淺談建筑配電能耗平臺與環境監測管理系統的研究

文章更新時間：2023-08-22　點擊量：691

摘要：鑒于國內高能耗建筑缺乏有效的能源監測系統，提出了基于物聯網技術的可視化建筑能耗和環境監測系統方案，提出了平臺結構，詳細介紹了平臺的配置和系統的特點。

關鍵詞：建筑能耗；環境監測；節能；物聯網；

引言

隨著我國城市化進程的加快，預計到2020年，全國城市生活人口將達到56%以上，第三產業占GDP的比重可能超過45%[1]相應的建筑設施也將翻番，建筑能耗的大幅增加將不可避免。隨著能耗問題的日益突出，如何實現能耗管理和能源成本降低已成為我國的首要任務。準煤高出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、商場、寫字樓等大型公共建筑面積僅占民用建筑的5.4%，但年用電量高達33億kW·h，接近全市居民的生活。

1建筑能耗分析

目前，建筑能耗與工業能耗和交通能耗并列，已成為我國能耗的三大“能耗大戶"。目前，我國每年新建房屋20億m2中，99%以上是高能耗建筑；在現有約430億m2建筑中，只有4%采取了能效措施，單位建筑面積采暖能耗是發達國家新建建筑的3倍以上。據測算，如果不采取有效措施，到2020年，我國建筑能耗將是目前的3倍以上。

在我國能源消費中，建筑能耗占很大比例。據統計，建筑能耗在我國能源總消費中的比例已達27%．6％，發達國家的建筑能耗一般占全國總能耗的30%～40％。[2]在建筑能耗方面，國家辦公樓和大型公共建筑的高能耗問題日益突出。據統計，國家辦公樓和大型公共建筑單位年用電量達到70%～300kW·h，為普通居民住宅10棟～20倍，占全國城鎮總用電量的22%。以北京為例，[3]據調查，在北京機構的能源消費中，單位建筑面積的年用電量約為80%～150kW·h，4是居民住宅～8倍；行政年人均能耗為3.35t標準煤，比全市人均生活能耗為0.47t標準煤的50%，單位面積年平均能耗為普通住宅的5倍～10倍。

這類建筑一般缺乏詳細的能源計量，現有數據不能滿足能源消耗分析的需要，不能及時準確地發現能源消耗問題。為了更好地開展大型公共建筑節能工作，我們詳細掌握了建筑的各種能源消耗，通過這些能源消耗和建筑環境分析發現建筑能源問題，為未來的節能管理和節能改造提供依據，建筑能源消耗和環境監測管理系統在這個過程中發揮著關鍵作用。

2系統概述

基于物聯網技術的建筑能耗和環境監測系統監測建筑能耗中的電、水、氣、熱、冷五種能源系統，并結合建筑內部環境監測系統分析能耗數據。現場總線的技術應用（modbus）該儀器實現了基于泛在無線傳感網的五種能源系統的數據采集，采用泛在無線傳感網的數據采集(UNIT)探測器實現環境參數監測，采用工業數據庫和組態軟件實現數據采集的總結和分析。系統結構如圖1所示。

該系統包括能耗監測和環境監測兩部分。其中，能耗監測按能源類別分類進行監測、統計和數據分析，分為電、水、氣、熱、冷五類；其中，電分為兩級監測、電①級別分項：照明插座用電、空調用電、動力用電和特殊用電四個分項，電量用電②分類：照明插座電源包括房間照明電源、插座電源、走廊電源、應急照明電源和室外景觀照明電源5②等級分項，空調用電包括冷熱站用電和空調末端用電②級別分項，動力用電包括電梯用電、水泵用電和通風機用電②等級分項，特殊用電包括信息室、洗衣房、廚房、餐廳、游泳池、健身房6個②等級分項，其他分類能耗不分項監測。環境監測部分為：溫度、濕度、一氧化碳、水浸、光照、紅外檢測等。

2.1系統平臺建設

該系統以計算機、通信設備、測控單元為基本工具，為大型公共建筑的實時數據采集、開關狀態監控和遠程管理控制提供基本平臺，可與檢測控制設備形成任何復雜的監控系統。該系統主要采用分層分布式計算機網絡結構，一般分為三層：站控管理層、網絡通信層和現場設備層。

站控管理層；網絡通訊層；現場設備層層；

2.2系統主要部件技術性能指標

數據采集器；電力采集系統；水量采集系統；氣量采集系統；制熱采集系統；

制冷量采集系統；環境監測系統；數據房及監測系統；

3系統特點

針對現代建筑能耗和環境監測系統監測點數量大、密集、布線復雜的特點，提出了基于物聯網技術的可視化建筑能耗和環境監測系統解決方案。通過構建基于無線傳感網的物聯網網絡系統，開發具有能耗管理和節能策略分析功能的軟件平臺，實現建筑能耗和室內環境的可視化監測和管理。該系統的優點是：

基于物聯網技術，對建筑能耗和建筑環境系統進行統一監測，根據建筑環境分析建筑能耗狀態，得出能耗系統的綜合評價，優化能源配置。

監測系統傳感層采用無線傳感技術建立無線傳感網絡，可大大減少接線工作或無接線，不改造現有能耗設備，工程安裝維護簡單方便。減少建筑能耗和環境監測系統的建設和綜合接線對環境的影響，減少投資和工期，特別適用于現有建筑和設施。

該系統采用模塊化結構，結構簡單，擴展功能強，可以方便地滿足用戶未來的需求。內部網絡網絡靈活，可隨時增加或減少傳感節點系統的維護，任何節點的故障都不會影響系統的工作。

使用智能終端可以通過GPRS或互聯網進行遠程管理和監控。同時具有本地數據存儲功能，保證數據完整性。

建筑能耗和環境監測實現可視化管理，能耗分析報告自動生成，能耗報告自動打印，操作管理方便。

該系統將建筑能耗監測與建筑環境監測有效結合，實現能源優化配置；無線網絡模式和模塊化結構結構簡單，網絡方便，施工改造方便；可視化界面為維護管理人員提供了更方便的操作管理模式，易于推廣，是建設綠色節能建筑的有效途徑。項目的應用可以大大提高建筑能源利用效率，有效緩解當前能源緊張的壓力，具有廣闊的市場前景和良好的經濟效益，對緩解國家能源短缺，實現節能減排溫室氣體規劃目標，促進國民經濟可持續發展具有重要而深遠的意義。

4安科瑞建筑能耗分析系統

4.1概述

Acrel-5000web建筑能耗分析系統是用戶端能源管理分析系統。在電能管理系統的基礎上，增加了對水、氣、煤、油、熱（冷）量的集中采集和分析。通過對用戶端所有能耗的細分和統計，將各種能源的消耗情況以直觀的數據和圖表顯示給管理者或決策層，便于找出高能耗點或不合理的能耗習慣，有效節約能源，為用戶進一步節能改造或設備升級提供準確的數據支持。用戶可按照國家有關規定實施能源計算，分析現狀，發現問題，挖掘節能潛力，提出切實可行的節能措施，并向縣級以上節能管理部門報送能源計算報告。

4.2應用場所

系統設計、施工、運維，適用于公共建筑、集團公司、工業園區、大型物業、學校、醫院、企業等不同行業的能耗監測和管理。

4.3系統功能

系統概況；能源使用概況；能源使用統計；復費率統計；同比分析；能源流向圖；夜間能耗分析；設備管理；用戶報告

5系統硬件配置