淺談基于無線物聯(lián)網(wǎng)的建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)探討
摘要:文章分析了智能建筑的能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)和應(yīng)用現(xiàn)狀并對(duì)存在的問題和原因進(jìn)行簡(jiǎn)要分析在此基礎(chǔ)上探討一種基于物聯(lián)網(wǎng)的智能建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)架構(gòu)參考模型以期實(shí)現(xiàn)樓字中電力能源需求側(cè)和供求側(cè)的智能聯(lián)動(dòng)運(yùn)行
關(guān)鍵詞:智能建筑能耗監(jiān)測(cè)物聯(lián)網(wǎng)
0引言
智能建筑主要指以建筑物為平臺(tái)基于對(duì)各類智能化信息的綜合應(yīng)用集架構(gòu)系統(tǒng)應(yīng)用管理及優(yōu)化組合為一體具有感知傳輸記憶推理判斷和決策的綜合智慧能力形成以人建筑環(huán)境互為協(xié)調(diào)的整合體為人們提供安全高效便利及可持續(xù)發(fā)展功能環(huán)境的建筑,智能建筑從具體建設(shè)實(shí)施方面主要分為建筑安全與安防綠色和節(jié)能高效和便捷三大類應(yīng)用
本文主要從綠色和節(jié)能角度出發(fā)分析智能建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀及存在的不足并給出一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)建設(shè)建筑能耗監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)建設(shè)思路以期探討實(shí)現(xiàn)樓宇中電力能源需求側(cè)和供求側(cè)的智能聯(lián)動(dòng)運(yùn)行推動(dòng)智能電網(wǎng)廣泛應(yīng)用發(fā)展
1智能建筑能耗監(jiān)測(cè)現(xiàn)狀及問題分析
1.1智能建筑能耗監(jiān)測(cè)現(xiàn)狀分析
在人類生產(chǎn)活動(dòng)中各種資源的消耗如水電煤石油天然氣等其中一個(gè)重要場(chǎng)所就是樓宇建筑內(nèi)包括居民小區(qū)寫字樓超市旅館餐廳食堂醫(yī)院等其能源消耗在整個(gè)社會(huì)能耗占有很大的比例并且隨著城鎮(zhèn)化高速發(fā)展比例逐年上升
在我國(guó)現(xiàn)階段樓宇建筑能耗管理系統(tǒng)通常由BAS建筑自動(dòng)化系統(tǒng)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的BAS系統(tǒng)可以根據(jù)設(shè)置好的程序?qū)﹄娏?span id="cqn9jxj" class="myIcon">照明空調(diào)等動(dòng)力設(shè)備進(jìn)行智能化的運(yùn)行調(diào)節(jié)從而達(dá)到高效節(jié)能的目的目前國(guó)內(nèi)大中型公共及商業(yè)建筑基本配置了BAS系統(tǒng)然而實(shí)際應(yīng)用中大部分建筑BAS系統(tǒng)僅僅作為設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視和自動(dòng)控制使用較少真正能夠達(dá)到節(jié)能目標(biāo)的系統(tǒng)樓宇能效智能化監(jiān)測(cè)管理不足
1.2所存在的問題及原因分析
目前智能建筑的能耗監(jiān)測(cè)及管理主要存在以下三個(gè)問題
1.2.1缺乏建筑大規(guī)模聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)
早在2008年機(jī)關(guān)和大型公共建筑的能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)作了具體規(guī)范目前全國(guó)不少城市也建立了大型公共建筑能耗監(jiān)測(cè)平臺(tái)對(duì)重點(diǎn)建筑能耗進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并通過能耗統(tǒng)計(jì)能源審計(jì)能效公示用能定額和超定額加價(jià)等制度促使辦公建筑和大型公共建筑提高節(jié)能運(yùn)行管理水平但目前的建筑能耗監(jiān)測(cè)平臺(tái)所覆蓋的范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠尤其一此大型的寫字樓商業(yè)綜合體等商業(yè)建筑其BAS系統(tǒng)往往服務(wù)于單個(gè)大樓和物業(yè)由于設(shè)備接口不統(tǒng)一缺乏統(tǒng)一數(shù)據(jù)規(guī)范等技術(shù)或經(jīng)濟(jì)原因無法接入統(tǒng)一的建筑能耗監(jiān)測(cè)平臺(tái)
