能耗監(jiān)控系統(tǒng)在大型公共建筑的發(fā)展與應用

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)當中安裝設備的特定分類、分項能耗裝置進行詳細分析，借助GPRS/Wi-Fi等無線傳輸技術手段，將大型公共建筑能耗檢測到的數(shù)據信息進行動態(tài)化分析，切實為我國節(jié)能減耗事業(yè)做出貢獻，對大型公共建筑的能耗消耗情況進行監(jiān)控，若發(fā)現(xiàn)了能耗過大的問題進行優(yōu)化與管控。

關鍵詞：監(jiān)控系統(tǒng)；能耗裝置；控制系統(tǒng)

背景

我國建設部提出，經過大數(shù)據統(tǒng)計分析，2020年底，全國建筑總面積已經超過400億平方米，建筑能耗將達到10.9億噸標準煤，建筑在建造和使用過程中直接消耗的能源已占全社會總能耗的百分之三十左右。我國當前大型公共建筑能耗在計量、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造成大量的能耗浪費，大型公共建筑能耗監(jiān)測與節(jié)能管理已經成為我國節(jié)能減耗工作的要點。雖然我國當前已經開展了信息化能耗監(jiān)管工作，但是很多地方因為數(shù)據采集自動化程度較低，管理信息化程度較低，在數(shù)據上報的過程中，存在諸多瞞報問題，直接增加了能耗數(shù)據統(tǒng)計的難度。為了實現(xiàn)準確化的能耗數(shù)據信息采集，對能源消耗情況進行動態(tài)化管控，本文將針對大型公共建筑能耗監(jiān)控系統(tǒng)進行詳細分析。

1 國內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已經較為成熟，能耗數(shù)據信息監(jiān)測的智能化、自動化水平也相對較高。針對發(fā)達國家來說，尤其是針對大型公共建筑的能耗監(jiān)控是相當注重的，智能化能耗監(jiān)測設備也不斷完善，工程系統(tǒng)運行穩(wěn)定。針對我國來說，智能樓宇技術雖然有所運用，但是缺乏系統(tǒng)化的智能樓宇集成系統(tǒng)，相關觀念、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)在運行的過程中，缺乏相關系統(tǒng)整體運行機制，會造成事半功倍問題，導致投資浪費，智能樓宇監(jiān)測系的實時性、可靠性、穩(wěn)定性都很難達到世界標準水平。國外當前很多信息化技術企業(yè)都已經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)性產品，美國霍尼韋爾、美國江森自控、德國西門子等公司，都進行了能耗監(jiān)測系統(tǒng)產品研發(fā)，促使國家大型公共建筑能耗監(jiān)控系統(tǒng)運行更加穩(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)的共同努力推動之下，正在發(fā)展。我國上海元上能耗計量管理系統(tǒng)、研華地BEMS樓宇能源管理系統(tǒng)，都展現(xiàn)出了自身價值，在我國大型公共建筑能耗監(jiān)控工作當中運用廣泛。

2 大型公共建筑能耗監(jiān)控數(shù)據采集

2.1能耗監(jiān)控數(shù)據采集Energy Consumption Monitoring Data Collection

大型公共建筑能耗數(shù)內部數(shù)據系統(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)構架，要對大型公共建筑能耗監(jiān)控數(shù)據信息內容進行把控。結合我國頒布的《國家機關辦公建筑和大型公共建筑的具體內容》當中的要求來看，大型公共建筑能耗數(shù)據信息監(jiān)控內容如圖1所示。

圖1 能耗監(jiān)控數(shù)據采集內容

2.2能耗監(jiān)控數(shù)據處理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計量裝置對能耗數(shù)據信息進行檢測，在明確能耗計量裝置峰值和谷值的基礎上，對各項數(shù)據進行監(jiān)控。針對電能表當中的功率情況進行驗證。為了保障數(shù)據信息采集的有效性，可以連續(xù)兩次進行數(shù)據信息采集，對兩次數(shù)據信息采集誤差進行把控，確保功率低于支路能耗設備功率的2倍。在確保數(shù)據信息采集準確性的基礎上，還需要開展分項能耗數(shù)據計算，借助計量裝置開展檢測，結合各項能耗指標的計算方法，保障計量檢測水平。

