淺談物聯網技術在公共建筑的能耗檢測系統(tǒng)中的設計應用

劉細鳳

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

      雖然我國建筑業(yè)取得了突破性進展，但建筑耗能卻日益增加，并且已經發(fā)展成為社會熱點問題。同時隨著數字化技術的進步，使得建筑行業(yè)逐漸沿著智能建筑群的方向發(fā)展，其主要作用是實現對建筑能耗的微觀和宏觀管理，保證建筑的節(jié)能。

1.物聯網的內涵

      所謂的物聯網就是通過信息傳感設備（如激光掃描器全球定系傳感器射頻識別）等將互聯網連接任一物品，并且在遵循相關協(xié)議的情況下進行信息通信和交換，進而將智能化識別管理監(jiān)控和定位實現的一種網絡?；ヂ摼W仍然是物聯網的基礎和核心，可以說物聯網是互聯網的擴展和延伸。物聯網的本質主要從以下幾個方面體現:一是智能化特征,也就是網絡的智能控制自我反饋與自動化處理的特點體現；二是具備互聯網的特征，也就是物與物之間能夠通過互聯網絡互通互聯;三是具有通信和識別的特征，也就是納入物聯網的“物"能夠具備物物通信的功能和自動識別功能。

2.物聯網的結構

      通常情況下，物聯網可以分為三大塊,一是應用層，也就是在對客戶需求充分了解的基礎上，借助感知狀態(tài)和數據將特定有效的服務應用層為用戶提供，二是網絡層，也就是將數據從底層傳感器向互聯網上的網絡層傳輸，網絡層通過衛(wèi)星通信WIFI ,4G和以太網等接入技術接入互聯網,云技術強大的計算能力査詢能力和存儲能力均屬于該層的設計。三是感知層,涉及的主要為數據采集控制設備，具體包括傳感器與設備互聯底層傳感網絡構成的設備感知層，物聯網的底層基礎主要由感知層的傳感網絡射頻識別智能傳感器智能終端組成。

 

      結合公共建筑的特征，對建筑能耗系統(tǒng)進行設計,使其滿足以下需求:一是能夠對公共建筑耗能進行分區(qū)域和分建筑的檢測，促進耗能考核的便捷同時為建筑節(jié)能的改進提供數據支撐。二是在進行節(jié)能系統(tǒng)設計的時候，對后續(xù)的節(jié)能改造技術充分的考慮，確保后期的控制和檢測設備的接入空間充足,同時將充足的軟件接口和硬件接口為后期的節(jié)能控制設計預留，涉及的主要包括電熱水器控制、采暖控制、照明控制和空調系統(tǒng)控制等。三是能夠將建設中的通訊設備充分的利用，實現有線和無線的兼容。四是將計算功能實時進行，進而更好地統(tǒng)計耗能數據。五是長期存儲大量能耗數據。

      在以上要求的基礎上，可以將整個系統(tǒng)分為能耗管理分析平臺、樓層數據中轉和模塊化智能耗能終端。其中智能耗能終端位于下端,并在能耗計量點安裝，其工作任務是將一般數據功能轉化采集能耗數據功能，在網絡連接模塊的作用下，樓層的數據中轉器傳輸數據由數據中轉器實現。通常情況下與各能耗采集終端較近的是數據中轉器，與數據存儲的距離較遠，可采取有線或者是無線連接的方式。

      數據緩存是一般配有的，能夠保障大型耗能數據。傳輸過程中具有可靠性。能耗管理分析平臺位于上層，在功能上主要表現為以下兩個方面:一是能耗數據展示和加工以Web應用為基礎;二是持久性存儲耗能數據,在二次開發(fā)的應用連接各個終端用戶,在將耗能展示和分析功能完成的.同時，為節(jié)能措施的制定提供支撐和參照。

 

      借助物聯網技術進行公共建筑的檢測,除了將建筑能耗的細粒度尺度進行掌握之外，還可以監(jiān)測各種運行參數，進而對數據進行分析和統(tǒng)計處理，實現建筑能耗的逐漸改善。對于公共建筑來說，綜合分析電力抄表子系統(tǒng)電梯控制子系統(tǒng)照明控制子系統(tǒng)及其空調控制子系統(tǒng)是主要的能耗監(jiān)測系統(tǒng),基于物聯網具有支持大規(guī)模網和全Mesh路由功能，因此在公共建筑能耗監(jiān)測和控制過程中，能夠將技術支撐有效的提供。

