王庭國(guó)

(福建閩冠偉業(yè)智能科技有限公司 福建福州 350100)

0 引言

隨著節(jié)能減排政策推進(jìn)，建筑能耗問(wèn)題越來(lái)越受到人們關(guān)注。為了方便人們了解建筑實(shí)時(shí)能耗和改變用戶(hù)的用電習(xí)慣，降低用能客戶(hù)能源成本，同時(shí)便于電網(wǎng)企業(yè)實(shí)施區(qū)域性建筑樓群的需求側(cè)管理，滿(mǎn)足政府對(duì)建筑領(lǐng)域技術(shù)節(jié)能和管理節(jié)能的整體要求，本文主要介紹建筑的能耗監(jiān)測(cè)與智能控制系統(tǒng)[1]。

1 系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)圖

傳感器——輸入操作指令，發(fā)送到管理主機(jī)或執(zhí)行器。

執(zhí)行器——輸出動(dòng)作指令，執(zhí)行樓宇設(shè)備的通斷及調(diào)節(jié)。

管理主機(jī)——信息處理中心，接收指令和傳達(dá)指令到執(zhí)行器，執(zhí)行器動(dòng)作。

通信模塊——傳遞信息指令，信息聯(lián)接指令傳輸通信。

動(dòng)作元件——接收信息指令，執(zhí)行相關(guān)動(dòng)作的配套元件。

云平臺(tái)——分析處理采集的各方面數(shù)據(jù)，并發(fā)出告警及管理指令。

2 技術(shù)方法

建筑能耗檢測(cè)與智能控制的能效服務(wù)，通過(guò)采集器和智能管理主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與智能控制。智能管理主機(jī)一方面通過(guò)RS485總線與底層各種設(shè)備連接通訊，另一方面通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)與頂層設(shè)備的建筑能效監(jiān)測(cè)與控制管理中心連接通訊，有關(guān)電表、水表、煤氣表、熱能表則通過(guò)RS485總線與能耗采集器連接，并將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)緩存至能耗采集器，能耗采集器通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)與頂層(設(shè)備)的監(jiān)測(cè)與控制管理中心連接通訊，對(duì)建筑實(shí)現(xiàn)主動(dòng)控制或智能控制的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑的節(jié)能服務(wù)管理。

底層各種設(shè)備包括：帶有RS485總線接口的電表、水表、煤氣表、熱能表、能耗監(jiān)測(cè)控制插座、能耗監(jiān)測(cè)控制開(kāi)關(guān)執(zhí)行器、智能照明控制面板、數(shù)據(jù)采集器、紅外轉(zhuǎn)發(fā)器等。

頂層設(shè)備包括：服務(wù)器、電腦以及管理系統(tǒng)軟件等，頂層設(shè)備對(duì)對(duì)底層各種設(shè)備、四表進(jìn)行數(shù)據(jù)收集、監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)分析，同時(shí)做出相應(yīng)的判斷、操作，必要時(shí)對(duì)底層各種設(shè)備進(jìn)行控制、設(shè)置或編程。

該系統(tǒng)可以通過(guò)服務(wù)器向手機(jī)APP端推送各種信息，同時(shí)也接收手機(jī)APP端的操作指令，就是通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控與控制，實(shí)現(xiàn)與上級(jí)平臺(tái)的通訊，實(shí)現(xiàn)更大范圍用能終端的監(jiān)測(cè)與管理，形成電能服務(wù)管理平臺(tái)與建筑能效服務(wù)云平臺(tái)的融合對(duì)接，以實(shí)現(xiàn)對(duì)所有用戶(hù)進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、分析、預(yù)警，并實(shí)施主動(dòng)控制或智能控制的方式，實(shí)現(xiàn)建筑能效的動(dòng)態(tài)優(yōu)化控制策略，進(jìn)而提供用戶(hù)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)指導(dǎo)方案。

3 系統(tǒng)組成架構(gòu)

建筑能耗監(jiān)測(cè)與智能控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成，是由各元件通過(guò)總線連接成一條支線，幾條支線組成一個(gè)區(qū)域，幾個(gè)區(qū)域構(gòu)成一個(gè)大的系統(tǒng)。一條支線可以最多連接64個(gè)總線元件，每個(gè)區(qū)域最多可以容納15條支線，每個(gè)系統(tǒng)最多可以有15個(gè)區(qū)域。系統(tǒng)組成構(gòu)架如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)組成架構(gòu)