3 大型公共建筑能耗監(jiān)控系統(tǒng)構建框架

3.1系統(tǒng)框架System Framework

本文當中所研究的大型公共建筑能耗監(jiān)控系統(tǒng)，緊密依照《國家機關辦公建筑和大型公共建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)——軟件開發(fā)指導說明書》當中的要求開展設計的，切實滿足了我國規(guī)定的設計標準。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)據信息。針對信息資源與數(shù)據層來說，便是在大型公共建筑當中，實現(xiàn)一手能源消耗的數(shù)據信息獲取、傳輸，將采集到的能耗數(shù)據信息進行分類。針對應用層來說，涵蓋了數(shù)據及信息管理、分析展示、信息服務、后臺管理等四個層次內容，不同層次當中涵蓋了諸多字內容。應用層在大型公共建筑能耗監(jiān)控工作當中的功能，便是用于能耗數(shù)據信息處理、展示、數(shù)據信息監(jiān)測。在應用層當中，可以將每個功能當成獨立的系統(tǒng)模塊，在設計應用層模塊時，應該保障每個處理模塊相對獨立，減少各個模塊之間的相互干擾，為后續(xù)能耗數(shù)據信息處理做鋪墊。針對表現(xiàn)層來說，便是對社會當中不同角色可以結合自身的實際需求，對大型公共建筑能耗數(shù)據信息進行分析。

圖2 大型公共建筑能耗監(jiān)控系統(tǒng)構建框架圖

3.2軟件構架software architecture

大型公共建筑能耗監(jiān)控工作一般是借助軟件APP進行操控管理的，在本文當中所提及到的大型公共建筑能耗監(jiān)控系統(tǒng)軟件當中，涵蓋了監(jiān)控終端、數(shù)據庫、數(shù)據管理系統(tǒng)、數(shù)據采集系統(tǒng)、防火墻、通信網絡、集中器、樓宇數(shù)據信息采集終端。智能樓宇系統(tǒng)所采集到的能耗數(shù)據信息，會傳輸?shù)綌?shù)據集中器當中，將建筑物當中電能表、水表、冷量表、氣表等能耗數(shù)據信息、運行狀態(tài)進行集中處理。集中器會將數(shù)據信息轉換成TCP/IP協(xié)議數(shù)據包等，通信網絡在防火墻的作用之下，促使數(shù)據信息處理模塊運行，將有關的能耗數(shù)據信息傳輸?shù)綌?shù)據庫當中。數(shù)據信息采集系統(tǒng)對集中器當中的樓宇終端通信協(xié)議進行管理，定時對數(shù)據通信存在的錯誤進行查錯。針對數(shù)據丟失、工作異常等諸多內容進行相關數(shù)據處理，有效獲取數(shù)據庫當中的相關數(shù)據信息，結合系統(tǒng)設置的能耗監(jiān)測指標，動態(tài)化對建筑物當中的能耗情況進行監(jiān)控、測評、分析、存儲、展示。監(jiān)控終端一般會從數(shù)據庫當中獲取相關數(shù)據并且得出評估結果，對其進行綜合分析把控。監(jiān)控終端會結合數(shù)據庫、數(shù)據采集系統(tǒng)、通信網絡、防火墻、集中器等，對控制指令進行分析，以便于對樓宇的采集終端數(shù)據信息狀態(tài)把控。

4 大型公共建筑能耗監(jiān)控系統(tǒng)關鍵技術

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

在大型公共建筑能耗監(jiān)控系統(tǒng)當中，關鍵的技術之一便是多種能耗采集終端接入技術，以便于對公共建筑當中的多種能耗進行整合采集。不同品牌能耗監(jiān)控系統(tǒng)當中的多種能耗采集終端接入技術存在不同差異，如何借助一個集中器進行多種能耗采集連接至關重要。因為不同能耗監(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，應該對不同品牌的系統(tǒng)進行分析，明確各個品牌的私有協(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中。

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

在實際開展大型公共建筑能耗監(jiān)控系統(tǒng)運用時，需要結合系統(tǒng)的整體框架和模塊分層特點，引入本軟件平臺的開發(fā)技術。借助Java、JavaScrip等編程語言進行程序編碼設計，將數(shù)據存儲庫與云存儲技術相銜接，確保能耗數(shù)據信息存儲的安全性與巨型容量。在進行數(shù)據信息傳輸通訊時，應該選擇穩(wěn)定的RS485數(shù)據通信標準，保障存儲數(shù)據信息高質量運行。

