浅谈基于无线物联网的建筑能耗监测系统探讨
摘要:文章分析了智能建筑的能耗监测系统建设和应用现状并对存在的问题和原因进行简要分析在此基础上探讨一种基于物联网的智能建筑能耗监测系统架构参考模型以期实现楼字中电力能源需求侧和供求侧的智能联动运行
关键词:智能建筑能耗监测物联网
0引言
智能建筑主要指以建筑物为平台基于对各类智能化信息的综合应用集架构系统应用管理及优化组合为一体具有感知传输记忆推理判断和决策的综合智慧能力形成以人建筑环境互为协调的整合体为人们提供安全高效便利及可持续发展功能环境的建筑,智能建筑从具体建设实施方面主要分为建筑安全与安防绿色和节能高效和便捷三大类应用
本文主要从绿色和节能角度出发分析智能建筑能耗监测系统的应用现状及存在的不足并给出一种基于物联网技术建设建筑能耗监测管理系统建设思路以期探讨实现楼宇中电力能源需求侧和供求侧的智能联动运行推动智能电网广泛应用发展
1智能建筑能耗监测现状及问题分析
1.1智能建筑能耗监测现状分析
在人类生产活动中各种资源的消耗如水电煤石油天然气等其中一个重要场所就是楼宇建筑内包括居民小区写字楼超市旅馆餐厅食堂医院等其能源消耗在整个社会能耗占有很大的比例并且随着城镇化高速发展比例逐年上升
在我国现阶段楼宇建筑能耗管理系统通常由BAS建筑自动化系统系统来实现的BAS系统可以根据设置好的程序对电力照明空调等动力设备进行智能化的运行调节从而达到高效节能的目的目前国内大中型公共及商业建筑基本配置了BAS系统然而实际应用中大部分建筑BAS系统仅仅作为设备状态监视和自动控制使用较少真正能够达到节能目标的系统楼宇能效智能化监测管理不足
1.2所存在的问题及原因分析
目前智能建筑的能耗监测及管理主要存在以下三个问题
1.2.1缺乏建筑大规模联网监测
早在2008年机关和大型公共建筑的能耗监测系统作了具体规范目前全国不少城市也建立了大型公共建筑能耗监测平台对重点建筑能耗进行实时监测并通过能耗统计能源审计能效公示用能定额和超定额加价等制度促使办公建筑和大型公共建筑提高节能运行管理水平但目前的建筑能耗监测平台所覆盖的范围远远不够尤其一此大型的写字楼商业综合体等商业建筑其BAS系统往往服务于单个大楼和物业由于设备接口不统一缺乏统一数据规范等技术或经济原因无法接入统一的建筑能耗监测平台
1.2.2缺乏建筑能耗大数据的统计分析
由于缺乏建筑能耗的大规模联网监测无法形成有效的区域建筑能耗大数据采集和分析;建筑运行系统复杂而庞大建筑能源数据管理混乱不同系统数据之间缺乏有效沟通与对比众所周知只有当数据积累到一定量后才可以从中进行大数据分析找出海量数据中隐藏的有价值信息和运行规律进而为建筑设备的节能优化运行提供模型和数据参考
1.2.3缺少与智能电网输电配电侧的联动
统一的建筑能耗监测系统由于覆盖范围大通常是以一个城市为主体使得系统的建设成本高投资大目前在我国具有一定区域规模的建筑能耗监测系统主要由**部门对重要公共建筑用能进行监督建筑用电侧与电力供应侧的发电配电等环节缺乏有效的数据和系统联动在目前智能电网及能源互联网的建设背景下建筑能耗作为需求侧管理的重要一环需要纳入智能电网的系统建设中进行统一规划和建设
2基于物联网的智能建筑能耗监测系统
随着物联网大数据和云计算等新兴技术的发展使得建筑能耗的大规模设备联网运行海量数据采集传输和分析从技术上恋得可能无论从数据的存储设备还是高性能计算服务使得系统部署的成本越来越低本文正是探讨一种基于物联网的建筑能耗监测系统架构模型以期为相关研发建设与智能电网应用提供助力
2.1系统参考模型
物联网是通过多个具备感知能力的传感设备按约定的协议形成自组织智能化的传感器网络再通过智能化的计算和互联技术的支撑实现信息的汇聚整合共享与智能处理鉴于目前智能楼宇的感知传输和记忆技术已经相对完善在物联网三层模型感知层传输层应用层基础上建议引入接入层和平台层概念形成基于物联网的智能建筑能耗监测系统五层模型架构系统架构初步设想如图1所示
