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

系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

傳感器—輸入操作指令,發(fā)送到管理主機(jī)或執(zhí)行器。執(zhí)行器—輸出動(dòng)作指令,執(zhí)行樓宇設(shè)備的通斷及調(diào)節(jié)。

管理主機(jī)—信息處理中心,接收指令和傳達(dá)指令到執(zhí)行器,執(zhí)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(zhí)行相關(guān)動(dòng)作的配套元件。云平臺(tái)—分析處理采集的各方面數(shù)據(jù),并發(fā)出告警及管理指令。

建筑能耗檢測與智能控制的能效服務(wù),通過采集器和智能管理主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與智能控制。智能管理主機(jī)一方面通過Rs485總線與底層各種設(shè)備連接通訊,另一方面通過互聯(lián)網(wǎng)與頂層設(shè)備的建筑能效監(jiān)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Rs485總線與能耗采集器連接,并將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)緩存至能耗采集器,能耗采集器通過互聯(lián)網(wǎng)與頂層(設(shè)備)的監(jiān)測與控制管理中心連接通訊,對建筑實(shí)現(xiàn)主動(dòng)控制或智能控制的方式,實(shí)現(xiàn)對建筑的節(jié)能服務(wù)管理。

底層各種設(shè)備包括:帶有Rs485總線接口的電表、水表、煤氣表、熱能表、能耗監(jiān)測控制插座、能耗監(jiān)測控制開關(guān)執(zhí)行器、智能照明控制面板、數(shù)據(jù)采集器、紅外轉(zhuǎn)發(fā)器等。

頂層設(shè)備包括:服務(wù)器、電腦以及管理系統(tǒng)軟件等,頂層設(shè)備對對底層各種設(shè)備、四表進(jìn)行數(shù)據(jù)收集、監(jiān)測和數(shù)據(jù)分析,同時(shí)做出相應(yīng)的判斷、操作,必要時(shí)對底層各種設(shè)備進(jìn)行控制、設(shè)置或編程。

該系統(tǒng)可以通過服務(wù)器向手機(jī)AP端推送各種信息,同時(shí)也接收手機(jī)AP端的操作指令,就是通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控與控制,實(shí)現(xiàn)與上級平臺(tái)的通訊,實(shí)現(xiàn)更大范圍用能終端的監(jiān)測與管理,形成電能服務(wù)管理平臺(tái)與建筑能效服務(wù)云平臺(tái)的融合對接,以實(shí)現(xiàn)對所有用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測、分析、預(yù)警,并實(shí)施主動(dòng)控制或智能控制的方式,實(shí)現(xiàn)建筑能效的動(dòng)態(tài)優(yōu)化控制策略,進(jìn)而提供用戶運(yùn)行經(jīng)濟(jì)指導(dǎo)方案。

建筑能耗監(jiān)測與智能控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成,是由各元件通過總線連接成一條支線,幾條支線組成一個(gè)區(qū)域,幾個(gè)區(qū)域構(gòu)成一個(gè)大的系統(tǒng)。一條支線可以連接64個(gè)總線元件,每個(gè)區(qū)域可以容納15條支線,每個(gè)系統(tǒng)可以有15個(gè)區(qū)域。系統(tǒng)組成構(gòu)架如圖2所示。

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

系統(tǒng)也可以通過智能管理主機(jī)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(jī)可以替代線路耦合器或者中轉(zhuǎn)器的作用。這種方式可以解決超遠(yuǎn)距離傳輸?shù)膯栴},同時(shí)可以提高系統(tǒng)主干線的傳輸速率。

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(tǒng)、感知信息融合處理等3個(gè)層次開展研究工作[2-3]。

(1)多功能傳感芯片與元器件

物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)在很多情況下都需要在一個(gè)復(fù)雜環(huán)境下感知多個(gè)多類物理信息,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(tǒng)

傳感器網(wǎng)絡(luò)綜合了傳感器技術(shù)、嵌入式計(jì)算技術(shù)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)及無線通信技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)等,能夠通過各類集成化的微型傳感器協(xié)作實(shí)時(shí)監(jiān)測、感知和采集各種環(huán)境或監(jiān)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(tǒng)中多類多個(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(zhǔn)確性與可靠性。通過有效信息的提取、網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)感知和自適應(yīng)編碼等手段,提高多媒體信號在網(wǎng)絡(luò)傳輸過程中的服務(wù)質(zhì)量。

建筑能耗監(jiān)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(jiān)測,并以此為基礎(chǔ)進(jìn)行各個(gè)耗能設(shè)備的智能控制。本平臺(tái)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)為建筑、設(shè)備管理、物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集中間部件、數(shù)據(jù)接口、權(quán)限體系,并在此基礎(chǔ)上搭建能源管理系統(tǒng),通過對配電房、燃?xì)廪D(zhuǎn)壓、供水泵房、換熱站進(jìn)行各項(xiàng)耗能情況的檢測,通過空調(diào)管理、路燈管理、工程管理優(yōu)化耗能結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)能耗、分項(xiàng)能耗、設(shè)備狀態(tài)、實(shí)時(shí)預(yù)警,以此實(shí)現(xiàn)能源公示,并取得建筑節(jié)能方案的優(yōu)化。平臺(tái)功能框架圖5所示。

平臺(tái)通過工業(yè)組態(tài)數(shù)據(jù)采集接口、安防數(shù)據(jù)接口等各種接口，向各個(gè)數(shù)據(jù)單元傳輸數(shù)據(jù),通過建模分析各個(gè)數(shù)據(jù),生成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、預(yù)警數(shù)據(jù),并與各終端應(yīng)用相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)建筑的能耗檢測與智能控制。平臺(tái)技術(shù)架構(gòu)如圖6所示。

