淺談大型公共建築能耗監測係統的設計研究與實現

簡婷

韦德1946网址 上海嘉定  201801

摘要：大型公共建築能耗監測係統能夠幫助管理者及時掌握建築能耗情況，從(cong) 而為(wei) 綠色節能決(jue) 策進行指導，由此研究大型公共建築能耗監測係統具有長遠的意義(yi) 。本文基於(yu) 大型公共建築能耗監測係統的需求，從(cong) 係統整體(ti) 架構、具體(ti) 功能模塊等角度，分別對係統進行設計和構建，從(cong) 而實現了對能耗數據采集、能耗數據統計分析等功能。通過該係統設計，促進我國大型公共建築節能的推廣。

關(guan) 鍵詞：大型公共建築；能耗監測；係統設計

0 概述

      人類的經濟活動日益頻繁，使得大量建築拔地而起，從(cong) 而導致建築能耗不斷增長，並使得建築能耗成為(wei) 當前三大能源重點消耗領域之一。其中，大型公共建築能耗是建築能耗的重要組成部分，其單位麵積的能耗遠遠超過住宅建築能耗。由此使得大型建築能耗成為(wei) 當前人們(men) 關(guan) 注的焦點，並開始大力實施綠色節能。但是就目前來看，大型公共建築的綠色節能還存在很多問題，如推廣理念不全，缺乏有效的能耗技術監督手段等，嚴(yan) 重製約著大型公共建築綠色節能。因此，建立大型公共建築能耗監測係統，具有很強的必要性。通過能耗監測，能夠及時掌握能耗情況，從(cong) 而為(wei) 綠色節能提供基礎的數據依據。

1大型公共建築能監測係統需求分析

1.1功能需求

      合理的大型公共建築能耗監測係統，必然建立在對係統的相關(guan) 需求進行詳細分析的基礎之上。大型公共建築能耗監測係統的需求可以分為(wei) 能耗數據采集與(yu) 分析、配電情況監控、監控結果展示、信息處理、效果評估等。

      能耗數據采集與(yu) 分析的需求是指通過大型公共建築能耗檢測係統，能夠采集相關(guan) 數據，並實現數據比較的功能。

      配電情況監控的需求是指通過大型公共建築能耗檢測係統，能夠檢測配電的相關(guan) 參數，實現各種事故的報警，並進行分析診斷。

      信息處理的需求是指通過大型公共建築能耗檢測係統，能夠實現信息的處理與(yu) 輸出，比如生成分析報表等各類報表。

      展示平台的需求是指通過大型公共建築能耗檢測係統，建立用戶的交互平台，從(cong) 而展示綠色節能理念宣傳(chuan) 等內(nei) 容。

      效果評估的需求是指通過大型公共建築能耗檢測係統，將能耗數據進行計算分析，將得出的結果生成相應圖表，從(cong) 而了解節能的成效。

1.2係統主要組成

      大型公共建築能耗監測係統由相關(guan) 硬件結構與(yu) 軟件結構共同組成，相關(guan) 的硬件設備主要包括數據采集的設備、網關(guan) 以及服務器等，而軟件結構主要集成了數據的采集、處理、監測以及展示等相關(guan) 方麵的軟件。大型公共建築能耗監測係統的數據傳(chuan) 輸方式有無線數據傳(chuan) 輸與(yu) 有線數據傳(chuan) 輸兩(liang) 種。無線數據傳(chuan) 輸的優(you) 勢是設備安裝簡便，有線數據傳(chuan) 輸的優(you) 勢在於(yu) 穩定、廉價(jia) ，可根據需求進行選擇。網絡架構方式同樣可根據需求進行選擇，B/S架構及C/S架構兩(liang) 者相較而言，利用瀏覽器便能進入大型公共建築能耗監測係統的B/S架構，顯然適用性更高。

2 大型公共建築能耗監測係統具體(ti) 設計方案

2.1監測係統的設計思路

      數據采集網關(guan) 在設置好的時間點發出指令，數據采集設備進行監測對象的數據采集工作並將數據傳(chuan) 回網關(guan) ，由網關(guan) 上報至數據處理層。

2.2整體(ti) 係統架構設計

      基於(yu) 前文所述的大型公共建築能耗監測係統的需求分析，筆者提出係統整體(ti) 方案設計，可以細化為(wei) 大型公共建築能耗數據信息的采集、大型公共建築能耗數據信息的傳(chuan) 輸、大型公共建築能耗數據信息的處理存儲(chu) 、大型公共建築能耗數據信息的展示、大型公共建築能耗數據信息的上傳(chuan) 等方麵。因此，在大型公共建築能耗監測係統的整體(ti) 架構中，功能層級設置為(wei) ：能耗數據采集設備層、能耗數據采集功能層、能耗數據傳(chuan) 輸層、能耗數據處理儲(chu) 存層、能耗數據展示層以及能耗數據上傳(chuan) 層，如圖1所示。