2.2系统组成
系统自下而上由设备层接入层传输层平台层和应用层五个层次组成其中:
设备层:由水电气等各种智能能量采集设备组成主要完成建筑能耗数据的采集和上传同时智能设备还可以具备一定的控制功能可以实现对用能设备运行的控制和调节设备层设备通常是不同厂家采用不同的协议主流的协议包括kNXModbusBACnetPLCZigbee等有线及无线协议
接入层:接入层主要是智能建筑物联网网关设备该设备主要完成底层各种通信协议设备数据的集中接入协议统一转换实现能耗数据的规范化接入层网关作为边缘计算设备具备一定的数据存储和计算能力
传输层:传输层包括有线通信和无线通信其中有线通信技术包括中长距离的广域网终如各种宽带网终和短距离的现场总线:无线通信层分为长距离的无线网络如LORANBIOT3G/4G/5G中短距离的无线局城网WiFi超短距离的无线局域网如Zigbee通过有线及无线方式完成数据到存储中心的传输
平台层:平台层主要提供智能建筑能耗数据的统一处理分析为上层应用程序以及其他业务系统提供数据调用访问的接口平台除具备设备接入设备管理规则引擎权限及安全管理等基础功能外还可提供大数据分析人工智能等服务组件为上层应用提供大数据分析挖掘等高性能海量数据处理服务
应用层:应用层调用平台层提供的数据逻辑等元素通过图像表格视频等方式对建筑能耗数据进行可视化管理通过采集到的楼宇环境温湿度和水电空气空调等能耗数据准确地掌握楼宁能耗的分布情况具体特点及通过能耗数据的分析及时地掌握能耗浪费能源流失情况建立大楼能效模型为提高楼宇的节能提供决策依据同时对楼宇中的高功率电器材如空调电视电脑微波炉等进行电量能耗采集准确实时地了解用户的能耗数据发现用户的用能习惯制定供能方案调整供能策略减少不必要的能源浪费实现因地制宜的节能降耗措施应用层应对上提供开放接口支持同能源供应企业综合能源服务商侧的调度系统能源管理系统开展建筑用能评估优化等服务和系统对接更大程度发挥数据价值创造经济效益
2.3其他建议
国家工业互联网解析节点以便于系统及设备间的互联互通;同时制定扶持奖励政策鼓励各商业建筑楼宇积极接入能耗监测平台开展建筑能耗数据的开放共享充分挖掘建筑能耗数据的经济价值和社会效益
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
3.3.3用能统计
对建筑区域分项支路等结构按日月年报表的形式统计对分类能源用能进行统计支持报表数据导出EXCEL支持选择建筑数据进行生成柱状图
3.3.4复费率统计
复费率报表按日月年统计对单栋建筑下不同支路的尖峰平谷用电量及成本费用进行统计分析支持数据导出到EXCEL
3.3.5同比分析
对建筑分项区域支路等用能按日月年以图形和报表结合的方式进行用能数据同比分析
3.3.6能源流向图
能源流向图展示单栋建筑指定时段内各类能源从源头到末端的的能源流向支持按原始值和折标值查看
3.3.7夜间能耗分析
夜间能耗以表格曲线饼图等形式对选择支路分类能源在指定时段工作时间与非工作时间用能统计对比支持导出报表
3.3.8设备管理
设备管理包括设备类型设备台账维保记录等功能辅助用户合理管理设备确保设备的运行
3.3.9用户报告
用户报告针对选定的建筑自动统计各能源的月使用的同环比趋势并提供简单的能耗分析结果针对用电提供单独的复费率用能分析报告可编辑
4.系统硬件配置
应用场景 | 型号 | 图 片 | 保护功能 |
建筑能耗管理系统 | Acrel-5000web | 采用泛在物联云计算大数据移动通讯智能传感等技术手段可为用户提供能源数据采集统计分析能效分析用能预警设备管理等服务平台可以广泛应用于多种领域 | |