在系統(tǒng)比較小、一條支線足以容納的情況下，可以不必配置線路耦合器，如圖3所示。在同一條支線內(nèi)，電源模塊與MG元件的最遠(yuǎn)距離為350m，兩個(gè)元件最大距離為700m，整條支線的長(zhǎng)度最大不超過(guò)1000m。支線與支線之間的相連稱(chēng)為主干線，同樣需要一個(gè)電源進(jìn)行供電，對(duì)總線元件數(shù)量和距離的要求與支線相同。

圖3 不配置線路耦合器系統(tǒng)組成構(gòu)架圖

圖4 配置智能主機(jī)系統(tǒng)組成架構(gòu)圖

系統(tǒng)也可以通過(guò)智能管理主機(jī)直接與以太網(wǎng)相連，如圖4所示。在這種情況下，智能管理主機(jī)可以替代線路耦合器或者中轉(zhuǎn)器的作用。這種方式可以解決超遠(yuǎn)距離傳輸?shù)膯?wèn)題，同時(shí)可以提高系統(tǒng)主干線的傳輸速率。

4 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用

4.1 物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集技術(shù)

針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)全面感知及信息處理向智能化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，本研究方向從多功能傳感芯片與元器件、嵌入式傳感系統(tǒng)、感知信息融合處理等3個(gè)層次開(kāi)展研究工作[2-3]。

(1)多功能傳感芯片與元器件

物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)在很多情況下都需要在一個(gè)復(fù)雜環(huán)境下感知多個(gè)多類(lèi)物理信息，本方向重點(diǎn)研究多傳感在芯片級(jí)、元器件級(jí)的集成創(chuàng)新。

(2)嵌入式傳感系統(tǒng)

傳感器網(wǎng)絡(luò)綜合了傳感器技術(shù)、嵌入式計(jì)算技術(shù)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)及無(wú)線通信技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)等，能夠通過(guò)各類(lèi)集成化的微型傳感器協(xié)作實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、感知和采集各種環(huán)境或監(jiān)測(cè)對(duì)象的信息，是物聯(lián)網(wǎng)全面感知的重要手段。

(3)感知信息融合處理

物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中多類(lèi)多個(gè)傳感器感知信息的融合處理，直接關(guān)系到信息采集的有效性、準(zhǔn)確性與可靠性。通過(guò)有效信息的提取、網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)感知和自適應(yīng)編碼等手段，提高多媒體信號(hào)在網(wǎng)絡(luò)傳輸過(guò)程中的服務(wù)質(zhì)量。

4.2 總體技術(shù)框架

4.2.1平臺(tái)功能框架

建筑能耗監(jiān)測(cè)與智能控制，主要是針對(duì)建筑物的水、電、煤、氣的消耗使用情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并以此為基礎(chǔ)進(jìn)行各個(gè)耗能設(shè)備的智能控制。本平臺(tái)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)為建筑、設(shè)備管理、物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集中間部件、數(shù)據(jù)接口、權(quán)限體系，并在此基礎(chǔ)上搭建能源管理系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)配電房、燃?xì)廪D(zhuǎn)壓、供水泵房、換熱站進(jìn)行各項(xiàng)耗能情況的檢測(cè)，通過(guò)空調(diào)管理、路燈管理、工程管理優(yōu)化耗能結(jié)構(gòu)，最終實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)能耗、分項(xiàng)能耗、設(shè)備狀態(tài)、實(shí)時(shí)預(yù)警，以此實(shí)現(xiàn)能源審計(jì)與能源公示，并取得建筑節(jié)能方案的優(yōu)化。平臺(tái)功能框架圖5所示。

圖5 平臺(tái)功能框架圖

4.2.2平臺(tái)技術(shù)架構(gòu)

平臺(tái)通過(guò)工業(yè)組態(tài)數(shù)據(jù)采集接口、安防數(shù)據(jù)接口等各種接口，通過(guò)統(tǒng)一的通信中間件或者OPC開(kāi)放協(xié)議，向各個(gè)數(shù)據(jù)單元傳輸數(shù)據(jù)，通過(guò)建模分析各個(gè)數(shù)據(jù)，生成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、預(yù)警數(shù)據(jù)，并最終與各終端應(yīng)用相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)建筑的能耗檢測(cè)與智能控制。平臺(tái)技術(shù)架構(gòu)如圖6所示。

圖6 平臺(tái)技術(shù)架構(gòu)

4.3 建筑能耗監(jiān)測(cè)

4.3.1能耗分類(lèi)分項(xiàng)

