摘要在能源形勢(shì)緊張的大趨勢(shì)下高能耗的大型公共建筑能源管理系統(tǒng)的建設(shè)逐漸受到重視以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及基礎(chǔ)的建筑能源管理平臺(tái)可以提供即時(shí)準(zhǔn)確高效的能源管理策略系統(tǒng)闡述了結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的建筑能源管理構(gòu)建方法對(duì)物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)與建筑能源管理系統(tǒng)的相關(guān)性進(jìn)行了分析并從能耗數(shù)據(jù)收集能源審計(jì)能源管理這三個(gè)層級(jí)探討了這兩者的應(yīng)用結(jié)合方法為公共建筑能源管理系統(tǒng)的升級(jí)與優(yōu)化提供了一定的思路

關(guān)鍵詞:物聯(lián)網(wǎng)公共建筑能耗監(jiān)測(cè)建筑能源管理

0引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展城市化進(jìn)程不斷加快能源的使用量也出現(xiàn)快速上漲的趨勢(shì)而建筑能耗工業(yè)能耗和交通運(yùn)輸能耗是我國(guó)能源消耗的三大主力其中建筑能耗大約占據(jù)了總能耗的30%

黨的十八大提出了建設(shè)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會(huì)的目標(biāo)在這樣的背景下尋找新的建筑能源管理方法和技術(shù)對(duì)建筑耗能設(shè)備進(jìn)行整體管理優(yōu)化是當(dāng)前節(jié)能工作的趨勢(shì)所在當(dāng)前我國(guó)信息科技的快速發(fā)展互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)成為國(guó)家各產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型改革的切入點(diǎn)和帶動(dòng)者基于互聯(lián)技術(shù)發(fā)展的物聯(lián)網(wǎng)研究逐漸成為各領(lǐng)域關(guān)注的焦點(diǎn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是信息科技技術(shù)非常重要的部分利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行建筑能源管理平臺(tái)的研究結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)建筑耗能設(shè)備的能源數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和管理可以更加有效的實(shí)現(xiàn)建筑能源精細(xì)化管理為大型公共建筑節(jié)能減排提供技術(shù)支撐

1新時(shí)代背景下的建筑能源管理需求

多項(xiàng)研究表明在所有的建筑能耗中大型公共建筑的能源消耗大能源利用率低尤其是運(yùn)行能耗的控制水平整體偏低已經(jīng)逐漸成為我國(guó)目前能源問(wèn)題的關(guān)鍵建筑能源管理指的是通過(guò)系統(tǒng)化的控制建筑物能源消耗及能源消耗模式的策略在滿足建筑內(nèi)舒適度等各方面要求的前提下使得能耗量和能耗費(fèi)用最小化［1］

 建筑能源管理的前提是對(duì)建筑能源消耗的監(jiān)測(cè)和統(tǒng)計(jì)高效的能源管理要建立在充分的能耗監(jiān)測(cè)和準(zhǔn)確的能源統(tǒng)計(jì)之上這就包括了對(duì)建筑用能系統(tǒng)包括暖通空調(diào)系統(tǒng)給排水系統(tǒng)電氣系統(tǒng)等的全面監(jiān)測(cè)以及對(duì)各類設(shè)備分類分項(xiàng)的能耗數(shù)據(jù)的采集整理與分析而過(guò)往采用傳統(tǒng)方法進(jìn)行能耗統(tǒng)計(jì)與分析由于公共建筑設(shè)備數(shù)量和種類多樣設(shè)備數(shù)量規(guī)格型號(hào)功率等各不相同見表1表2因此能源統(tǒng)計(jì)獲取的數(shù)據(jù)量龐大數(shù)據(jù)類型多種多樣進(jìn)行能源審計(jì)的工作量和工作難度都較高這在一定程度上阻礙了相關(guān)能源管理工作的開展尤其是對(duì)于建筑集群來(lái)說(shuō)傳統(tǒng)的建筑能耗統(tǒng)計(jì)無(wú)法滿足多棟建筑同時(shí)展開的綜合能源管理

表1暖通空調(diào)系統(tǒng)主要設(shè)備清單

表2電氣系統(tǒng)主要設(shè)備清單

因此隨著公共建筑的類型和體量的不斷增加在建筑能源管理的體系中亟需引入一種高效率低成本同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模建筑集群能源消耗的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與能耗數(shù)據(jù)收集的新型技術(shù)隨著現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)成為解決這一問(wèn)題的重要選擇物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以對(duì)建筑中各類設(shè)備的大量能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和收集并整合到統(tǒng)一的能源管理平臺(tái)對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與分析從而幫助管理者對(duì)區(qū)域化的建筑集群能源消耗展開統(tǒng)籌管理

