浅析建筑配电能耗平台与环境监测管理系统的研究

　更新时间：2024-02-04　点击量：333

江苏安科瑞电器制造有限公司范宏博

摘要;鉴于国内高能耗建筑缺乏有效的能源监测系统，提出了基于物联网技术的可视化建筑能耗和环境监测系统方案，提出了平台结构，详细介绍了平台的配置和系统的特点。

0.引言

随着我国城市化进程的加快，预计到2020年，全国城市生活人口将达到56%以上，第三产业占GDP的比重可能超过45%[1]相应的建筑设施也将翻番，建筑能耗的大幅增加将不可避免。随着能耗问题的日益突出，如何实现能耗管理和能源成本降低已成为我国的首要任务。准煤高出7倍。在北京的16家酒店中，能耗高的酒店的能耗是能耗低的酒店的近3倍。北京酒店、酒店、商场、写字楼等大型公共建筑面积仅占民用建筑的5.4%，但年用电量高达33亿kW·h，接近全市居民的生活。

1.建筑能耗分析

目前，建筑能耗与工业能耗和交通能耗并列，已成为我国能耗的三大“能耗大户"。目前，我国每年新建房屋20亿m2中，99%以上是高能耗建筑；在现有约430亿m2建筑中，只有4%采取了能效措施，单位建筑面积采暖能耗是发达国家新建建筑的3倍以上。据测算，如果不采取有效措施，到2020年，我国建筑能耗将是目前的3倍以上。

在我国能源消费中，建筑能耗占很大比例。据统计，建筑能耗在我国能源总消费中的比例已达27%．6％，发达国家的建筑能耗一般占全国总能耗的30%～40％。[2]在建筑能耗方面，国家机关办公楼和大型公共建筑的高能耗问题日益突出。据统计，国家机关办公楼和大型公共建筑单位年用电量达到70%～300kW·h，为普通居民住宅10栋～20倍，占全国城镇总用电量的22%。以北京为例，[3]据调查，在北京政府机构的能源消费中，单位建筑面积的年用电量约为80%～150kW·h，4是居民住宅～8倍；行政机关年人均能耗为3.35t标准煤，比全市人均生活能耗为0.47t标准煤的50%，单位面积年平均能耗为普通住宅的5倍～10倍。

这类建筑一般缺乏详细的能源计量，现有数据不能满足能源消耗分析的需要，不能及时准确地发现能源消耗问题。为了更好地开展大型公共建筑节能工作，我们详细掌握了建筑的各种能源消耗，通过这些能源消耗和建筑环境分析发现建筑能源问题，为未来的节能管理和节能改造提供依据，建筑能源消耗和环境监测管理系统在这个过程中发挥着关键作用。

2.系统概述

基于物联网技术的建筑能耗和环境监测系统监测建筑能耗中的电、水、气、热、冷五种能源系统，并结合建筑内部环境监测系统分析能耗数据。现场总线的技术应用（modbus）该仪器实现了基于泛在无线传感网的五种能源系统的数据采集，采用泛在无线传感网的数据采集(UNIT)探测器实现环境参数监测，采用工业数据库和组态软件实现数据采集的总结和分析。系统结构如图1所示。

该系统包括能耗监测和环境监测两部分。其中，能耗监测按能源类别分类进行监测、统计和数据分析，分为电、水、气、热、冷五类；其中，电分为两级监测、电①级别分项：照明插座用电、空调用电、动力用电和特殊用电四个分项，电量用电②分类：照明插座电源包括房间照明电源、插座电源、走廊电源、应急照明电源和室外景观照明电源5②等级分项，空调用电包括冷热站用电和空调末端用电②级别分项，动力用电包括电梯用电、水泵用电和通风机用电②等级分项，特殊用电包括信息室、洗衣房、厨房、餐厅、游泳池、健身房6个②等级分项，其他分类能耗不分项监测。环境监测部分为：温度、湿度、一氧化碳、水浸、光照、红外检测等。

2.1系统平台建设

该系统以计算机、通信设备、测控单元为基本工具，为大型公共建筑的实时数据采集、开关状态监控和远程管理控制提供基本平台，可与检测控制设备形成任何复杂的监控系统。该系统主要采用分层分布式计算机网络结构，一般分为三层：站控管理层、网络通信层和现场设备层。

2.1.1站控管理层

站控管理是能耗监控系统的管理者，是人机交互的直接窗口，也是系统的上层部分。主要由工业计算机、打印机、UPS电源等系统软件和必要的硬件设备组成。监控系统软件具有良好的人机交互界面，计算、分析和处理收集的各种数据和信息，以图形、数字显示、声音等方式反映现场运行情况。

