礎(chǔ)上，對各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控。針對電能表當(dāng)中的功率情況進(jìn)行驗(yàn)證。為了保障數(shù)據(jù)信息采集的有效性，可以連續(xù)兩次進(jìn)行數(shù)據(jù)信息采集，對兩次數(shù)據(jù)信息采集誤差進(jìn)行把控，確保功率低于支路能耗設(shè)備功率的2倍。在確保數(shù)據(jù)信息采集準(zhǔn)確性的基礎(chǔ)上，還需要開展分項(xiàng)能耗數(shù)據(jù)計(jì)算，借助計(jì)量裝置開展檢測，結(jié)合各項(xiàng)能耗指標(biāo)的計(jì)算方法，保障計(jì)量檢測水平。

3 大型公共建筑能耗監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)建框架

3.1系統(tǒng)框架System Framework

本文當(dāng)中所研究的大型公共建筑能耗監(jiān)控系統(tǒng)，緊密依照《國家機(jī)關(guān)辦公建筑和大型公共建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)——軟件開發(fā)指導(dǎo)說明書》當(dāng)中的要求開展設(shè)計(jì)的，切實(shí)滿足了我國規(guī)定的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。大型公共建筑能耗監(jiān)控系統(tǒng)框架搭建模式如圖2所示，其主要目的便是獲取采集器前端數(shù)據(jù)信息。針對信息資源與數(shù)據(jù)層來說，便是在大型公共建筑當(dāng)中，實(shí)現(xiàn)一手能源消耗的數(shù)據(jù)信息獲取、傳輸，將采集到的能耗數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分類。針對應(yīng)用層來說，涵蓋了數(shù)據(jù)及信息管理、分析展示、信息服務(wù)、后臺(tái)管理等四個(gè)層次內(nèi)容，不同層次當(dāng)中涵蓋了諸多字內(nèi)容。應(yīng)用層在大型公共建筑能耗監(jiān)控工作當(dāng)中的功能，便是用于能耗數(shù)據(jù)信息處理、展示、數(shù)據(jù)信息監(jiān)測。在應(yīng)用層當(dāng)中，可以將每個(gè)功能當(dāng)成獨(dú)立的系統(tǒng)模塊，在設(shè)計(jì)應(yīng)用層模塊時(shí)，應(yīng)該保障每個(gè)處理模塊相對獨(dú)立，減少各個(gè)模塊之間的相互干擾，為后續(xù)能耗數(shù)據(jù)信息處理做鋪墊。針對表現(xiàn)層來說，便是對社會(huì)當(dāng)中不同角色可以結(jié)合自身的實(shí)際需求，對大型公共建筑能耗數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析。

圖2 大型公共建筑能耗監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)建框架圖

3.2軟件構(gòu)架software architecture

大型公共建筑能耗監(jiān)控工作一般是借助軟件APP進(jìn)行操控管理的，在本文當(dāng)中所提及到的大型公共建筑能耗監(jiān)控系統(tǒng)軟件當(dāng)中，涵蓋了監(jiān)控終端、數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、防火墻、通信網(wǎng)絡(luò)、集中器、樓宇數(shù)據(jù)信息采集終端。智能樓宇系統(tǒng)所采集到的能耗數(shù)據(jù)信息，會(huì)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)集中器當(dāng)中，將建筑物當(dāng)中電能表、水表、冷量表、氣表等能耗數(shù)據(jù)信息、運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行集中處理。集中器會(huì)將數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換成TCP/IP協(xié)議數(shù)據(jù)包等，通信網(wǎng)絡(luò)在防火墻的作用之下，促使數(shù)據(jù)信息處理模塊運(yùn)行，將有關(guān)的能耗數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫當(dāng)中。數(shù)據(jù)信息采集系統(tǒng)對集中器當(dāng)中的樓宇終端通信協(xié)議進(jìn)行管理，定時(shí)對數(shù)據(jù)通信存在的錯(cuò)誤進(jìn)行查錯(cuò)。針對數(shù)據(jù)丟失、工作異常等諸多內(nèi)容進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)處理，有效獲取數(shù)據(jù)庫當(dāng)中的相關(guān)數(shù)據(jù)信息，結(jié)合系統(tǒng)設(shè)置的能耗監(jiān)測指標(biāo)，動(dòng)態(tài)化對建筑物當(dāng)中的能耗情況進(jìn)行監(jiān)控、測評、分析、存儲(chǔ)、展示。監(jiān)控終端一般會(huì)從數(shù)據(jù)庫當(dāng)中獲取相關(guān)數(shù)據(jù)并且得出評估結(jié)果，對其進(jìn)行綜合分析把控。監(jiān)控終端會(huì)結(jié)合數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、通信網(wǎng)絡(luò)、防火墻、集中器等，對控制指令進(jìn)行分析，以便于對樓宇的采集終端數(shù)據(jù)信息狀態(tài)把控。