圖1 功能層架構

      從(cong) 圖1中可以看到，各層具體(ti) 功能為(wei) ：設備層是指電能表、水表等數據采集設備的安裝；采集層主要功能是通過電能表得到相關(guan) 電力參數；傳(chuan) 輸層主要功能是轉換數據格式並上傳(chuan) 給管理者；處理儲(chu) 存層主要功能是分析、處理及存儲(chu) 能耗數據；展示層主要功能是展示能耗數據；上傳(chuan) 層主要功能是數據上傳(chuan) 至上級平台。

3 係統實現

3.1數據采集功能實現

      當前我國大型公共建築能耗監測的主要對象是電能消耗情況、水消耗情況、溫度及濕度等環境情況，通過人工采集和係統自動采集兩(liang) 種方式，利用配電站、分戶、用水、環境等監測采集設備，對監測對象的相關(guan) 數據進行采集，目前，係統自動采集是主要的數據采集方式。

3.2數據傳(chuan) 輸功能實現

      在本文提出的大型公共建築能耗監測係統設計中，使用分布式架設數據庫服務器，將數據采集設備所采集到的能耗數據進行處理保存。因為(wei) 隨著數據采集的不斷積累，能夠顯著提高效率，實現數據的快速查詢和報表的快速顯示。

3.3數據展示功能實現

      大型公共建築的能耗數據經過采集、傳(chuan) 輸、處理，通過展示層向管理者展示。展示包括能耗數據及相關(guan) 分析、數據比較、數據統計、節能分析、報警、係統配置等方麵，能夠全麵地為(wei) 管理者展示大型公共建築的能耗情況，從(cong) 而幫助管理者發現問題、輔助決(jue) 策、評估效果。

3.4數據上傳(chuan) 功能實現

      在大型公共建築的能耗數據的上傳(chuan) 過程中，網絡狀況需要實時進行驗證，避免出現由網絡情況異常而導致的故障發生。在本設計中，大型公共建築的能耗數據的上傳(chuan) 過程中，采用AES算法加密的方式進行驗證，本設計中，大型公共建築的能耗數據上傳(chuan) 前需要經過身份驗證和通訊測試，以此避免通訊異常而導致故障。

3.5數據生成功能的實現

      大型公共建築的能耗監測係統中，數據生成功能的工作流程為(wei) ：步，讀取已有的XML緩存文件；二步，根據緩存中的分項公式對XML中的每個(ge) 能耗項進行公式解析。若解析成功則讀取相關(guan) 參數數據，代入公式計算出該分項配置的能耗數據，從(cong) 而生成XML格式數據包，等待數據上發；若不成功則等待輪訓二次執行。

3.6數據重傳(chuan) 功能的實現

      在大型公共建築的能耗監測係統設計中，數據重傳(chuan) 功能的實現過程為(wei) ：通過程序預先設置，將生成好的數據包上傳(chuan) 至上級平台，接收反饋信息進行後續處理。在數據上傳(chuan) 過程過程中，針對數據上傳(chuan) 異常或缺失等情況，會(hui) 出發斷點續傳(chuan) 及異常重傳(chuan) 。在接收反饋信息過程中，針對超時未接收到反饋信息的情況，在異常重發中記錄時間點；針對異常反饋信息的情況，將返回相關(guan) 信息，包括錯誤信息和服務器端接收客戶端信息的時間信息，係統將記錄錯誤信息，並在異常重發中記錄數據點。

3.7傳(chuan) 輸控製及日誌管理的實現

      在大型公共建築的能耗監測係統設計中，基本通過自動的方式傳(chuan) 輸數據，但還需要預留一定的人為(wei) 幹預控製流程。包括傳(chuan) 輸時間控製、傳(chuan) 輸間隔控製、接收超時限定控製、數據包特定傳(chuan) 輸時間控製和傳(chuan) 輸異常數據控製。

      大型公共建築的能耗監測係統的日誌管理可分為(wei) 常規日誌與(yu) 異常日誌兩(liang) 部分。在本文的設計中，常規日誌的主要功能是對監測係統日常運行的情況進行記錄，記錄的重點是與(yu) 數據內(nei) 容有關(guan) 的內(nei) 容；異常日誌的主要功能是對報錯信息及數據異常導致的錯誤信息進行記錄。

4 安科瑞能耗監控係統介紹

      Acrel-5000能耗在線監測係統是用戶端能源管理分析係統，在電能管理係統的基礎上增加了對水、氣、煤、油、熱(冷)量等集中采集與(yu) 分析，通過對用戶端所有能耗進行細分和統計，以直觀的數據和圖表向管理人員或決(jue) 策層展示各類能源的使用消耗情況，便於(yu) 找出高耗能點或不合理的耗能習(xi) 慣，有效節約能源，為(wei) 用戶進一步節能改造或設備升級提供準確的數據支撐。用戶可按照國家有關(guan) 規定實施能源審計，分析現狀，查找問題，挖掘節能潛力，提出切實可行的節能措施，並向縣級以上人民管理節能工作的部門報送能源審計報告。