1.2.2缺乏建筑能耗大數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析
由于缺乏建筑能耗的大規(guī)模聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)無法形成有效的區(qū)域建筑能耗大數(shù)據(jù)采集和分析;建筑運(yùn)行系統(tǒng)復(fù)雜而龐大建筑能源數(shù)據(jù)管理混亂不同系統(tǒng)數(shù)據(jù)之間缺乏有效溝通與對(duì)比眾所周知只有當(dāng)數(shù)據(jù)積累到一定量后才可以從中進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析找出海量數(shù)據(jù)中隱藏的有價(jià)值信息和運(yùn)行規(guī)律進(jìn)而為建筑設(shè)備的節(jié)能優(yōu)化運(yùn)行提供模型和數(shù)據(jù)參考
1.2.3缺少與智能電網(wǎng)輸電配電側(cè)的聯(lián)動(dòng)
統(tǒng)一的建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由于覆蓋范圍大通常是以一個(gè)城市為主體使得系統(tǒng)的建設(shè)成本高投資大目前在我國(guó)具有一定區(qū)域規(guī)模的建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由**部門對(duì)重要公共建筑用能進(jìn)行監(jiān)督建筑用電側(cè)與電力供應(yīng)側(cè)的發(fā)電配電等環(huán)節(jié)缺乏有效的數(shù)據(jù)和系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)在目前智能電網(wǎng)及能源互聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)背景下建筑能耗作為需求側(cè)管理的重要一環(huán)需要納入智能電網(wǎng)的系統(tǒng)建設(shè)中進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃和建設(shè)
2基于物聯(lián)網(wǎng)的智能建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
隨著物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)和云計(jì)算等新興技術(shù)的發(fā)展使得建筑能耗的大規(guī)模設(shè)備聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行海量數(shù)據(jù)采集傳輸和分析從技術(shù)上戀得可能無論從數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)設(shè)備還是高性能計(jì)算服務(wù)使得系統(tǒng)部署的成本越來越低本文正是探討一種基于物聯(lián)網(wǎng)的建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)架構(gòu)模型以期為相關(guān)研發(fā)建設(shè)與智能電網(wǎng)應(yīng)用提供助力
2.1系統(tǒng)參考模型
物聯(lián)網(wǎng)是通過多個(gè)具備感知能力的傳感設(shè)備按約定的協(xié)議形成自組織智能化的傳感器網(wǎng)絡(luò)再通過智能化的計(jì)算和互聯(lián)技術(shù)的支撐實(shí)現(xiàn)信息的匯聚整合共享與智能處理鑒于目前智能樓宇的感知傳輸和記憶技術(shù)已經(jīng)相對(duì)完善在物聯(lián)網(wǎng)三層模型感知層傳輸層應(yīng)用層基礎(chǔ)上建議引入接入層和平臺(tái)層概念形成基于物聯(lián)網(wǎng)的智能建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)五層模型架構(gòu)系統(tǒng)架構(gòu)初步設(shè)想如圖1所示
2.2系統(tǒng)組成
系統(tǒng)自下而上由設(shè)備層接入層傳輸層平臺(tái)層和應(yīng)用層五個(gè)層次組成其中:
設(shè)備層:由水電氣等各種智能能量采集設(shè)備組成主要完成建筑能耗數(shù)據(jù)的采集和上傳同時(shí)智能設(shè)備還可以具備一定的控制功能可以實(shí)現(xiàn)對(duì)用能設(shè)備運(yùn)行的控制和調(diào)節(jié)設(shè)備層設(shè)備通常是不同廠家采用不同的協(xié)議主流的協(xié)議包括kNXModbusBACnetPLCZigbee等有線及無線協(xié)議