4 大型公共建筑能耗監(jiān)控系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

4.1多種能耗采集終端接入技術(shù)Multiple Energy Consumption Acquisition Terminal Access Technologies

在大型公共建筑能耗監(jiān)控系統(tǒng)當(dāng)中，關(guān)鍵的技術(shù)之一便是多種能耗采集終端接入技術(shù)，以便于對公共建筑當(dāng)中的多種能耗進(jìn)行整合采集。不同品牌能耗監(jiān)控系統(tǒng)當(dāng)中的多種能耗采集終端接入技術(shù)存在不同差異，如何借助一個(gè)集中器進(jìn)行多種能耗采集連接至關(guān)重要。因?yàn)椴煌芎谋O(jiān)控系統(tǒng)存在私有協(xié)議，所以在選擇大型公共建筑能耗監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)該對不同品牌的系統(tǒng)進(jìn)行分析，明確各個(gè)品牌的私有協(xié)議、能耗采集連接方式，保障不同品牌開發(fā)的能耗監(jiān)控系統(tǒng)滿足大型公共建筑的實(shí)際使用需求，確保軟件系統(tǒng)可以順利接入到不同能耗采集終端當(dāng)中。

4.2系統(tǒng)軟件開發(fā)技術(shù)System Software Development Technology

在實(shí)際開展大型公共建筑能耗監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)用時(shí)，需要結(jié)合系統(tǒng)的整體框架和模塊分層特點(diǎn)，引入本軟件平臺(tái)的開發(fā)技術(shù)。借助Java、JavaScrip等編程語言進(jìn)行程序編碼設(shè)計(jì)，將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)庫與云存儲(chǔ)技術(shù)相銜接，確保能耗數(shù)據(jù)信息存儲(chǔ)的安全性與巨型容量。在進(jìn)行數(shù)據(jù)信息傳輸通訊時(shí)，應(yīng)該選擇穩(wěn)定的RS485數(shù)據(jù)通信標(biāo)準(zhǔn)，保障存儲(chǔ)數(shù)據(jù)信息高質(zhì)量運(yùn)行。

5 能耗監(jiān)控系統(tǒng)介紹

Acrel-5000能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)是用戶端能源管理分析系統(tǒng)，在電能管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了對水、氣、煤、油、熱(冷)量等集中采集與分析，通過對用戶端所有能耗進(jìn)行細(xì)分和統(tǒng)計(jì)，以直觀的數(shù)據(jù)和圖表向管理人員或決策層展示各類能源的使用消耗情況，便于找出高耗能點(diǎn)或不合理的耗能習(xí)慣，有效節(jié)約能源，為用戶進(jìn)一步節(jié)能改造或設(shè)備升級(jí)提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐。用戶可按照國家有關(guān)規(guī)定實(shí)施能源審計(jì)，分析現(xiàn)狀，查找問題，挖掘節(jié)能潛力，提出切實(shí)可行的節(jié)能措施，并向縣級(jí)以上人民政府管理節(jié)能工作的部門報(bào)送能源審計(jì)報(bào)告。

5.1平臺(tái)結(jié)構(gòu)Platform Structure

Acrel-5000能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)以計(jì)算機(jī)、通訊設(shè)備、測控單元為基本工具，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況采用現(xiàn)場總線、光纖環(huán)網(wǎng)或無線通訊中的一種或多種結(jié)合的組網(wǎng)方式，為大型公共建筑的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集及遠(yuǎn)程管理與控制提供了基礎(chǔ)平臺(tái)，它可以和檢測設(shè)備構(gòu)成任意復(fù)雜的監(jiān)控系統(tǒng)。開放性、網(wǎng)絡(luò)化、單元化、組態(tài)化的采用面向?qū)ο蟮姆謱印⒎旨?jí)、分布式智能一體化結(jié)構(gòu)。建立如下層次結(jié)構(gòu)：