智能网关 | ANet-1E2S1 | 采用嵌入式硬件计算机平台具有多个下行通信接口及一个或者多个上行网络接口作为信息采集系统中采集终端与平台系统间的桥梁能够根据不同的采集规约进行水表气表电表微机保护等设备终端的数据采集汇总并使用相应的规约转发现场设备的数据给平台系统 | |
高压重要回路或低压进线柜 | APM810 | 具有全电量测量电能统计电能质量分析及网络通讯等功能主要用于对电网供电质量的综合监控诊断及电能管理该系列仪表采用了模块化设计当客户需要增加开关量输入输出模拟量输入输出SD卡记录以太网通讯时只需在背部插入对应模块即可 | |
APM520 | 三相全电量测量2-63次谐波不平衡度支持付费率越限告警SOE,4-20mA输出 | ||
低压联络柜出线柜 | AEM96 | 三相多功能电能表均集成三相电力参数测量及电能计量及考核管理提供上24时上31日以及上12月的电能数据统计具有63次分次谐波与总谐波含量检测带有开关量输入和继电器输出可实现遥信和遥控功能并具备告警输出可广泛应用于多种控制系统SCADA系统和能源管理系统中 | |
动力柜 | ACR120EL | 测量所有的常用电力参数如三相电流电压有功无功功率电度谐波等并具备完善的通信联网功能非常适合于实时电力监控系统 | |
DTSD1352 | DIN35mm导轨式安装结构体积小巧能测量电能及其他电参量可进行时钟费率时段等参数设置精度高可靠性好性能指标符合国标GB/T17215-2002GB/T17883-1999和电力行业标准DL/T614-2007对电能表的各项技术要求并且具有电能脉冲输出功能可用RS485通讯接口与上位机实现数据交换 | ||
AEW100 | 三相全电量测量剩余电流2-63次谐波支持付费率量值电缆温度可选2G/4G通讯 |
照明箱 | DTSD1352 | DIN35mm导轨式安装结构体积小巧能测量电能及其他电参量可进行时钟费率时段等参数设置精度高可靠性好性能指标符合国标GB/T17215-2002GB/T17883-1999和电力行业标准DL/T614-2007对电能表的各项技术要求并且具有电能脉冲输出功能可用RS485通讯接口与上位机实现数据交换 | |
DDSD1352 | DDSD1352单相电子式电能表主要用于计量低压网络的单相有功电能同时可测量电压电流功率等电量具有红外通讯功能并可选配RS485通讯功能方便用户进行用电监测集抄和管理可灵活安装于配电箱内实现对不同区域和不同负荷的分项电能计量统计和分析 | ||
DDS1352 | 单相电参量UIPQSPFF测量正反向电能计量红外及RS485通讯电流规格10（60）A有功电能精度1级无功精度2级尺寸:1P | ||
ADW300/4G | 计量低压网络的三相有功电能具有RS485通讯和470MHz无线通讯功能方便用户进行用电监测集抄和管理可灵活安装于配电箱内实现对不同区域和不同负荷的分项电能计量统计和分析 | ||
ARCM300T-Z-4G | 三相全电量测量剩余电流2-63次谐波支持付费率量值电缆温度可选2G/4G通讯 | ||
给水管道 | 水表 | 计量流经给水管道用水的体积总量适用于单向水流采用电子直读技术通过RS485总线直接输出表盘数据 |
5结语
楼宇建筑作为智能电网与能源需求侧楼宇建筑用能占据整个能源消耗很大部分在物联网技术迅猛发展的今天利用物联网技术改造传统楼宇能效管理建立基于物联网的楼宇能耗监测系统分析楼宇能量消耗的客观规律以及可能影响因素实现能耗降低节约成本实现对生态环境的保护和提高生活舒适度;同时加强对建筑能效的统一监测管理对减少需求侧电力能源浪费实现电力供需平衡充分挖掘建筑能耗数据的经济价值和社会效益有着非常重要的作用和意义
参考文献
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