(1)建筑基本信息采集與統(tǒng)計(jì),含建筑物基本信息調(diào)查,建筑近年能耗水耗賬單采集與統(tǒng)計(jì);

(2)建筑分類能耗,包括電量、水量、燃?xì)?、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?yīng)用量;

(3)建筑分類水耗,包括市政自來水耗量、非傳統(tǒng)水源利用量;

(4)室內(nèi)耗能設(shè)備或系統(tǒng)基本信息采集與統(tǒng)計(jì);

(5)運(yùn)行管理節(jié)能及行為節(jié)能調(diào)查(含建筑用能管理制度)、建筑內(nèi)人員行為節(jié)能調(diào)查。

設(shè)計(jì)一套實(shí)用的能耗分析初步方案,包括能耗參考值設(shè)置、能源使用量分析、能源使用費(fèi)用分析、能耗總基準(zhǔn)分析、能耗平均基準(zhǔn)分析、分項(xiàng)回路分析和能耗分析報(bào)告,實(shí)現(xiàn)能耗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)處理和節(jié)能分析。

(1)建筑基本信息

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

(2)能耗水耗指標(biāo)

能耗水耗指標(biāo),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(biāo)準(zhǔn)量。年度分類能耗量: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。年度分類水耗量:市政自來水耗量、非傳統(tǒng)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。

系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能為目標(biāo),以強(qiáng)大的數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ),以優(yōu)化的控制算法為核心,以帶有自學(xué)習(xí)功能的能耗趨勢為開環(huán)運(yùn)算依據(jù),以客觀的能耗分析為評價(jià)指標(biāo),以用戶的多元需求為服務(wù)宗旨,以對原有系統(tǒng)改動(dòng)量為前導(dǎo),體現(xiàn)優(yōu)異的降耗指標(biāo)。

系統(tǒng)能夠根據(jù)應(yīng)用需求給出系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)區(qū)域內(nèi)任意范圍、任意時(shí)間段、任意能耗系統(tǒng)、任意單個(gè)設(shè)備的詳細(xì)能耗數(shù)據(jù);用戶可根據(jù)查詢需求個(gè)性化選擇匯總方式生成詳細(xì)的能耗數(shù)據(jù)報(bào)表,還可將能耗數(shù)據(jù)報(bào)表生成諸如柱型圖、曲線圖、餅圖、點(diǎn)圖、面積圖等統(tǒng)計(jì)圖表,從而直觀地對數(shù)據(jù)進(jìn)行能耗分析,如圖7-圖8所示。

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(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)施能源計(jì)算，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，并向縣級以上管理節(jié)能工作的部門報(bào)送能源計(jì)算報(bào)告。

適用于公共建筑、集團(tuán)公司、工業(yè)園區(qū)、大型物業(yè)、學(xué)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(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行維護(hù)。

平臺(tái)運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)月能耗折算、地圖導(dǎo)航，各能耗逐時(shí)、逐月曲線，當(dāng)日，當(dāng)月能耗同比分析滾動(dòng)顯示。

對建筑、部門、區(qū)域、支路、分類分項(xiàng)等用能進(jìn)行對比，支持當(dāng)日逐時(shí)趨勢、當(dāng)月逐日趨勢曲線、分時(shí)段能耗統(tǒng)計(jì)對比、總能耗同環(huán)比對比。

對建筑、區(qū)域、分項(xiàng)、支路等結(jié)構(gòu)按日、月、年報(bào)表的形式統(tǒng)計(jì)對分類能源用能進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，支持報(bào)表數(shù)據(jù)導(dǎo)出EXCEL，支持選擇建筑數(shù)據(jù)進(jìn)行生成柱狀圖。

復(fù)費(fèi)率報(bào)表按日、月、年統(tǒng)計(jì)對單棟建筑下不同支路的尖、峰、平、谷用電量及成本費(fèi)用進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。支持?jǐn)?shù)據(jù)導(dǎo)出到EXCEL。

對建筑、分項(xiàng)、區(qū)域、支路等用能按日、月、年以圖形和報(bào)表結(jié)合的方式進(jìn)行用能數(shù)據(jù)同比分析。

能源流向圖展示單棟建筑時(shí)段內(nèi)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(biāo)值查看。

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(shí)段工作時(shí)間與非工作時(shí)間用能統(tǒng)計(jì)對比，支持導(dǎo)出報(bào)表。

設(shè)備管理包括，設(shè)備類型、設(shè)備臺(tái)賬、維保記錄等功能。輔助用戶合理管理設(shè)備，確保設(shè)備的運(yùn)行。

用戶報(bào)告針對選定的建筑自動(dòng)統(tǒng)計(jì)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(jié)果，針對用電提供單獨(dú)的復(fù)費(fèi)率用能分析，報(bào)告可編輯。

建筑能耗檢測與智能控制系統(tǒng),通過實(shí)時(shí)監(jiān)測建筑能耗數(shù)據(jù)與智能控制相結(jié)合,能夠得出建筑能耗的優(yōu)化方案,大大降低傳統(tǒng)建筑的能耗。系統(tǒng)采用統(tǒng)一的485協(xié)議,各個(gè)設(shè)備只需符合協(xié)議便可在系統(tǒng)中使用,方便了系統(tǒng)設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)和集成商的集成、布線簡單清晰,減少了線材的使用,方便后期的維護(hù)工作,同時(shí)便于用戶的統(tǒng)一管理。