建筑能耗監測與智能控制系統設計

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要:通過(guò)云平臺服務(wù)功能,對建筑物內傳感器數據采集、各類(lèi)數值量進(jìn)行互聯(lián)網(wǎng)上傳,在云平臺進(jìn)行大數據分析對比,構建建筑能耗監測、智能控制和管理服務(wù)系統,實(shí)現對各類(lèi)建筑能耗情況的統計、分析、診斷和預警等,實(shí)現對用電設備進(jìn)行有效的智能控制與管理,降低用能客戶(hù)能源成本,便于電網(wǎng)企業(yè)實(shí)施區域性建筑樓群的需求側管理,滿(mǎn)足政府對建筑領(lǐng)域技術(shù)節能和管理節能的整體要求。

關(guān)鍵詞:能耗監測；智能控制；能效服務(wù)；智能照明；智能化

0引言

隨著(zhù)節能減排政策推進(jìn),建筑能耗問(wèn)題越來(lái)越受到人們關(guān)注。為了方便人們了解建筑實(shí)時(shí)能耗和改變用戶(hù)的用電習慣,降低用能客戶(hù)能源成本,同時(shí)便于電網(wǎng)企業(yè)實(shí)施區域性建筑樓群的需求側管理,滿(mǎn)足對建筑領(lǐng)域技術(shù)節能和管理節能的整體要求,本文主要介紹建筑的能耗監測與智能控制系統。

1系統基本結構

系統基本結構圖如圖1所示。

傳感器—輸入操作指令,發(fā)送到管理主機或執行器。執行器—輸出動(dòng)作指令,執行樓宇設備的通斷及調節。

管理主機—信息處理中心,接收指令和傳達指令到執行器,執行器動(dòng)作。通信模塊—傳遞信息指令,信息聯(lián)接指令傳輸通信。動(dòng)作元件—接收信息指令,執行相關(guān)動(dòng)作的配套元件。云平臺—分析處理采集的各方面數據,并發(fā)出告警及管理指令。

圖1系統基本結構圖

2技術(shù)方法

建筑能耗檢測與智能控制的能效服務(wù),通過(guò)采集器和智能管理主機進(jìn)行數據采集與智能控制。智能管理主機一方面通過(guò)Rs485總線(xiàn)與底層各種設備連接通訊,另一方面通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)與頂層設備的建筑能效監測與控制管理中心連接通訊,有關(guān)電表、水表、煤氣表、熱能表則通過(guò)Rs485總線(xiàn)與能耗采集器連接,并將實(shí)時(shí)數據緩存至能耗采集器,能耗采集器通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)與頂層(設備)的監測與控制管理中心連接通訊,對建筑實(shí)現主動(dòng)控制或智能控制的方式,實(shí)現對建筑的節能服務(wù)管理。

底層各種設備包括:帶有Rs485總線(xiàn)接口的電表、水表、煤氣表、熱能表、能耗監測控制插座、能耗監測控制開(kāi)關(guān)執行器、智能照明控制面板、數據采集器、紅外轉發(fā)器等。

頂層設備包括:服務(wù)器、電腦以及管理系統軟件等,頂層設備對對底層各種設備、四表進(jìn)行數據收集、監測和數據分析,同時(shí)做出相應的判斷、操作,必要時(shí)對底層各種設備進(jìn)行控制、設置或編程。

該系統可以通過(guò)服務(wù)器向手機AP端推送各種信息,同時(shí)也接收手機AP端的操作指令,就是通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行遠程監控與控制,實(shí)現與上級平臺的通訊,實(shí)現更大范圍用能終端的監測與管理,形成電能服務(wù)管理平臺與建筑能效服務(wù)云平臺的融合對接,以實(shí)現對所有用戶(hù)進(jìn)行數據監測、分析、預警,并實(shí)施主動(dòng)控制或智能控制的方式,實(shí)現建筑能效的動(dòng)態(tài)優(yōu)化控制策略,進(jìn)而提供用戶(hù)運行經(jīng)濟指導方案。

3系統組成架構

建筑能耗監測與智能控制系統的基本構成,是由各元件通過(guò)總線(xiàn)連接成一條支線(xiàn),幾條支線(xiàn)組成一個(gè)區域,幾個(gè)區域構成一個(gè)大的系統。一條支線(xiàn)可以連接64個(gè)總線(xiàn)元件,每個(gè)區域可以容納15條支線(xiàn),每個(gè)系統可以有15個(gè)區域。系統組成構架如圖2所示。

圖2系統組成架構

在系統比較小、一條支線(xiàn)足以容納的情況下,可以不必配置線(xiàn)路耦合器,如圖3所示。在同一條支線(xiàn)內,電源模塊與MG元件的距離為350m,兩個(gè)元件距離為700m,整條支線(xiàn)的長(cháng)度不超過(guò)1000m。支線(xiàn)與支線(xiàn)之間的相連稱(chēng)為主干線(xiàn),同樣需要一個(gè)電源進(jìn)行供電,對總線(xiàn)元件數量和距離的要求與支線(xiàn)相同。

