摘要:文章分析了智能建筑的能耗監測系統建設和應用現狀，并對存在的問(wèn)題和原因進(jìn)行簡(jiǎn)要分析，在此基礎上探討一種基于物聯(lián)網(wǎng)的智能建筑能耗監測系統架構參考模型，以期實(shí)現樓字中電力能源需求側和供求側的智能聯(lián)動(dòng)運行。

關(guān)鍵詞:智能建筑；能耗監測；物聯(lián)網(wǎng)

0引言

智能建筑，主要指以建筑物為平臺，基于對各類(lèi)智能化信息的綜合應用，集架構、系統、應用、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)調的整合體為人們提供安全、高效、便利及可持續發(fā)展功能環(huán)境的建筑,智能建筑從具體建設實(shí)施方面，主要分為建筑安全與安防綠色和節能、高效和便捷三大類(lèi)應用。

本文主要從綠色和節能角度出發(fā)，分析智能建筑能耗監測系統的應用現狀及存在的不足，并給出一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)建設建筑能耗監測管理系統建設思路，以期探討實(shí)現樓宇中電力能源需求側和供求側的智能聯(lián)動(dòng)運行，推動(dòng)智能電網(wǎng)廣泛應用發(fā)展。

1智能建筑能耗監測現狀及問(wèn)題分析

1.1智能建筑能耗監測現狀分析

在人類(lèi)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，包括居民小區、寫(xiě)字樓、超市、旅館、餐廳食堂、醫院等，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(zhù)城鎮化高速發(fā)展，比例逐年上升。

在我國，現階段樓宇建筑能耗管理系統通常由BAS(建筑自動(dòng)化系統)系統來(lái)實(shí)現的。BAS系統可以根據設置好的程序對電力、照明、空調等動(dòng)力設備進(jìn)行智能化的運行調節從而達到高效節能的目的。目前國內大中型公共及商業(yè)建筑基本配置了BAS系統，然而實(shí)際應用中大部分建筑BAS系統僅僅作為設備狀態(tài)監視和自動(dòng)控制使用，較少真正能夠達到節能目標的系統，樓宇能效智能化監測管理不足。

1.2所存在的問(wèn)題及原因分析

目前智能建筑的能耗監測及管理，主要存在以下三個(gè)問(wèn)題。

1.2.1缺乏建筑大規模聯(lián)網(wǎng)監測

早在2008年，機關(guān)和大型公共建筑的能耗監測系統作了具體規范。目前，全國不少城市也建立了大型公共建筑能耗監測平臺，對重點(diǎn)建筑能耗進(jìn)行實(shí)時(shí)監測，并通過(guò)能耗統計能源審計、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能運行管理水平。但目前的建筑能耗監測平臺所覆蓋的范圍遠遠不夠，尤其一此大型的寫(xiě)字樓、商業(yè)綜合體等商業(yè)建筑，其BAS系統往往服務(wù)于單個(gè)大樓和物業(yè)，由于設備接口不統一、缺乏統一數據規范等技術(shù)或經(jīng)濟原因，無(wú)法接入統一的建筑能耗監測平臺。

1.2.2缺乏建筑能耗大數據的統計分析

由于缺乏建筑能耗的大規模聯(lián)網(wǎng)監測，無(wú)法形成有效的區域建筑能耗大數據采集和分析;建筑運行系統復雜而龐大，建筑能源數據管理混亂，不同系統數據之間缺乏有效溝通與對比。只有當數據積累到一定量后，才可以從中進(jìn)行大數據分析，找出海量數據中隱藏的有價(jià)值信息和運行規律，進(jìn)而為建筑設備的節能優(yōu)化運行提供模型和數據參考。

1.2.3缺少與智能電網(wǎng)輸電、配電側的聯(lián)動(dòng)

統一的建筑能耗監測系統，由于覆蓋范圍大，通常是以一個(gè)城市為主體，使得系統的建設成本高，投資大。目前在我國具有一定區域規模的建筑能耗監測系統主要由**部門(mén)對重要公共建筑用能進(jìn)行監督。建筑用電側與電力供應側的發(fā)電、配電等環(huán)節缺乏有效的數據和系統聯(lián)動(dòng)在目前智能電網(wǎng)及能源互聯(lián)網(wǎng)的建設背景下，建筑能耗作為需求側管理的重要一環(huán)，需要納入智能電網(wǎng)的系統建設中進(jìn)行統一規劃和建設。

