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淺談物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在公共建筑的能耗檢測(cè)系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)應(yīng)用

更新時(shí)間：2022-12-14

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吳柯霓

安科瑞電氣股份有限公司上海嘉定 201801

引言

雖然我國建筑業(yè)取得了突破性進(jìn)展，但建筑耗能卻日益增加，并且已經(jīng)發(fā)展成為社會(huì)熱點(diǎn)問題。同時(shí)隨著數(shù)字化技術(shù)的進(jìn)步，使得建筑行業(yè)逐漸沿著智能建筑群的方向發(fā)展，其主要作用是實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑能耗的微觀和宏觀管理，保證建筑的節(jié)能。

一、物聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)涵與結(jié)構(gòu)

1.物聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)涵

所謂的物聯(lián)網(wǎng)就是通過信息傳感設(shè)備（如激光掃描器定系傳感器射頻識(shí)別）等將互聯(lián)網(wǎng)連接任一物品，并且在遵循相關(guān)協(xié)議的情況下進(jìn)行信息通信和交換，進(jìn)而將智能化識(shí)別管理監(jiān)控和定位實(shí)現(xiàn)的一種網(wǎng)絡(luò)。互聯(lián)網(wǎng)仍然是物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)和核心，可以說物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)的擴(kuò)展和延伸。物聯(lián)網(wǎng)的本質(zhì)主要從以下幾個(gè)方面體現(xiàn):一是智能化特征,也就是網(wǎng)絡(luò)的智能控制自我反饋與自動(dòng)化處理的特點(diǎn)體現(xiàn)；二是具備互聯(lián)網(wǎng)的特征，也就是物與物之間能夠通過互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)互通互聯(lián);三是具有通信和識(shí)別的特征，也就是納入物聯(lián)網(wǎng)的“物"能夠具備物物通信的功能和自動(dòng)識(shí)別功能。

2.物聯(lián)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)

通常情況下，物聯(lián)網(wǎng)可以分為三大塊,一是應(yīng)用層，也就是在對(duì)客戶需求充分了解的基礎(chǔ)上，借助感知狀態(tài)和數(shù)據(jù)將特定有效的服務(wù)應(yīng)用層為用戶提供，二是網(wǎng)絡(luò)層，也就是將數(shù)據(jù)從底層傳感器向互聯(lián)網(wǎng)上的網(wǎng)絡(luò)層傳輸，網(wǎng)絡(luò)層通過衛(wèi)星通信WIFI ,4G和以太網(wǎng)等接入技術(shù)接入互聯(lián)網(wǎng),云技術(shù)強(qiáng)大的計(jì)算能力査詢能力和存儲(chǔ)能力均屬于該層的設(shè)計(jì)。三是感知層,涉及的主要為數(shù)據(jù)采集控制設(shè)備，具體包括傳感器與設(shè)備互聯(lián)底層傳感網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的設(shè)備感知層，物聯(lián)網(wǎng)的底層基礎(chǔ)主要由感知層的傳感網(wǎng)絡(luò)射頻識(shí)別智能傳感器智能終端組成。

二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)

結(jié)合公共建筑的特征，對(duì)建筑能耗系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì),使其滿足以下需求:一是能夠?qū)步ㄖ哪苓M(jìn)行分區(qū)域和分建筑的檢測(cè)，促進(jìn)耗能考核的便捷同時(shí)為建筑節(jié)能的改進(jìn)提供數(shù)據(jù)支撐。二是在進(jìn)行節(jié)能系統(tǒng)設(shè)計(jì)的時(shí)候，對(duì)后續(xù)的節(jié)能改造技術(shù)充分的考慮，確保后期的控制和檢測(cè)設(shè)備的接入空間充足,同時(shí)將充足的軟件接口和硬件接口為后期的節(jié)能控制設(shè)計(jì)預(yù)留，涉及的主要包括電熱水器控制、采暖控制、照明控制和空調(diào)系統(tǒng)控制等。三是能夠?qū)⒔ㄔO(shè)中的通訊設(shè)備充分的利用，實(shí)現(xiàn)有線和無線的兼容。四是將計(jì)算功能實(shí)時(shí)進(jìn)行，進(jìn)而更好地統(tǒng)計(jì)耗能數(shù)據(jù)。五是長期存儲(chǔ)大量能耗數(shù)據(jù)。

在以上要求的基礎(chǔ)上，可以將整個(gè)系統(tǒng)分為能耗管理分析平臺(tái)、樓層數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)和模塊化智能耗能終端。其中智能耗能終端位于下端,并在能耗計(jì)量點(diǎn)安裝，其工作任務(wù)是將一般數(shù)據(jù)功能轉(zhuǎn)化采集能耗數(shù)據(jù)功能，在網(wǎng)絡(luò)連接模塊的作用下，樓層的數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)器傳輸數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)器實(shí)現(xiàn)。通常情況下與各能耗采集終端較近的是數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)器，與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的距離較遠(yuǎn)，可采取有線或者是無線連接的方式。

數(shù)據(jù)緩存是一般配有的，能夠保障大型耗能數(shù)據(jù)。傳輸過程中具有可靠性。能耗管理分析平臺(tái)位于上層，在功能上主要表現(xiàn)為以下兩個(gè)方面:一是能耗數(shù)據(jù)展示和加工以Web應(yīng)用為基礎(chǔ);二是持久性存儲(chǔ)耗能數(shù)據(jù),在二次開發(fā)的應(yīng)用連接各個(gè)終端用戶,在將耗能展示和分析功能完成的.同時(shí)，為節(jié)能措施的制定提供支撐和參照。