(1)建筑基本信息采集與統(tǒng)計(jì)，含建筑物基本信息調(diào)查，建筑近年能耗水耗賬單采集與統(tǒng)計(jì)；

(2)建筑分類(lèi)能耗，包括電量、水量、燃?xì)?、集中供熱量、集中供冷量、煤、液化石油氣、人工煤氣、汽油、煤油、柴油、可再生能源、其他能源?yīng)用量；

(3)建筑分類(lèi)水耗，包括市政自來(lái)水耗量、非傳統(tǒng)水源利用量；

(4)室內(nèi)耗能設(shè)備或系統(tǒng)基本信息采集與統(tǒng)計(jì)；

(5)運(yùn)行管理節(jié)能及行為節(jié)能調(diào)查(含建筑用能管理制度)、建筑內(nèi)人員行為節(jié)能調(diào)查。

4.3.2能耗診斷

設(shè)計(jì)一套實(shí)用的能耗分析初步方案，包括能耗參考值設(shè)置、能源使用量分析、能源使用費(fèi)用分析、能耗總基準(zhǔn)分析、能耗平均基準(zhǔn)分析、分項(xiàng)回路分析和能耗分析報(bào)告，實(shí)現(xiàn)能耗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)處理和節(jié)能分析。

4.3.3能耗公示

(1)建筑基本信息

建筑基本信息，包括建筑名稱(chēng)、建筑面積、建筑層高、建筑層數(shù)、建筑功能、建成及使用年份、常駐人數(shù)、主要用能方式等。

(2)能耗水耗指標(biāo)

能耗水耗指標(biāo)，包括年度總能耗量、年度總水耗量。

能耗水耗公示，包括實(shí)際能耗水耗量和標(biāo)準(zhǔn)量。

年度分類(lèi)能耗量：年度耗電量、年度燃料(煤、氣、油等)消耗量、年度集中供熱量、年度水耗量等。

年度分類(lèi)水耗量：市政自來(lái)水耗量、非傳統(tǒng)水(雨水、中水)耗量。

年度單位面積能耗量、年度單位面積水耗量、年度生均能耗量、年度生均水耗量。

4.3.4決策支持系統(tǒng)

系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能為目標(biāo)，以強(qiáng)大的數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)，以?xún)?yōu)化的控制算法為核心，以帶有自學(xué)習(xí)功能的能耗趨勢(shì)為開(kāi)環(huán)運(yùn)算依據(jù)，以客觀的能耗分析為評(píng)價(jià)指標(biāo)，以用戶(hù)的多元需求為服務(wù)宗旨，以對(duì)原有系統(tǒng)最小改動(dòng)量為前導(dǎo)，體現(xiàn)優(yōu)異的降耗指標(biāo)。

系統(tǒng)能夠根據(jù)應(yīng)用需求給出系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)區(qū)域內(nèi)任意范圍、任意時(shí)間段、任意能耗系統(tǒng)、任意單個(gè)設(shè)備的詳細(xì)能耗數(shù)據(jù)；用戶(hù)可根據(jù)查詢(xún)需求個(gè)性化選擇匯總方式生成詳細(xì)的能耗數(shù)據(jù)報(bào)表，還可將能耗數(shù)據(jù)報(bào)表生成諸如柱型圖、曲線圖、餅圖、點(diǎn)圖、面積圖等統(tǒng)計(jì)圖表，從而直觀地對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行能耗分析，如圖7～圖8所示。

圖7能量對(duì)比拼圖

圖8 能耗分析線形圖

5 結(jié)論

建筑能耗檢測(cè)與智能控制系統(tǒng)，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)建筑能耗數(shù)據(jù)與智能控制相結(jié)合，能夠得出建筑能耗的優(yōu)化方案，大大降低傳統(tǒng)建筑的能耗。

系統(tǒng)采用統(tǒng)一的485協(xié)議，各個(gè)設(shè)備只需符合協(xié)議便可在系統(tǒng)中使用，方便了系統(tǒng)設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)和集成商的集成、布線簡(jiǎn)單清晰，減少了線材的使用，方便后期的維護(hù)工作，同時(shí)便于用戶(hù)的統(tǒng)一管理。

[1] GB 50314-2015 智能建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[S].2015.

[2] DBJ/T13-197-2014 福建省綠色建筑設(shè)計(jì)規(guī)范[S].2014.

[3] DBJ/T13-158-2012 福建省公共建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)規(guī)程[S].2012.