1.物聯網通信系統(tǒng)在建筑能耗監(jiān)測中的應用

      在對大型公共建筑進行能耗監(jiān)測和控制的時候,節(jié)點多為數據采集點，他的作用優(yōu)勢是將監(jiān)測數據進行周期性采集，具體包括電能表電量及其環(huán)境溫度等。再就是將數據以中斷的方式進行采集,例如將電梯的動作啟停?；谛菝郀顟B(tài)是節(jié)點的主要狀態(tài)，在將電池供電選用數據通過終端節(jié)點采集的情況下，將特定的設備選用，進而實現數據向監(jiān)控設備的轉發(fā)。該轉發(fā)節(jié)點是路由節(jié)點的范疇，通常情況下終端節(jié)點選用的是主供電方式，在此過程中，無需考慮節(jié)點的休眠狀態(tài)，故而也可以將其當做路由節(jié)點,將數據采集布設于監(jiān)控，這樣數據在通就系統(tǒng)采集之后,就能夠在數據采集的作用下進行，同時再由綜合分析子系統(tǒng)軟件進行監(jiān)控，與此同時，數據采集網也能夠將監(jiān)控的控制命令向各個監(jiān)控子系統(tǒng)發(fā)送。

2.建筑能耗監(jiān)控系統(tǒng)功能劃分

      人員位置采集器、溫濕度采集器、空調強控器屬于空調監(jiān)控子系統(tǒng)的重要組成部分，其中該區(qū)域的濕度和溫度主要通過溫濕度采集器進行采集，同時向空調強控器發(fā)送信息，再借助空調強控器比較預設值和實際的溫度與濕度，進而對空調的運行予以控制，該區(qū)域的人員信息通過人員采集器向空調強控器提供,并且以適當的控制模式協(xié)助空調通過照明控制子系統(tǒng)，將人員信息和光照度信息向照明強控器傳遞，以此來實現照明燈具開關的控制。而電梯監(jiān)控子系統(tǒng)在實時感知運行狀態(tài)的情況下將數據進行采集，對電梯的運行實時控制和監(jiān)測，進而不斷的優(yōu)化建筑的能耗。在將無線通訊模塊增加到電能表的情況下，就能實現電子抄表子系統(tǒng)對電能表數據的遠程采集。電力抄表子系統(tǒng)對電能表數據的遠程運輸和自動采集，對建筑耗能進行實時監(jiān)控，除可將控制策略不斷優(yōu)化之外，還可以通過遠程技術對電梯照明及空調進行控制，使建筑的運行成本及耗能大大降低。

 

1.概述

      Acrel-5000web建筑能耗分析系統(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據支撐。用戶可按照國家有關規(guī)定實施能源計算，分析現狀，查找問題，挖掘節(jié)能潛力，提出切實可行的節(jié)能措施，并向縣級以上管理節(jié)能工作的部門報送能源計算報告。

2.應用場所

      適用于公共建筑、集團公司、工業(yè)園區(qū)、大型物業(yè)、學校、醫(yī)院、企業(yè)等不同行業(yè)的能耗監(jiān)測與管理的系統(tǒng)設計、施工和運行維護。

3.系統(tǒng)組網圖

 

五、系統(tǒng)功能

1.系統(tǒng)概況

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

2.用能概況

      對建筑、部門、區(qū)域、支路、分類分項等用能進行對比，支持當日逐時趨勢、當月逐日趨勢曲線、分時段能耗統(tǒng)計對比、總能耗同環(huán)比對比。

3.用能統(tǒng)計

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

4.復費率統(tǒng)計

      復費率報表按日、月、年統(tǒng)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行統(tǒng)計分析。支持數據導出到EXCEL。

5.同比分析

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

6.能源流向圖

      能源流向圖展示單棟建筑時段內各類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。

7.夜間能耗分析

        夜間能耗以表格、曲線、餅圖等形式對選擇支路分類能源在時段工作時間與非工作時間用能統(tǒng)計對比，支持導出報表。

8.設備管理

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

9.用戶報告

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

 

 

 

 

      在公共建筑節(jié)能減排工作中引進物聯網技術,將物聯網的分層技術充分應用于能耗的檢測和感知，可保證基礎性數據獲得的準確性和科學性。同時采用WIFI ,4G和以太網等網絡傳輸方式將數據傳輸,在對公共建筑能耗有效檢測的同時，也可實現全系統(tǒng)的管理。除此之外，還可以進行能耗數據的分析、查詢、加工和存儲，使節(jié)能運行水平與能源管理水平大大提升，從而滿足公共建筑的能耗檢測和管理需求,實現建筑行業(yè)的節(jié)能化發(fā)展。

 

[1]錢濤.基于物聯網技術的建筑能耗動態(tài)監(jiān)管系統(tǒng)的設計與實現[J].

[2]王曉曼，于軍琪,高博超，呂齊.基于物聯網的建筑能耗管理研究[J].

[3]張紅，王娜，尚偉林，李宏俠.基于物聯網技術的建筑能源管理系統(tǒng)[J].

[4]王忠鋒漲連領，李力剛,黃劍龍.物聯網技術在建筑節(jié)能中的應用研究[A].

[5]中國儀器儀表學會.2010中國儀器儀表學術產業(yè)大會.

[6]于秋紅.基于物聯網技術公共建筑的能耗檢測系統(tǒng).

[7]安科瑞 企業(yè)微電網設計與應用手冊. 2022.05版.

 

劉細鳳，女，本科，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為建筑能耗系統(tǒng)的設計與應用