圖3不配置線(xiàn)路耦合器系統組成構架圖

系統也可以通過(guò)智能管理主機直接與以太網(wǎng)相連,如圖4所示。在這種情況下,智能管理主機可以替代線(xiàn)路耦合器或者中轉器的作用。這種方式可以解決超遠距離傳輸的問(wèn)題,同時(shí)可以提高系統主干線(xiàn)的傳輸速率。

圖4配置智能主機系統組成架構圖

4物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應用

4.1物聯(lián)網(wǎng)數據采集技術(shù)

針對物聯(lián)網(wǎng)感知及信息處理向智能化、網(wǎng)絡(luò )化方向發(fā)展,本研究方向從多功能傳感芯片與元器件、嵌入式傳感系統、感知信息融合處理等3個(gè)層次開(kāi)展研究工作[2-3]。

(1)多功能傳感芯片與元器件

物聯(lián)網(wǎng)系統在很多情況下都需要在一個(gè)復雜環(huán)境下感知多個(gè)多類(lèi)物理信息,本方向研究多傳感在芯片級、元器件級的集成創(chuàng )新。

(2)嵌入式傳感系統

傳感器網(wǎng)絡(luò )綜合了傳感器技術(shù)、嵌入式計算技術(shù)、現代網(wǎng)絡(luò )及無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)等,能夠通過(guò)各類(lèi)集成化的微型傳感器協(xié)作實(shí)時(shí)監測、感知和采集各種環(huán)境或監測對象的信息,是物聯(lián)網(wǎng)感知的重要手段。

(3)感知信息融合處理

物聯(lián)網(wǎng)系統中多類(lèi)多個(gè)傳感器感知信息的融合處理,直接關(guān)系到信息采集的有效性、準確性與可靠性。通過(guò)有效信息的提取、網(wǎng)絡(luò )自適應感知和自適應編碼等手段,提高多媒體信號在網(wǎng)絡(luò )傳輸過(guò)程中的服務(wù)質(zhì)量。

4.2總體技術(shù)框架

4.2.1平臺功能框架

建筑能耗監測與智能控制,主要是針對建筑物的水、電、煤、氣的消耗使用情況進(jìn)行監測,并以此為基礎進(jìn)行各個(gè)耗能設備的智能控制。本平臺的基礎數據為建筑、設備管理、物聯(lián)網(wǎng)數據采集中間部件、數據接口、權限體系,并在此基礎上搭建能源管理系統,通過(guò)對配電房、燃氣轉壓、供水泵房、換熱站進(jìn)行各項耗能情況的檢測,通過(guò)空調管理、路燈管理、工程管理優(yōu)化耗能結構,實(shí)現實(shí)時(shí)能耗、分項能耗、設備狀態(tài)、實(shí)時(shí)預警,以此實(shí)現能源公示,并取得建筑節能方案的優(yōu)化。平臺功能框架圖5所示。

圖5平臺功能框架圖

4.2.2平臺技術(shù)架構

平臺通過(guò)工業(yè)組態(tài)數據采集接口、安防數據接口等各種接口，向各個(gè)數據單元傳輸數據,通過(guò)建模分析各個(gè)數據,生成實(shí)時(shí)數據、歷史數據、預警數據,并與各終端應用相結合,實(shí)現建筑的能耗檢測與智能控制。平臺技術(shù)架構如圖6所示。

圖6平臺技術(shù)架構

4.3建筑能耗監測

4.3.1能耗分類(lèi)分項

(1)建筑基本信息采集與統計,含建筑物基本信息調查,建筑近年能耗水耗賬單采集與統計;

(2)建筑分類(lèi)能耗,包括電量、水量、燃氣、集中供熱量、集中供冷量、煤、液化石油氣、人工煤氣、汽油、煤油、柴油、可再生能源、其他能源應用量;

(3)建筑分類(lèi)水耗,包括市政自來(lái)水耗量、非傳統水源利用量;

(4)室內耗能設備或系統基本信息采集與統計;

(5)運行管理節能及行為節能調查(含建筑用能管理制度)、建筑內人員行為節能調查。

4.3.2能耗診斷

設計一套實(shí)用的能耗分析初步方案,包括能耗參考值設置、能源使用量分析、能源使用費用分析、能耗總基準分析、能耗平均基準分析、分項回路分析和能耗分析報告,實(shí)現能耗數據的統計處理和節能分析。

4.3.3能耗公示

(1)建筑基本信息

建筑基本信息,包括建筑名稱(chēng)、建筑面積、建筑層高、建筑層數、建筑功能、建成及使用年份、常駐人數、主要用能方式等。

(2)能耗水耗指標

能耗水耗指標,包括年度總能耗量、年度總水耗量。能耗水耗公示,包括實(shí)際能耗水耗量和標準量。年度分類(lèi)能耗量:年度耗電量、年度燃料(煤、氣、油等)消耗量、年度集中供熱量、年度水耗量等。年度分類(lèi)水耗量:市政自來(lái)水耗量、非傳統水(雨水、中水)耗量。年度單位面積能耗量、年度單位面積水耗量、年度生均能耗量、年度生均水耗量。