4.1平台結構

      Acrel-5000能耗在線監測係統以計算機、通訊設備、測控單元為(wei) 基本工具，根據現場實際情況采用現場總線、光纖環網或無線通訊中的一種或多種結合的組網方式，為(wei) 大型公共建築的實時數據采集及遠程管理與(yu) 控製提供了基礎平台，它可以和檢測設備構成任意複雜的監控係統。開放性、網絡化、單元化、組態化的采用麵向對象的分層、分級、分布式智能一體(ti) 化結構。建立如下層次結構：

圖4 平台結構

4.2平台功能

      （1）係統可按使用年份統計建築物各分類能耗——電、水、氣、集中供熱、集中供冷以及其它能源消耗量，自動折算成相應的標準煤消耗量，從(cong) 而反映建築物當年各分類能耗用能和綜合能耗。係統以餅圖形式展示建築4大用電分項能耗的占比情況。係統以曲線圖形展現各類能耗的消耗的消耗趨勢，便於(yu) 業(ye) 主方實時直觀掌握能源消耗情況。

      （2）係統可以根據分類能耗的支路名稱查詢用能情況，顯示當日和當月的用能峰值。顯示當日用能、當月用能、當年用能與(yu) 昨日同期用能、上月同期用能、上年同期用能的比較情況。以條形顯示過去48小時、31天、12個(ge) 月、3年的能耗情況。右上角顯示過去15分鍾曲線（電表顯示功率曲線，流量表顯示流速曲線）。

      （3）係統依據建築物能源消耗的分布情況進行能耗計量點的選取和設置，使得能耗監測係統可以覆蓋整個(ge) 建築物。係統使用者可通過相關(guan) 界麵調取該建築物各能耗節點的能耗統計報表，減少用能的“跑、冒、滴、漏"和計量誤差。

      （4）係統依據住建部分類分項能耗數據采集導則，將建築物耗電分為(wei) 照明插座、空調、動力和特殊用電進行計量裝置選型和設置，並按用能區域或功能區域等劃分並進行統計，以報表和同、環比棒圖形式展現該區域的能源消耗。

      （5）係統可針對能源消耗量大的設備或區域進行準確定位，便於(yu) 管理層製定節能績效考核製度，推動節能降耗的有效執行。為(wei) 用能重點設備建立運行記錄檔案，長期跟蹤記錄設備運行過程中的能效分析評估結果，結合設備維護保養(yang) 記錄，為(wei) 設備的運行維護提供依據。

      （6）係統提供分級權限管理功能，對具備權限用戶提供開放的信息維護接口，用戶可自行對建築和係統監測範圍內(nei) 計量點的信息進行增、刪、改和查詢，建築物信息包括建築類型、建設年代、建築麵積、建築物人員數量等。係統還對無法自動采集的計量信息提供手動錄入功能，便於(yu) 使用者掌握建築物總體(ti) 能耗情況。

4.3數據上傳(chuan)

      安科瑞能耗在線監測係統按照重點用能單位能耗在線監測係統技術規範定義(yi) 的係統平台接口協議規範的要求，將用能企業(ye) 的基礎信息、計量器具信息、用能數據及能效數據上傳(chuan) 至省級或國家平台，上傳(chuan) 數據經過HTTPS協議加密傳(chuan) 輸。如果數據傳(chuan) 輸失敗或超時（網絡故障），將重發數據，直至接收成功反饋消息。

4.4能源計量表具選型

5 總結

      綜上，通過大型公共建築能耗監測係統可幫助相關(guan) 管理者掌握大型公共建築能耗情況，並成為(wei) 提高大型公共建築能耗管理的重要途徑。本文基於(yu) 大型公共建築能耗監測的功能需求，提出了大型公共建築能耗監測係統整體(ti) 架構，在此基礎上進一步設計了各功能層，包括數據采集功能、傳(chuan) 輸功能，數據展示功能，數據上傳(chuan) 功能，數據生成功能，數據遠傳(chuan) 功能以及傳(chuan) 輸控製及日誌管理功能。從(cong) 功能而言，基本滿足目前我國大型公共建築能耗監測的需求，能夠為(wei) 大型公共建築的節能工作提供決(jue) 策支持。

參考文獻

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[2]於(yu) 秋紅.大型公共建築能耗監測係統的設計研究[J].通訊世界,2018(01):282-283.

[3]安科瑞企業(ye) 微電網設計與(yu) 應用手冊(ce) .2020.06版

作者簡介：簡婷，女，本科，現就職於(yu) 韦德1946网址，主要研究方向為(wei) 建築能耗監測係統。