2基于物聯(lián)網(wǎng)的智能建筑能耗監測系統

隨著(zhù)物聯(lián)網(wǎng)、大數據和云計算等新興技術(shù)的發(fā)展，使得建筑能耗的大規模設備聯(lián)網(wǎng)運行、海量數據采集、傳輸和分析從技術(shù)上戀得可能，無(wú)論從數據的存儲設備還是高性能計算服務(wù)，使得系統部署的成本越來(lái)越低。本文正是探討一種基于物聯(lián)網(wǎng)的建筑能耗監測系統架構模型，以期為相關(guān)研發(fā)建設與智能電網(wǎng)應用提供助力。

2.1系統參考模型

物聯(lián)網(wǎng)是通過(guò)多個(gè)具備感知能力的傳感設備，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(guò)智能化的計算和互聯(lián)技術(shù)的支撐，實(shí)現信息的匯聚、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)相對完善，在物聯(lián)網(wǎng)三層模型(感知層、傳輸層、應用層)基礎上，建議引入接入層和平臺層概念，形成基于物聯(lián)網(wǎng)的智能建筑能耗監測系統五層模型架構。系統架構初步設想如圖1所示。

2.2系統組成

系統自下而上由設備層、接入層、傳輸層、平臺層和應用層五個(gè)層次組成。其中:

設備層:由水、電、氣等各種智能能量采集設備組成主要完成建筑能耗數據的采集和上傳。同時(shí)智能設備還可以具備一定的控制功能，可以實(shí)現對用能設備運行的控制和調節。設備層設備通常是不同廠(chǎng)家采用不同的協(xié)議，主流的協(xié)議包括kNX、Modbus、BACnet、PLC、Zigbee等有線(xiàn)及無(wú)線(xiàn)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)設備，該設備主要完成底層各種通信協(xié)議設備數據的集中接入、協(xié)議統一轉換，實(shí)現能耗數據的規范化。接入層網(wǎng)關(guān)作為邊緣計算設備，具備一定的數據存儲和計算能力。

傳輸層:傳輸層包括有線(xiàn)通信和無(wú)線(xiàn)通信。其中有線(xiàn)通信技術(shù)包括中長(cháng)距離的廣域網(wǎng)終(如各種寬帶網(wǎng)終)和短距離的現場(chǎng)總線(xiàn):無(wú)線(xiàn)通信層分為長(cháng)距離的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )(如LORA、NBIOT、3G/4G/5G)、中短距離的無(wú)線(xiàn)局城網(wǎng)(WiFi)、超短距離的無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)(如Zigbee)。通過(guò)有線(xiàn)及無(wú)線(xiàn)方式，完成數據到存儲中心的傳輸。

平臺層:平臺層主要提供智能建筑能耗數據的統一處理、分析，為上層應用程序以及其他業(yè)務(wù)系統提供數據調用訪(fǎng)問(wèn)的接口。平臺除具備設備接入、設備管理、規則引擎權限及安全管理等基礎功能外，還可提供大數據分析、人工智能等服務(wù)組件，為上層應用提供大數據分析挖掘等高性能海量數據處理服務(wù)。

應用層:應用層調用平臺層提供的數據、邏輯等元素通過(guò)圖像、表格、視頻等方式對建筑能耗數據進(jìn)行可視化管理。通過(guò)采集到的樓宇環(huán)境溫濕度和水、電、空氣、空調等能耗數據，準確地掌握樓寧能耗的分布情況、具體特點(diǎn)及通過(guò)能耗數據的分析，及時(shí)地掌握能耗浪費、能源流失情況建立大樓能效模型，為提高樓宇的節能提供決策依據。同時(shí)，對樓宇中的高功率電器材如空調、電視、電腦微波爐等進(jìn)行電量能耗采集，準確實(shí)時(shí)地了解用戶(hù)的能耗數據，發(fā)現用戶(hù)的用能習慣，制定供能方案，調整供能策略減少不必要的能源浪費，實(shí)現因地制宜的節能降耗措施。應用層應對上提供開(kāi)放接口，支持同能源供應企業(yè)綜合能源服務(wù)商側的調度系統、能源管理系統開(kāi)展建筑用能評估優(yōu)化等服務(wù)和系統對接，更大程度發(fā)揮數據價(jià)值，創(chuàng )造經(jīng)濟效益。