2物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的概念

物聯(lián)網(wǎng)的概念在1985年由PeterT．Lewis提出后經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展已經(jīng)日趨成熟物聯(lián)網(wǎng)即InternetofThings它的本質(zhì)是物體和物體之間相互進(jìn)行連接所建立的網(wǎng)絡(luò)它是互聯(lián)網(wǎng)的一部分同時(shí)還可以與互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行并網(wǎng)的處理物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以通過(guò)多種不同的傳感器模塊對(duì)需要的監(jiān)控連接互動(dòng)的設(shè)備的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集它主要用于企業(yè)之間的緊密聯(lián)系可以實(shí)現(xiàn)供應(yīng)鏈中各個(gè)節(jié)點(diǎn)包括物與物物與人等的網(wǎng)絡(luò)連接和信息共享從而實(shí)現(xiàn)高效快捷的管理

物聯(lián)網(wǎng)在本質(zhì)上是通過(guò)局域網(wǎng)進(jìn)行設(shè)備識(shí)別和數(shù)據(jù)交互的這也就意味著物聯(lián)網(wǎng)必然是以互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的同時(shí)它也是在互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上的延伸此外物聯(lián)網(wǎng)的用戶擴(kuò)張到了互聯(lián)網(wǎng)中的設(shè)備和設(shè)備之間這些在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)下的設(shè)備也可以進(jìn)行數(shù)據(jù)交互物聯(lián)網(wǎng)實(shí)際上是一種將物與物相連并將多種感知設(shè)備和傳輸設(shè)備相融合的聚合性復(fù)雜系統(tǒng)它的體系結(jié)構(gòu)在技術(shù)上包含三層傳感層傳輸網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)層傳感層是基層包含各類傳感器設(shè)備并提供泛在的感知網(wǎng)絡(luò);傳輸網(wǎng)絡(luò)層在物聯(lián)網(wǎng)層次中處在中間層它由信息和管理中心組成;應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)層則是物聯(lián)網(wǎng)的頂層它是用戶終端通過(guò)用戶的操作可以進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)中相關(guān)設(shè)備的信息交互

3物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在建筑能源管理中的應(yīng)用

公共建筑能源管理系統(tǒng)包含了設(shè)置在建筑中不同位置的物聯(lián)網(wǎng)終端物聯(lián)網(wǎng)能源管理平臺(tái)以及通信設(shè)施而物聯(lián)網(wǎng)獨(dú)特的體系結(jié)構(gòu)剛好可以對(duì)應(yīng)滿足建筑能源管理系統(tǒng)的多層需求見圖1

其中傳感層主要是通過(guò)各終端設(shè)備實(shí)時(shí)采集建筑能源消耗數(shù)據(jù)它也是物聯(lián)網(wǎng)能源管理的前提和基礎(chǔ)通過(guò)傳感器完成能耗數(shù)據(jù)信息的采集對(duì)于建筑能源管理系統(tǒng)來(lái)說(shuō)傳感層數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)高效收集和精細(xì)化管理的前提是能耗分項(xiàng)計(jì)量因此需要在能源管理系統(tǒng)建立之初就完成能耗分項(xiàng)計(jì)量的相關(guān)設(shè)備計(jì)量對(duì)象包括:耗電量耗水量耗熱量耗冷量耗煤氣量等其中電能消耗是公共建筑主要能耗需進(jìn)一步根據(jù)耗能設(shè)備等進(jìn)行細(xì)分也可以根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行分時(shí)段計(jì)量等［2］

目前建筑智能化系統(tǒng)設(shè)計(jì)中一般沒有分項(xiàng)計(jì)量功能難以實(shí)現(xiàn)能耗精細(xì)化管理因而實(shí)現(xiàn)能耗分項(xiàng)計(jì)量是搭建物聯(lián)網(wǎng)智能建筑能源管理平臺(tái)很重要的需求分項(xiàng)計(jì)量需要利用物聯(lián)網(wǎng)等相關(guān)技術(shù)首先安裝分項(xiàng)計(jì)量裝置按電水油氣等能源形態(tài)分類后再根據(jù)不同的能源用途和用能區(qū)域進(jìn)行分項(xiàng)計(jì)量也可以根據(jù)實(shí)際需要對(duì)能耗情況進(jìn)行分時(shí)段的計(jì)量分項(xiàng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)侥茉垂芾砥脚_(tái)后可以實(shí)現(xiàn)對(duì)能耗設(shè)備運(yùn)行狀況實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè);根據(jù)分項(xiàng)數(shù)據(jù)不同辦公區(qū)域或者不同時(shí)段的能耗比較可以準(zhǔn)確詳細(xì)地掌握一個(gè)單位或系統(tǒng)的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)對(duì)建筑存在的節(jié)能潛力做出診斷;在此基礎(chǔ)上提出節(jié)能改造方案