4.3.4決策支持系統

系統以實(shí)現建筑節能為目標,以強大的數學(xué)模型為基礎,以?xún)?yōu)化的控制算法為核心,以帶有自學(xué)習功能的能耗趨勢為開(kāi)環(huán)運算依據,以客觀(guān)的能耗分析為評價(jià)指標,以用戶(hù)的多元需求為服務(wù)宗旨,以對原有系統改動(dòng)量為前導,體現優(yōu)異的降耗指標。

系統能夠根據應用需求給出系統統計區域內任意范圍、任意時(shí)間段、任意能耗系統、任意單個(gè)設備的詳細能耗數據;用戶(hù)可根據查詢(xún)需求個(gè)性化選擇匯總方式生成詳細的能耗數據報表,還可將能耗數據報表生成諸如柱型圖、曲線(xiàn)圖、餅圖、點(diǎn)圖、面積圖等統計圖表,從而直觀(guān)地對數據進(jìn)行能耗分析,如圖7-圖8所示。

圖7能量對比拼圖

圖8能耗分析線(xiàn)形圖

5建筑能耗分析系統

5.1概述

Acrel-5000web建筑能耗分析系統是用戶(hù)端能源管理分析系統，在電能管理系統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(guò)對用戶(hù)端所有能耗進(jìn)行細分和統計，以直觀(guān)的數據和圖表向管理人員或決策層展示各類(lèi)能源的使用消耗情況，便于找出高耗能點(diǎn)或不合理的耗能習慣，有效節約能源，為用戶(hù)進(jìn)一步節能改造或設備升級提供準確的數據支撐。用戶(hù)可按照國家有關(guān)規定實(shí)施能源計算，分析現狀，查找問(wèn)題，挖掘節能潛力，提出切實(shí)可行的節能措施，并向縣級以上管理節能工作的部門(mén)報送能源計算報告。

5.2應用場(chǎng)所

適用于公共建筑、集團公司、工業(yè)園區、大型物業(yè)、學(xué)校、醫院、企業(yè)等不同行業(yè)的能耗監測與管理的系統設計、施工和運行維護。

6系統功能

6.1系統概況

平臺運行狀態(tài)，當月能耗折算、地圖導航，各能耗逐時(shí)、逐月曲線(xiàn)，當日，當月能耗同比分析滾動(dòng)顯示。

6.2用能概況

對建筑、部門(mén)、區域、支路、分類(lèi)分項等用能進(jìn)行對比，支持當日逐時(shí)趨勢、當月逐日趨勢曲線(xiàn)、分時(shí)段能耗統計對比、總能耗同環(huán)比對比。

6.3用能統計

  對建筑、區域、分項、支路等結構按日、月、年報表的形式統計對分類(lèi)能源用能進(jìn)行統計，支持報表數據導出EXCEL，支持選擇建筑數據進(jìn)行生成柱狀圖。

6.4復費率統計

復費率報表按日、月、年統計對單棟建筑下不同支路的尖、峰、平、谷用電量及成本費用進(jìn)行統計分析。支持數據導出到EXCEL。

6.5同比分析

對建筑、分項、區域、支路等用能按日、月、年以圖形和報表結合的方式進(jìn)行用能數據同比分析。

6.6能源流向圖

能源流向圖展示單棟建筑規定時(shí)段內各類(lèi)能源從源頭到末端的的能源流向，支持按原始值和折標值查看。

6.7夜間能耗分析

  夜間能耗以表格、曲線(xiàn)、餅圖等形式對選擇支路分類(lèi)能源在規定時(shí)段工作時(shí)間與非工作時(shí)間用能統計對比，支持導出報表。

6.8設備管理

設備管理包括，設備類(lèi)型、設備臺賬、維保記錄等功能。輔助用戶(hù)合理管理設備，確保設備的運行。

6.9用戶(hù)報告

用戶(hù)報告針對選定的建筑自動(dòng)統計各能源的月使用的同環(huán)比趨勢，并提供簡(jiǎn)單的能耗分析結果，針對用電提供單獨的復費率用能分析，報告可編輯。

7系統硬件配置

8結論

建筑能耗檢測與智能控制系統,通過(guò)實(shí)時(shí)監測建筑能耗數據與智能控制相結合,能夠得出建筑能耗的優(yōu)化方案,大大降低傳統建筑的能耗。系統采用統一的485協(xié)議,各個(gè)設備只需符合協(xié)議便可在系統中使用,方便了系統設計者的設計和集成商的集成、布線(xiàn)簡(jiǎn)單清晰,減少了線(xiàn)材的使用,方便后期的維護工作,同時(shí)便于用戶(hù)的統一管理。

參考文獻：

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