浅谈物联网技术在公共建筑的能耗检测系统中的设计应用

刘细凤

安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801

      虽然我国建筑业取得了突破性进展，但建筑耗能却日益增加，并且已经发展成为社会热点问题。同时随着数字化技术的进步，使得建筑行业逐渐沿着智能建筑群的方向发展，其主要作用是实现对建筑能耗的微观和宏观管理，保证建筑的节能。

1.物联网的内涵

      所谓的物联网就是通过信息传感设备（如激光扫描器全球定系传感器射频识别）等将互联网连接任一物品，并且在遵循相关协议的情况下进行信息通信和交换，进而将智能化识别管理监控和定位实现的一种网络。互联网仍然是物联网的基础和核心，可以说物联网是互联网的扩展和延伸。物联网的本质主要从以下几个方面体现:一是智能化特征,也就是网络的智能控制自我反馈与自动化处理的特点体现；二是具备互联网的特征，也就是物与物之间能够通过互联网络互通互联;三是具有通信和识别的特征，也就是纳入物联网的“物"能够具备物物通信的功能和自动识别功能。

2.物联网的结构

      通常情况下，物联网可以分为三大块,一是应用层，也就是在对客户需求充分了解的基础上，借助感知状态和数据将特定有效的服务应用层为用户提供，二是网络层，也就是将数据从底层传感器向互联网上的网络层传输，网络层通过卫星通信WIFI ,4G和以太网等接入技术接入互联网,云技术强大的计算能力査询能力和存储能力均属于该层的设计。三是感知层,涉及的主要为数据采集控制设备，具体包括传感器与设备互联底层传感网络构成的设备感知层，物联网的底层基础主要由感知层的传感网络射频识别智能传感器智能终端组成。

 

      结合公共建筑的特征，对建筑能耗系统进行设计,使其满足以下需求:一是能够对公共建筑耗能进行分区域和分建筑的检测，促进耗能考核的便捷同时为建筑节能的改进提供数据支撑。二是在进行节能系统设计的时候，对后续的节能改造技术充分的考虑，确保后期的控制和检测设备的接入空间充足,同时将充足的软件接口和硬件接口为后期的节能控制设计预留，涉及的主要包括电热水器控制、采暖控制、照明控制和空调系统控制等。三是能够将建设中的通讯设备充分的利用，实现有线和无线的兼容。四是将计算功能实时进行，进而更好地统计耗能数据。五是长期存储大量能耗数据。

      在以上要求的基础上，可以将整个系统分为能耗管理分析平台、楼层数据中转和模块化智能耗能终端。其中智能耗能终端位于下端,并在能耗计量点安装，其工作任务是将一般数据功能转化采集能耗数据功能，在网络连接模块的作用下，楼层的数据中转器传输数据由数据中转器实现。通常情况下与各能耗采集终端较近的是数据中转器，与数据存储的距离较远，可采取有线或者是无线连接的方式。

      数据缓存是一般配有的，能够保障大型耗能数据。传输过程中具有可靠性。能耗管理分析平台位于上层，在功能上主要表现为以下两个方面:一是能耗数据展示和加工以Web应用为基础;二是持久性存储耗能数据,在二次开发的应用连接各个终端用户,在将耗能展示和分析功能完成的.同时，为节能措施的制定提供支撑和参照。

 

      借助物联网技术进行公共建筑的检测,除了将建筑能耗的细粒度尺度进行掌握之外，还可以监测各种运行参数，进而对数据进行分析和统计处理，实现建筑能耗的逐渐改善。对于公共建筑来说，综合分析电力抄表子系统电梯控制子系统照明控制子系统及其空调控制子系统是主要的能耗监测系统,基于物联网具有支持大规模网和全Mesh路由功能，因此在公共建筑能耗监测和控制过程中，能够将技术支撑有效的提供。

1.物联网通信系统在建筑能耗监测中的应用

      在对大型公共建筑进行能耗监测和控制的时候,节点多为数据采集点，他的作用优势是将监测数据进行周期性采集，具体包括电能表电量及其环境温度等。再就是将数据以中断的方式进行采集,例如将电梯的动作启停。基于休眠状态是节点的主要状态，在将电池供电选用数据通过终端节点采集的情况下，将特定的设备选用，进而实现数据向监控设备的转发。该转发节点是路由节点的范畴，通常情况下终端节点选用的是主供电方式，在此过程中，无需考虑节点的休眠状态，故而也可以将其当做路由节点,将数据采集布设于监控，这样数据在通就系统采集之后,就能够在数据采集的作用下进行，同时再由综合分析子系统软件进行监控，与此同时，数据采集网也能够将监控的控制命令向各个监控子系统发送。