接入層:接入層主要是智能建筑物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)設(shè)備該設(shè)備主要完成底層各種通信協(xié)議設(shè)備數(shù)據(jù)的集中接入協(xié)議統(tǒng)一轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)能耗數(shù)據(jù)的規(guī)范化接入層網(wǎng)關(guān)作為邊緣計(jì)算設(shè)備具備一定的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和計(jì)算能力
傳輸層:傳輸層包括有線通信和無線通信其中有線通信技術(shù)包括中長(zhǎng)距離的廣域網(wǎng)終如各種寬帶網(wǎng)終和短距離的現(xiàn)場(chǎng)總線:無線通信層分為長(zhǎng)距離的無線網(wǎng)絡(luò)如LORANBIOT3G/4G/5G中短距離的無線局城網(wǎng)WiFi超短距離的無線局域網(wǎng)如Zigbee通過有線及無線方式完成數(shù)據(jù)到存儲(chǔ)中心的傳輸
平臺(tái)層:平臺(tái)層主要提供智能建筑能耗數(shù)據(jù)的統(tǒng)一處理分析為上層應(yīng)用程序以及其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)調(diào)用訪問的接口平臺(tái)除具備設(shè)備接入設(shè)備管理規(guī)則引擎權(quán)限及安全管理等基礎(chǔ)功能外還可提供大數(shù)據(jù)分析人工智能等服務(wù)組件為上層應(yīng)用提供大數(shù)據(jù)分析挖掘等高性能海量數(shù)據(jù)處理服務(wù)
應(yīng)用層:應(yīng)用層調(diào)用平臺(tái)層提供的數(shù)據(jù)邏輯等元素通過圖像表格視頻等方式對(duì)建筑能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化管理通過采集到的樓宇環(huán)境溫濕度和水電空氣空調(diào)等能耗數(shù)據(jù)準(zhǔn)確地掌握樓寧能耗的分布情況具體特點(diǎn)及通過能耗數(shù)據(jù)的分析及時(shí)地掌握能耗浪費(fèi)能源流失情況建立大樓能效模型為提高樓宇的節(jié)能提供決策依據(jù)同時(shí)對(duì)樓宇中的高功率電器材如空調(diào)電視電腦微波爐等進(jìn)行電量能耗采集準(zhǔn)確實(shí)時(shí)地了解用戶的能耗數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)用戶的用能習(xí)慣制定供能方案調(diào)整供能策略減少不必要的能源浪費(fèi)實(shí)現(xiàn)因地制宜的節(jié)能降耗措施應(yīng)用層應(yīng)對(duì)上提供開放接口支持同能源供應(yīng)企業(yè)綜合能源服務(wù)商側(cè)的調(diào)度系統(tǒng)能源管理系統(tǒng)開展建筑用能評(píng)估優(yōu)化等服務(wù)和系統(tǒng)對(duì)接更大程度發(fā)揮數(shù)據(jù)價(jià)值創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益
2.3其他建議
國(guó)家工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)解析節(jié)點(diǎn)以便于系統(tǒng)及設(shè)備間的互聯(lián)互通;同時(shí)制定扶持獎(jiǎng)勵(lì)政策鼓勵(lì)各商業(yè)建筑樓宇積極接入能耗監(jiān)測(cè)平臺(tái)開展建筑能耗數(shù)據(jù)的開放共享充分挖掘建筑能耗數(shù)據(jù)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)效益
3安科瑞建筑能耗分析系統(tǒng)
3.1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(chǔ)上增加了對(duì)水氣煤油熱冷量等集中采集與分析通過對(duì)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(jí)提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐用戶可按照國(guó)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(jí)以上管理節(jié)能工作的部門報(bào)送能源計(jì)算報(bào)告