2.3其他建議

國家工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)解析節點(diǎn)以便于系統及設備間的互聯(lián)互通;同時(shí)制定扶持獎勵政策鼓勵各商業(yè)建筑樓宇積極接入能耗監測平臺，開(kāi)展建筑能耗數據的開(kāi)放共享，充分挖掘建筑能耗數據的經(jīng)濟價(jià)值和社會(huì )效益。

3安科瑞建筑能耗分析系統

3.1概述

Acrel-5000web建筑能耗分析系統是用戶(hù)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)量等集中采集與分析，通過(guò)對用戶(hù)端所有能耗進(jìn)行細分和統計，以直觀(guān)的數據和圖表向管理人員或決策層展示各類(lèi)能源的使用消耗情況，便于找出高耗能點(diǎn)或不合理的耗能習慣，有效節約能源，為用戶(hù)進(jìn)一步節能改造或設備升級提供準確的數據支撐。用戶(hù)可按照國家有關(guān)規定實(shí)施能源計算，分析現狀，查找問(wèn)題，挖掘節能潛力，提出切實(shí)可行的節能措施，并向縣級以上管理節能工作的部門(mén)報送能源計算報告。

3.2應用場(chǎng)所

適用于公共建筑、集團公司、工業(yè)園區、大型物業(yè)、學(xué)校、醫院、企業(yè)等不同行業(yè)的能耗監測與管理的系統設計、施工和運行維護。

3.3系統功能

3.3.1系統概況

平臺運行狀態(tài)，當月能耗折算、地圖導航，各能耗逐時(shí)、逐月曲線(xiàn)，當日，當月能耗同比分析滾動(dòng)顯示。

3.3.2用能概況

對建筑、部門(mén)、區域、支路、分類(lèi)分項等用能進(jìn)行對比，支持當日逐時(shí)趨勢、當月逐日趨勢曲線(xiàn)、分時(shí)段能耗統計對比、總能耗同環(huán)比對比。

3.3.3用能統計

對建筑、區域、分項、支路等結構按日、月、年報表的形式統計對分類(lèi)能源用能進(jìn)行統計，支持報表數據導出EXCEL，支持選擇建筑數據進(jìn)行生成柱狀圖。

3.3.4復費率統計

復費率報表按日、月、年統計對單棟建筑下不同支路的尖、峰、平、谷用電量及成本費用進(jìn)行統計分析。支持數據導出到EXCEL。

3.3.5同比分析

對建筑、分項、區域、支路等用能按日、月、年以圖形和報表結合的方式進(jìn)行用能數據同比分析。

3.3.6能源流向圖

能源流向圖展示單棟建筑時(shí)段內各類(lèi)能源從源頭到末端的的能源流向，支持按原始值和折標值查看。

3.3.7夜間能耗分析

夜間能耗以表格、曲線(xiàn)、餅圖等形式對選擇支路分類(lèi)能源在時(shí)段工作時(shí)間與非工作時(shí)間用能統計對比，支持導出報表。

3.3.8設備管理

設備管理包括，設備類(lèi)型、設備臺賬、維保記錄等功能。輔助用戶(hù)合理管理設備，確保設備的運行。

3.3.9用戶(hù)報告

用戶(hù)報告針對選定的建筑自動(dòng)統計各能源的月使用的同環(huán)比趨勢，并提供簡(jiǎn)單的能耗分析結果，針對用電提供單獨的復費率用能分析，報告可編輯。

4.系統硬件配置

5結語(yǔ)

樓宇建筑作為智能電網(wǎng)與能源需求側，樓宇建筑用能占據整個(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)改造傳統樓宇能效管理，建立基于物聯(lián)網(wǎng)的樓宇能耗監測系統，分析樓宇能量消耗的客觀(guān)規律以及可能影響因素，實(shí)現能耗降低、節約成本，實(shí)現對生態(tài)環(huán)境的保護和提高生活舒適度;同時(shí)加強對建筑能效的統一監測管理，對減少需求側電力能源浪費、實(shí)現電力供需平衡充分挖掘建筑能耗數據的經(jīng)濟價(jià)值和社會(huì )效益，有著(zhù)非常重要的作用和意義。

參考文獻

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