监控主机：用于数据采集、处理和数据转发。为系统内外提供数据接口，进行系统管理、维护和分析。

打印机：系统呼叫打印或自动打印图形、报告等。模拟屏幕：系统通过通信与智能模拟屏幕进行数据交换，图像显示整个系统的运行状态。

UPS：保证计算机监控系统的正常供电，保证站控管理设备在整个系统出现供电问题时的正常运行。

2.1.2网络通讯层

通信层主要由通信管理机、以太网设备和总线网络组成。该层是数据和信息交换的桥梁，负责收集、分类和传输现场设备返回的数据和信息，同时传达上位机对现场设备的各种控制命令。

通信管理机：是系统数据处理和智能通信管理室。具有数据采集与处理、通信控制器、前置机等功能。

以太网设备：包括工业级以太网交换机。

通信介质：系统主要采用屏蔽双绞线、光纤和无线通信。

2.1.3现场设备层

现场设备层为数据采集终端，主要由智能仪器组成。数据采集终端由可靠性高、与现场总线连接的分布式I/O控制器组成，存储在数据室上传到数据室。测量仪器负责基层的数据采集任务，监控的能耗数据完整、准确、实时地传输到数据室。

2.2系统主要部件技术性能指标

2.2.1数据采集器

采用数据采集器实现电、水、气、热、冷消耗的数据采集。支持各种能源计量装置的数据采集，包括电能表（包括单相电能表、三相电能表、多功能电能表）、电力监测仪、电量计测模块、水表、燃气表、冷热量计、流量计等。

2.2.2.电力采集系统

配置方案：通过一个三相总电量表监测建筑总能耗，通过四个分项电量表监测照明插座、空调、动力和特殊用电①等级分项电量。通过16个分项电量表监测16个分项电量。所有电表均通过Modbus协议传输到采集器，采集器通过局域网上传到监控主机

在监控软件上进行数据处理和分析，监控的各种数据通过互联网与数据室和上级调度相连，实现数据共享和能耗的合理分配。

电能监测指标主要包括电流、电压、频率、视频、有功功率、无功功率、功率因数和电能等。

2.2.3.水量采集系统

配置方案：通过Modbus协议的水表监测建筑用水总量，实现建筑日、月、年用水量的监测分析。

2.2.4.气量采集系统

配置方案：通过Modbus协议的气表监测建筑用气总量，实现建筑日、月、年用气量的监测分析。

2.2.5制热采集系统

配置方案：通过Modbus协议的热量表监测建筑总热量消耗，实现建筑日、月、年热量的监测分析。

2.2.6制冷量采集系统

配置方案：通过Modbus协议的冷量表监测建筑冷量总消耗，实现建筑日、月、年冷量的监测分析。

2.2.7.环境监测系统

配置方案：基于物联网技术，通过基于无线自组织传感网的环境探测器实现室内环境参数监测。检测到的环境参数包括：温度、湿度、一氧化碳、浸泡、光照、红外检测等。环境探测器通过无线传感网络网关将数据上传到数据室，数据室收集环境参数，实现能耗系统的分析。

2.2.8数据房和监控系统

数据室和监控系统采用工业数据库和配置软件实现，可实现参数列表、实时曲线图、数据棒图、实时数据、转换数据、累计数据、历史、报警图片、数据报表等统计分析功能。

3.安科瑞建筑能耗分析系统

3.1概述

Acrel-5000web建筑能耗分析系统是用户端能源管理分析系统，在电能管理系统的基础上增加了对水、气、煤、油、热(冷)量等集中采集与分析，通过对用户端所有能耗进行细分和统计，以直观的数据和图表向管理人员或决策层展示各类能源的使用消耗情况，便于找出高耗能点或不合理的耗能习惯，有效节约能源，为用户进一步节能改造或设备升级提供准确的数据支撑。用户可按照国家有关规定实施能源计算，分析现状，查找问题，挖掘节能潜力，提出切实可行的节能措施，并向县级以上管理节能工作的部门报送能源计算报告。

3.2应用场所

适用于公共建筑、集团公司、工业园区、大型物业、学校、医院、企业等不同行业的能耗监测与管理的系统设计、施工和运行维护。

3.3系统功能

3.3.1系统概况

平台运行状态，当月能耗折算、地图导航，各能耗逐时、逐月曲线，当日，当月能耗同比分析滚动显示。

3.3.2用能概况

对建筑、部门、区域、支路、分类分项等用能进行对比，支持当日逐时趋势、当月逐日趋势曲线、分时段能耗统计对比、总能耗同环比对比。