2.建筑能耗监控系统功能划分

      人员位置采集器、温湿度采集器、空调强控器属于空调监控子系统的重要组成部分，其中该区域的湿度和温度主要通过温湿度采集器进行采集，同时向空调强控器发送信息，再借助空调强控器比较预设值和实际的温度与湿度，进而对空调的运行予以控制，该区域的人员信息通过人员采集器向空调强控器提供,并且以适当的控制模式协助空调通过照明控制子系统，将人员信息和光照度信息向照明强控器传递，以此来实现照明灯具开关的控制。而电梯监控子系统在实时感知运行状态的情况下将数据进行采集，对电梯的运行实时控制和监测，进而不断的优化建筑的能耗。在将无线通讯模块增加到电能表的情况下，就能实现电子抄表子系统对电能表数据的远程采集。电力抄表子系统对电能表数据的远程运输和自动采集，对建筑耗能进行实时监控，除可将控制策略不断优化之外，还可以通过远程技术对电梯照明及空调进行控制，使建筑的运行成本及耗能大大降低。

 

1.概述

      Acrel-5000web建筑能耗分析系统是用户端能源管理分析系统，在电能管理系统的基础上增加了对水、气、煤、油、热(冷)量等集中采集与分析，通过对用户端所有能耗进行细分和统计，以直观的数据和图表向管理人员或决策层展示各类能源的使用消耗情况，便于找出高耗能点或不合理的耗能习惯，有效节约能源，为用户进一步节能改造或设备升级提供准确的数据支撑。用户可按照国家有关规定实施能源计算，分析现状，查找问题，挖掘节能潜力，提出切实可行的节能措施，并向县级以上管理节能工作的部门报送能源计算报告。

2.应用场所

      适用于公共建筑、集团公司、工业园区、大型物业、学校、医院、企业等不同行业的能耗监测与管理的系统设计、施工和运行维护。

3.系统组网图

 

五、系统功能

1.系统概况

      平台运行状态，当月能耗折算、地图导航，各能耗逐时、逐月曲线，当日，当月能耗同比分析滚动显示。

2.用能概况

      对建筑、部门、区域、支路、分类分项等用能进行对比，支持当日逐时趋势、当月逐日趋势曲线、分时段能耗统计对比、总能耗同环比对比。

3.用能统计

       对建筑、区域、分项、支路等结构按日、月、年报表的形式统计对分类能源用能进行统计，支持报表数据导出EXCEL，支持选择建筑数据进行生成柱状图。

4.复费率统计

      复费率报表按日、月、年统计对单栋建筑下不同支路的尖、峰、平、谷用电量及成本费用进行统计分析。支持数据导出到EXCEL。

5.同比分析

      对建筑、分项、区域、支路等用能按日、月、年以图形和报表结合的方式进行用能数据同比分析。

6.能源流向图

      能源流向图展示单栋建筑时段内各类能源从源头到末端的的能源流向，支持按原始值和折标值查看。

7.夜间能耗分析

        夜间能耗以表格、曲线、饼图等形式对选择支路分类能源在时段工作时间与非工作时间用能统计对比，支持导出报表。

8.设备管理

      设备管理包括，设备类型、设备台账、维保记录等功能。辅助用户合理管理设备，确保设备的运行。

9.用户报告

      用户报告针对选定的建筑自动统计各能源的月使用的同环比趋势，并提供简单的能耗分析结果，针对用电提供单独的复费率用能分析，报告可编辑。

 

 

 

 

      在公共建筑节能减排工作中引进物联网技术,将物联网的分层技术充分应用于能耗的检测和感知，可保证基础性数据获得的准确性和科学性。同时采用WIFI ,4G和以太网等网络传输方式将数据传输,在对公共建筑能耗有效检测的同时，也可实现全系统的管理。除此之外，还可以进行能耗数据的分析、查询、加工和存储，使节能运行水平与能源管理水平大大提升，从而满足公共建筑的能耗检测和管理需求,实现建筑行业的节能化发展。

 

[1]钱涛.基于物联网技术的建筑能耗动态监管系统的设计与实现[J].

[2]王晓曼，于军琪,高博超，吕齐.基于物联网的建筑能耗管理研究[J].

[3]张红，王娜，尚伟林，李宏侠.基于物联网技术的建筑能源管理系统[J].

[4]王忠锋涨连领，李力刚,黄剑龙.物联网技术在建筑节能中的应用研究[A].

[5]中国仪器仪表学会.2010中国仪器仪表学术产业大会.

[6]于秋红.基于物联网技术公共建筑的能耗检测系统.

[7]安科瑞 企业微电网设计与应用手册. 2022.05版.

 

刘细凤，女，本科，安科瑞电气股份有限公司，主要研究方向为建筑能耗系统的设计与应用