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行細分和統(tǒng)計，以直觀的數(shù)據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，便于找出高耗能點或不合理的耗能習慣，有效節(jié)約能源，為用戶進一步節(jié)能改造或設備升級提供準確的數(shù)據支撐。用戶可按照國家有關規(guī)定實施能源審計，分析現(xiàn)狀，查找問題，挖掘節(jié)能潛力，提出切實可行的節(jié)能措施，并向縣級以上人民政府管理節(jié)能工作的部門報送能源審計報告。

5.1平臺結構Platform Structure

Acrel-5000能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)以計算機、通訊設備、測控單元為基本工具，根據現(xiàn)場實際情況采用現(xiàn)場總線、光纖環(huán)網或無線通訊中的一種或多種結合的組網方式，為大型公共建筑的實時數(shù)據采集及遠程管理與控制提供了基礎平臺，它可以和檢測設備構成任意復雜的監(jiān)控系統(tǒng)。開放性、網絡化、單元化、組態(tài)化的采用面向對象的分層、分級、分布式智能一體化結構。建立如下層次結構：

5.2平臺功能Platform Functions

（1）系統(tǒng)可按使用年份統(tǒng)計建筑物各分類能耗——電、水、氣、集中供熱、集中供冷以及其它能源消耗量，自動折算成相應的標準煤消耗量，從而反映建筑物當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)主方實時直觀掌握能源消耗情況。

（2）系統(tǒng)可以根據分類能耗的支路名稱查詢用能情況，顯示當日和當月的用能峰值。顯示當日用能、當月用能、當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、31天、12個月、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)依據建筑物能源消耗的分布情況進行能耗計量點的選取和設置，使得能耗監(jiān)測系統(tǒng)可以覆蓋整個建筑物。系統(tǒng)使用者可通過相關界面調取該建筑物各能耗節(jié)點的能耗統(tǒng)計報表，減少用能的“跑、冒、滴、漏”和計量誤差。

（4）系統(tǒng)依據住建部分類分項能耗數(shù)據采集導則，將建筑物耗電分為照明插座、空調、動力和特殊用電進行計量裝置選型和設置，并按用能區(qū)域或功能區(qū)域等劃分并進行統(tǒng)計，以報表和同比、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備或區(qū)域進行準確定位，便于管理層制定節(jié)能績效考核制度，推動節(jié)能降耗的有效執(zhí)行。為用能設備建立運行記錄檔案，長期跟蹤記錄設備運行過程中的能效分析評估結果，結合設備維護保養(yǎng)記錄，為設備的運行維護提供依據。

（6）系統(tǒng)提供分級權限管理功能，對具備權限用戶提供開放的信息維護接口，用戶可自行對建筑和系統(tǒng)監(jiān)測范圍內計量點的信息進行增、刪、改和查詢，建筑物信息包括建筑類型、建設年代、建筑面積、建筑物人員數(shù)量等。系統(tǒng)還對無法自動采集的計量信息提供手動錄入功能，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)技術規(guī)范定義的系統(tǒng)平臺接口協(xié)議規(guī)范的要求，將用能企業(yè)的基礎信息、計量器具信息、用能數(shù)據及能效數(shù)據上傳至省級或國家平臺，上傳數(shù)據經過HTTPS協(xié)議加密傳輸。如果數(shù)據傳輸失敗或超時（網絡故障），將重發(fā)數(shù)據，直至接收成功反饋消息。

5.4能源計量表具選型Selection of Energy Mmeters

6 結束語

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，在運行的過程中可以滿足當前社會綠色節(jié)能發(fā)展需求。為此，應該結合我國當前建筑事業(yè)發(fā)展需求，對大型公共建筑能耗監(jiān)控系統(tǒng)以及相關設備進行創(chuàng)新，完善能耗監(jiān)控系統(tǒng)相關配套設施，動態(tài)化及時對大型公共建筑的能耗進行分析，及時發(fā)現(xiàn)造成能耗過多造成的問題，并有針對性的進行改進，真正踐行我國及世界節(jié)能減耗發(fā)展需求。
編輯：YYX