3.2應(yīng)用場(chǎng)所
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(cè)與管理的系統(tǒng)設(shè)計(jì)施工和運(yùn)行維護(hù)
3.3系統(tǒng)功能
3.3.1系統(tǒng)概況
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
3.3.2用能概況
對(duì)建筑部門區(qū)域支路分類分項(xiàng)等用能進(jìn)行對(duì)比支持當(dāng)日逐時(shí)趨勢(shì)當(dāng)月逐日趨勢(shì)曲線分時(shí)段能耗統(tǒng)計(jì)對(duì)比總能耗同環(huán)比對(duì)比
3.3.3用能統(tǒng)計(jì)
對(duì)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(duì)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
3.3.4復(fù)費(fèi)率統(tǒng)計(jì)
復(fù)費(fèi)率報(bào)表按日月年統(tǒng)計(jì)對(duì)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
3.3.5同比分析
對(duì)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
3.3.6能源流向圖
能源流向圖展示單棟建筑指定時(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
3.3.7夜間能耗分析
夜間能耗以表格曲線餅圖等形式對(duì)選擇支路分類能源在指定時(shí)段工作時(shí)間與非工作時(shí)間用能統(tǒng)計(jì)對(duì)比支持導(dǎo)出報(bào)表
3.3.8設(shè)備管理
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
3.3.9用戶報(bào)告
用戶報(bào)告針對(duì)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(shì)并提供簡(jiǎn)單的能耗分析結(jié)果針對(duì)用電提供單獨(dú)的復(fù)費(fèi)率用能分析報(bào)告可編輯
4.系統(tǒng)硬件配置
應(yīng)用場(chǎng)景 | 型號(hào) | 圖 片 | 保護(hù)功能 |
建筑能耗管理系統(tǒng) | Acrel-5000web | 采用泛在物聯(lián)云計(jì)算大數(shù)據(jù)移動(dòng)通訊智能傳感等技術(shù)手段可為用戶提供能源數(shù)據(jù)采集統(tǒng)計(jì)分析能效分析用能預(yù)警設(shè)備管理等服務(wù)平臺(tái)可以廣泛應(yīng)用于多種領(lǐng)域 | |
智能網(wǎng)關(guān) | ANet-1E2S1 | 采用嵌入式硬件計(jì)算機(jī)平臺(tái)具有多個(gè)下行通信接口及一個(gè)或者多個(gè)上行網(wǎng)絡(luò)接口作為信息采集系統(tǒng)中采集終端與平臺(tái)系統(tǒng)間的橋梁能夠根據(jù)不同的采集規(guī)約進(jìn)行水表氣表電表微機(jī)保護(hù)等設(shè)備終端的數(shù)據(jù)采集匯總并使用相應(yīng)的規(guī)約轉(zhuǎn)發(fā)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)給平臺(tái)系統(tǒng) | |
高壓重要回路或低壓進(jìn)線柜 | APM810 | 具有全電量測(cè)量電能統(tǒng)計(jì)電能質(zhì)量分析及網(wǎng)絡(luò)通訊等功能主要用于對(duì)電網(wǎng)供電質(zhì)量的綜合監(jiān)控診斷及電能管理該系列儀表采用了模塊化設(shè)計(jì)當(dāng)客戶需要增加開關(guān)量輸入輸出模擬量輸入輸出SD卡記錄以太網(wǎng)通訊時(shí)只需在背部插入對(duì)應(yīng)模塊即可 | |
APM520 | 三相全電量測(cè)量2-63次諧波不平衡度支持付費(fèi)率越限告警SOE,4-20mA輸出 | ||
低壓聯(lián)絡(luò)柜出線柜 | AEM96 | 三相多功能電能表均集成三相電力參數(shù)測(cè)量及電能計(jì)量及考核管理提供上24時(shí)上31日以及上12月的電能數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)具有63次分次諧波與總諧波含量檢測(cè)帶有開關(guān)量輸入和繼電器輸出可實(shí)現(xiàn)遙信和遙控功能并具備告警輸出可廣泛應(yīng)用于多種控制系統(tǒng)SCADA系統(tǒng)和能源管理系統(tǒng)中 | |