能耗分項(xiàng)計(jì)量為開展能源審計(jì)工作提供了前提能源管理系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各個(gè)耗能設(shè)備的狀況同時(shí)通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)傳輸網(wǎng)絡(luò)層將建筑能耗數(shù)據(jù)傳輸至物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)這一數(shù)據(jù)傳輸途徑主要是通過(guò)匯聚網(wǎng)的短距離通信技術(shù)獲取傳感層信息通過(guò)接入網(wǎng)完成數(shù)據(jù)接入最后由承載網(wǎng)將能耗數(shù)據(jù)傳輸至應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)層［3］

在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)層對(duì)接收到的分項(xiàng)能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析獲取建筑用能特點(diǎn)重點(diǎn)耗能單位以及建筑能源消耗結(jié)構(gòu)等并對(duì)建筑能源利用效率進(jìn)行評(píng)價(jià)對(duì)建筑的節(jié)能潛力做出評(píng)估此外還可以在完成能耗數(shù)據(jù)的綜合計(jì)量與分析的基礎(chǔ)上利用應(yīng)用層完成物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)能源管理系統(tǒng)應(yīng)用的開發(fā)包括建筑耗能設(shè)備遠(yuǎn)程管理能耗數(shù)據(jù)管理等

4融入物聯(lián)網(wǎng)的建筑能源管理系統(tǒng)發(fā)展方向

從目前的研究來(lái)看物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在我國(guó)建筑能源管理體系中的應(yīng)用并不算普遍而目前的建筑能耗監(jiān)測(cè)與能源管理系統(tǒng)還存在著很多問(wèn)題

1從技術(shù)角度來(lái)說(shuō)當(dāng)前的建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要覆蓋的是建筑物電器設(shè)備系統(tǒng)對(duì)于建筑耗能數(shù)據(jù)的采集所采集到的數(shù)據(jù)也只能實(shí)現(xiàn)從終端設(shè)備到數(shù)據(jù)平臺(tái)的單向傳輸具有信息反饋和控制功能的雙向?qū)舆€需要進(jìn)一步的研究;

2當(dāng)前基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的建筑物能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)依然具有海量數(shù)據(jù)的特征如何對(duì)海量數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的分析挖掘和利用是建筑能源管理系統(tǒng)的重要研究方向

5 Acrel-EIOT能源物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)

（1）概述

電腦得到所需的行業(yè)數(shù)據(jù)服務(wù)

該平臺(tái)提供數(shù)據(jù)駕駛艙電氣安全監(jiān)測(cè)電能質(zhì)量分析用電管理預(yù)付費(fèi)管理充電樁管理智能照明管理異常事件報(bào)警和記錄運(yùn)維管理等功能并支持多平臺(tái)多語(yǔ)言多終端數(shù)據(jù)訪問(wèn)

（2）應(yīng)用場(chǎng)所

本平臺(tái)適用于公寓出租戶連鎖小超市小型工廠樓管系統(tǒng)集成商小型物業(yè)智慧城市變配電站建筑樓宇通信基站工業(yè)能耗智能燈塔電力運(yùn)維等領(lǐng)域

（3）平臺(tái)結(jié)構(gòu)

（4）平臺(tái)功能

◆電力集抄

電力集抄模塊可以實(shí)現(xiàn)對(duì)各種監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的查詢分析預(yù)警及綜合展示以保證配電室的環(huán)境友好在智能化方面實(shí)現(xiàn)供配電監(jiān)控系統(tǒng)的遙測(cè)'遙信遙控控制對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行綜合檢測(cè)和統(tǒng)一管理在數(shù)據(jù)資源管理方面可以顯示或查詢供配電室內(nèi)各設(shè)備運(yùn)行（包括歷史和實(shí)時(shí)參數(shù)并根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行日?qǐng)?bào)月報(bào)和年報(bào)查詢或打印提高工作效率節(jié)約人力資源

變壓器監(jiān)控

配電圖

◆能耗分析

能耗分析模塊采用自動(dòng)化信息化技術(shù)實(shí)現(xiàn)從能源數(shù)據(jù)采集過(guò)程監(jiān)控能源介質(zhì)消耗分析能耗管理等全過(guò)程的自動(dòng)化科學(xué)化管理使能源管理能源生產(chǎn)以及使用的全過(guò)程有機(jī)結(jié)合起來(lái)運(yùn)用先進(jìn)的數(shù)據(jù)處理與分析技術(shù)進(jìn)行離線生產(chǎn)分析與管理實(shí)現(xiàn)全廠能源系統(tǒng)的統(tǒng)一調(diào)度優(yōu)化能源介質(zhì)平衡有效利用能源提高能源質(zhì)量降低能源消耗達(dá)到節(jié)能降耗和提升整體能源管理水平的目的