三、物聯(lián)網(wǎng)在公共建筑能耗檢測(cè)系統(tǒng)中的具體應(yīng)用方法

借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行公共建筑的檢測(cè),除了將建筑能耗的細(xì)粒度尺度進(jìn)行掌握之外，還可以監(jiān)測(cè)各種運(yùn)行參數(shù)，進(jìn)而對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和統(tǒng)計(jì)處理，實(shí)現(xiàn)建筑能耗的逐漸改善。對(duì)于公共建筑來說，綜合分析電力抄表子系統(tǒng)電梯控制子系統(tǒng)照明控制子系統(tǒng)及其空調(diào)控制子系統(tǒng)是主要的能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng),基于物聯(lián)網(wǎng)具有支持大規(guī)模網(wǎng)和全Mesh路由功能，因此在公共建筑能耗監(jiān)測(cè)和控制過程中，能夠?qū)⒓夹g(shù)支撐有效的提供。

1.物聯(lián)網(wǎng)通信系統(tǒng)在建筑能耗監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

在對(duì)大型公共建筑進(jìn)行能耗監(jiān)測(cè)和控制的時(shí)候,節(jié)點(diǎn)多為數(shù)據(jù)采集點(diǎn)，他的作用優(yōu)勢(shì)是將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行周期性采集，具體包括電能表電量及其環(huán)境溫度等。再就是將數(shù)據(jù)以中斷的方式進(jìn)行采集,例如將電梯的動(dòng)作啟停。基于休眠狀態(tài)是節(jié)點(diǎn)的主要狀態(tài)，在將電池供電選用數(shù)據(jù)通過終端節(jié)點(diǎn)采集的情況下，將特定的設(shè)備選用，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)向監(jiān)控設(shè)備的轉(zhuǎn)發(fā)。該轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)是路由節(jié)點(diǎn)的范疇，通常情況下終端節(jié)點(diǎn)選用的是主供電方式，在此過程中，無需考慮節(jié)點(diǎn)的休眠狀態(tài)，故而也可以將其當(dāng)做路由節(jié)點(diǎn),將數(shù)據(jù)采集布設(shè)于監(jiān)控，這樣數(shù)據(jù)在通就系統(tǒng)采集之后,就能夠在數(shù)據(jù)采集的作用下進(jìn)行，同時(shí)再由綜合分析子系統(tǒng)軟件進(jìn)行監(jiān)控，與此同時(shí)，數(shù)據(jù)采集網(wǎng)也能夠?qū)⒈O(jiān)控的控制命令向各個(gè)監(jiān)控子系統(tǒng)發(fā)送。

2.建筑能耗監(jiān)控系統(tǒng)功能劃分

人員位置采集器、溫濕度采集器、空調(diào)強(qiáng)控器屬于空調(diào)監(jiān)控子系統(tǒng)的重要組成部分，其中該區(qū)域的濕度和溫度主要通過溫濕度采集器進(jìn)行采集，同時(shí)向空調(diào)強(qiáng)控器發(fā)送信息，再借助空調(diào)強(qiáng)控器比較預(yù)設(shè)值和實(shí)際的溫度與濕度，進(jìn)而對(duì)空調(diào)的運(yùn)行予以控制，該區(qū)域的人員信息通過人員采集器向空調(diào)強(qiáng)控器提供,并且以適當(dāng)?shù)目刂颇Ｊ絽f(xié)助空調(diào)通過照明控制子系統(tǒng)，將人員信息和光照度信息向照明強(qiáng)控器傳遞，以此來實(shí)現(xiàn)照明燈具開關(guān)的控制。而電梯監(jiān)控子系統(tǒng)在實(shí)時(shí)感知運(yùn)行狀態(tài)的情況下將數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，對(duì)電梯的運(yùn)行實(shí)時(shí)控制和監(jiān)測(cè)，進(jìn)而不斷的優(yōu)化建筑的能耗。在將無線通訊模塊增加到電能表的情況下，就能實(shí)現(xiàn)電子抄表子系統(tǒng)對(duì)電能表數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程采集。電力抄表子系統(tǒng)對(duì)電能表數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程運(yùn)輸和自動(dòng)采集，對(duì)建筑耗能進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，除可將控制策略不斷優(yōu)化之外，還可以通過遠(yuǎn)程技術(shù)對(duì)電梯照明及空調(diào)進(jìn)行控制，使建筑的運(yùn)行成本及耗能大大降低。

四、建筑能耗分析系統(tǒng)

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。

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.系統(tǒng)組網(wǎng)圖

五、系統(tǒng)功能

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。

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.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。

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。

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。

6.能源流向圖

能源流向圖展示單棟建筑對(duì)應(yīng)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。

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對(duì)應(yīng)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。

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。

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。

六、系統(tǒng)硬件配置

七、結(jié)語

在公共建筑節(jié)能減排工作中引進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),將物聯(lián)網(wǎng)的分層技術(shù)充分應(yīng)用于能耗的檢測(cè)和感知，可保證基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)獲得的準(zhǔn)確性和科學(xué)性。同時(shí)采用WIFI ,4G和以太網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)傳輸方式將數(shù)據(jù)傳輸,在對(duì)公共建筑能耗有效檢測(cè)的同時(shí)，也可實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)的管理。除此之外，還可以進(jìn)行能耗數(shù)據(jù)的分析、查詢、加工和存儲(chǔ)，使節(jié)能運(yùn)行水平與能源管理水平大大提升，從而滿足公共建筑的能耗檢測(cè)和管理需求,實(shí)現(xiàn)建筑行業(yè)的節(jié)能化發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]錢濤.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的建筑能耗動(dòng)態(tài)監(jiān)管系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].

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[6]于秋紅.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)公共建筑的能耗檢測(cè)系統(tǒng).

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

作者介紹：

吳柯霓，女，本科，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向?yàn)榻ㄖ芎南到y(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用。