動(dòng)力柜 | ACR120EL | 測(cè)量所有的常用電力參數(shù)如三相電流電壓有功無功功率電度諧波等并具備完善的通信聯(lián)網(wǎng)功能非常適合于實(shí)時(shí)電力監(jiān)控系統(tǒng) | |
DTSD1352 | DIN35mm導(dǎo)軌式安裝結(jié)構(gòu)體積小巧能測(cè)量電能及其他電參量可進(jìn)行時(shí)鐘費(fèi)率時(shí)段等參數(shù)設(shè)置精度高可靠性好性能指標(biāo)符合國(guó)標(biāo)GB/T17215-2002GB/T17883-1999和電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T614-2007對(duì)電能表的各項(xiàng)技術(shù)要求并且具有電能脈沖輸出功能可用RS485通訊接口與上位機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換 | ||
AEW100 | 三相全電量測(cè)量剩余電流2-63次諧波支持付費(fèi)率量值電纜溫度可選2G/4G通訊 |
照明箱 | DTSD1352 | DIN35mm導(dǎo)軌式安裝結(jié)構(gòu)體積小巧能測(cè)量電能及其他電參量可進(jìn)行時(shí)鐘費(fèi)率時(shí)段等參數(shù)設(shè)置精度高可靠性好性能指標(biāo)符合國(guó)標(biāo)GB/T17215-2002GB/T17883-1999和電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T614-2007對(duì)電能表的各項(xiàng)技術(shù)要求并且具有電能脈沖輸出功能可用RS485通訊接口與上位機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換 | |
DDSD1352 | DDSD1352單相電子式電能表主要用于計(jì)量低壓網(wǎng)絡(luò)的單相有功電能同時(shí)可測(cè)量電壓電流功率等電量具有紅外通訊功能并可選配RS485通訊功能方便用戶進(jìn)行用電監(jiān)測(cè)集抄和管理可靈活安裝于配電箱內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)不同區(qū)域和不同負(fù)荷的分項(xiàng)電能計(jì)量統(tǒng)計(jì)和分析 | ||
DDS1352 | 單相電參量UIPQSPFF測(cè)量正反向電能計(jì)量紅外及RS485通訊電流規(guī)格10(60)A有功電能精度1級(jí)無功精度2級(jí)尺寸:1P | ||
ADW300/4G | 計(jì)量低壓網(wǎng)絡(luò)的三相有功電能具有RS485通訊和470MHz無線通訊功能方便用戶進(jìn)行用電監(jiān)測(cè)集抄和管理可靈活安裝于配電箱內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)不同區(qū)域和不同負(fù)荷的分項(xiàng)電能計(jì)量統(tǒng)計(jì)和分析 | ||
ARCM300T-Z-4G | 三相全電量測(cè)量剩余電流2-63次諧波支持付費(fèi)率量值電纜溫度可選2G/4G通訊 | ||
給水管道 | 水表 | 計(jì)量流經(jīng)給水管道用水的體積總量適用于單向水流采用電子直讀技術(shù)通過RS485總線直接輸出表盤數(shù)據(jù) |
5結(jié)語
樓宇建筑作為智能電網(wǎng)與能源需求側(cè)樓宇建筑用能占據(jù)整個(gè)能源消耗很大部分在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)迅猛發(fā)展的今天利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)改造傳統(tǒng)樓宇能效管理建立基于物聯(lián)網(wǎng)的樓宇能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分析樓宇能量消耗的客觀規(guī)律以及可能影響因素實(shí)現(xiàn)能耗降低節(jié)約成本實(shí)現(xiàn)對(duì)生態(tài)環(huán)境的保護(hù)和提高生活舒適度;同時(shí)加強(qiáng)對(duì)建筑能效的統(tǒng)一監(jiān)測(cè)管理對(duì)減少需求側(cè)電力能源浪費(fèi)實(shí)現(xiàn)電力供需平衡充分挖掘建筑能耗數(shù)據(jù)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)效益有著非常重要的作用和意義
參考文獻(xiàn)
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