5.2平臺(tái)功能Platform Functions

（1）系統(tǒng)可按使用年份統(tǒng)計(jì)建筑物各分類能耗——電、水、氣、集中供熱、集中供冷以及其它能源消耗量，自動(dòng)折算成相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)煤消耗量，從而反映建筑物當(dāng)年各分類能耗用能和綜合能耗。系統(tǒng)以餅圖形式展示建筑4大用電分項(xiàng)能耗的占比情況。系統(tǒng)以曲線圖形展現(xiàn)各類能耗的消耗的消耗趨勢，便于業(yè)主方實(shí)時(shí)直觀掌握能源消耗情況。

（2）系統(tǒng)可以根據(jù)分類能耗的支路名稱查詢用能情況，顯示當(dāng)日和當(dāng)月的用能峰值。顯示當(dāng)日用能、當(dāng)月用能、當(dāng)年用能與昨日同期用能、上月同期用能、上年同期用能的比較情況。以條形顯示過去48小時(shí)、31天、12個(gè)月、3年的能耗情況。右上角顯示過去15分鐘曲線（電表顯示功率曲線，流量表顯示流速曲線）。

（3）系統(tǒng)依據(jù)建筑物能源消耗的分布情況進(jìn)行能耗計(jì)量點(diǎn)的選取和設(shè)置，使得能耗監(jiān)測系統(tǒng)可以覆蓋整個(gè)建筑物。系統(tǒng)使用者可通過相關(guān)界面調(diào)取該建筑物各能耗節(jié)點(diǎn)的能耗統(tǒng)計(jì)報(bào)表，減少用能的“跑、冒、滴、漏”和計(jì)量誤差。

（4）系統(tǒng)依據(jù)住建部分類分項(xiàng)能耗數(shù)據(jù)采集導(dǎo)則，將建筑物耗電分為照明插座、空調(diào)、動(dòng)力和特殊用電進(jìn)行計(jì)量裝置選型和設(shè)置，并按用能區(qū)域或功能區(qū)域等劃分并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，以報(bào)表和同比、環(huán)比棒圖形式展現(xiàn)該區(qū)域的能源消耗。

（5）系統(tǒng)可針對能源消耗量大的設(shè)備或區(qū)域進(jìn)行準(zhǔn)確定位，便于管理層制定節(jié)能績效考核制度，推動(dòng)節(jié)能降耗的有效執(zhí)行。為用能設(shè)備建立運(yùn)行記錄檔案，長期跟蹤記錄設(shè)備運(yùn)行過程中的能效分析評估結(jié)果，結(jié)合設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)記錄，為設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)提供依據(jù)。

（6）系統(tǒng)提供分級(jí)權(quán)限管理功能，對具備權(quán)限用戶提供開放的信息維護(hù)接口，用戶可自行對建筑和系統(tǒng)監(jiān)測范圍內(nèi)計(jì)量點(diǎn)的信息進(jìn)行增、刪、改和查詢，建筑物信息包括建筑類型、建設(shè)年代、建筑面積、建筑物人員數(shù)量等。系統(tǒng)還對無法自動(dòng)采集的計(jì)量信息提供手動(dòng)錄入功能，便于使用者掌握建筑物總體能耗情況。

5.3數(shù)據(jù)上傳Data Upload

安科瑞能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)按照用能單位能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范定義的系統(tǒng)平臺(tái)接口協(xié)議規(guī)范的要求，將用能企業(yè)的基礎(chǔ)信息、計(jì)量器具信息、用能數(shù)據(jù)及能效數(shù)據(jù)上傳至省級(jí)或國家平臺(tái)，上傳數(shù)據(jù)經(jīng)過HTTPS協(xié)議加密傳輸。如果數(shù)據(jù)傳輸失敗或超時(shí)（網(wǎng)絡(luò)故障），將重發(fā)數(shù)據(jù)，直至接收成功反饋消息。

5.4能源計(jì)量表具選型Selection of Energy Mmeters

6 結(jié)束語

總而言之，大型公共建筑能耗監(jiān)控系統(tǒng)自身具備一定優(yōu)勢，在運(yùn)行的過程中可以滿足當(dāng)前社會(huì)綠色節(jié)能發(fā)展需求。為此，應(yīng)該結(jié)合我國當(dāng)前建筑事業(yè)發(fā)展需求，對大型公共建筑能耗監(jiān)控系統(tǒng)以及相關(guān)設(shè)備進(jìn)行創(chuàng)新，完善能耗監(jiān)控系統(tǒng)相關(guān)配套設(shè)施，動(dòng)態(tài)化及時(shí)對大型公共建筑的能耗進(jìn)行分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)造成能耗過多造成的問題，并有針對性的進(jìn)行改進(jìn)，真正踐行我國及世界節(jié)能減耗發(fā)展需求。
編輯：YYX