能耗概況

◆預(yù)付費(fèi)管理

1）登陸管理管理操作員賬戶及權(quán)限分配查看系統(tǒng)日志等功能

2）系統(tǒng)配置對(duì)建筑通訊管理機(jī)儀表及默認(rèn)參數(shù)進(jìn)行配置

3）用戶管理對(duì)商鋪用戶執(zhí)行開戶銷戶遠(yuǎn)程分合閘批量操作及記錄查詢等操作

4）售電管理對(duì)已開戶的表進(jìn)行遠(yuǎn)程售電退電沖正及記錄查詢等操作

5）售水管理對(duì)已開戶的表進(jìn)行遠(yuǎn)程售水退水記錄查詢等操作

6）報(bào)表中心提供售電售水財(cái)務(wù)報(bào)表用能報(bào)表報(bào)警報(bào)表等查詢本系統(tǒng)所有的報(bào)表及記錄查詢都支持excel格式導(dǎo)出

預(yù)付費(fèi)看板

◆充電樁管理

通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)接入系統(tǒng)的充電樁站點(diǎn)和各個(gè)充電樁進(jìn)行不間斷地?cái)?shù)據(jù)采集和監(jiān)控同時(shí)對(duì)各類故障如充電機(jī)過(guò)溫保護(hù)充電機(jī)輸入輸出過(guò)壓欠壓絕緣檢測(cè)故障等一系列故障進(jìn)行預(yù)警云平臺(tái)包含了充電收費(fèi)和充電樁運(yùn)營(yíng)的所有功能包括城市級(jí)大屏交易管理財(cái)務(wù)管理變壓器監(jiān)控運(yùn)營(yíng)分析基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理等功能

充電樁看板

◆智能照明

智能照明通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)安裝在城市各區(qū)域的室內(nèi)照明城市路燈等照明回路的用電狀態(tài)進(jìn)行不間斷地?cái)?shù)據(jù)監(jiān)測(cè)也可以實(shí)現(xiàn)定時(shí)開關(guān)策略配置及后臺(tái)遠(yuǎn)程管理和移動(dòng)管理等降低路燈設(shè)施的維護(hù)難度和成本提升管理水平并達(dá)到一定節(jié)能減掛的效果

監(jiān)控頁(yè)面

◆安全用電

安全用電采用自主研發(fā)的剩余電流互感器溫度傳感器電氣火災(zāi)探測(cè)器對(duì)引發(fā)電氣火災(zāi)的主要因素（導(dǎo)線溫度電流和剩余電流）進(jìn)行不間斷的數(shù)據(jù)跟蹤與統(tǒng)計(jì)分析并將發(fā)現(xiàn)的各種隱患信息及時(shí)推送給企業(yè)管理人員指導(dǎo)企業(yè)實(shí)現(xiàn)第一時(shí)間的排查和治理達(dá)到消除潛在電氣火災(zāi)安全隱患實(shí)現(xiàn)防患于未然的目的

◆智慧消防

通過(guò)云平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析挖掘和趨勢(shì)分析幫助實(shí)現(xiàn)科學(xué)預(yù)警火災(zāi)網(wǎng)格化管理落實(shí)多元責(zé)任監(jiān)管等目標(biāo)填補(bǔ)了原先針對(duì)九小場(chǎng)所和危化品生產(chǎn)企業(yè)無(wú)法有效監(jiān)控的空白適應(yīng)于所有公建和民建實(shí)現(xiàn)了無(wú)人化值守智慧消防實(shí)現(xiàn)智慧消防自動(dòng)化智能化系統(tǒng)化用電管理精細(xì)化的實(shí)際需求

（5）系統(tǒng)硬件配置

6結(jié)論

在我國(guó)城市化進(jìn)程不斷推進(jìn)的大背景下建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和建筑能源管理系統(tǒng)都在不斷的發(fā)展和完善將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)引入到建筑能耗監(jiān)測(cè)體系中對(duì)現(xiàn)有建筑能源管理系統(tǒng)的技術(shù)升級(jí)和智能化發(fā)展具有非常重要的意義與此相關(guān)的各項(xiàng)研究具有廣闊的應(yīng)用前景隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷進(jìn)步建筑能源管理體系也會(huì)變得更加完善

參考文獻(xiàn)

［1］趙明強(qiáng)．基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的公共建筑能耗監(jiān)控系統(tǒng)優(yōu)化研究［D］．西安:西安建筑科技大學(xué)碩士學(xué)位論文2016．

［2］張建濤.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的公共建筑能源管理系統(tǒng)研究

［3］企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè)2022.05版.