劉丹
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要:物聯(lián)網(wǎng)的樓宇能耗管理通常來說主要是通過耗能監(jiān)管的形式降低能耗,文章具體闡述了依據(jù)能耗監(jiān)管的具體要求,并且借助無線傳感器,實現(xiàn)對大型樓宇電能的且實時的監(jiān)控,借助采集、存儲及分析,從而提升建筑耗能的監(jiān)管力度。
關(guān)鍵詞:物聯(lián)網(wǎng);樓宇智能;建筑能耗
一、前言
目前深圳的一些大型樓宇采用敞開式設(shè)計,空調(diào)的運轉(zhuǎn)負荷較大;為了室內(nèi)照度均勻性,過度使用人工照明;用玻璃幕墻作外墻,導(dǎo)熱系數(shù)相對較大,對空調(diào)制冷會產(chǎn)生較大的損失;由于小部分樓宇區(qū)域辦公時間長,導(dǎo)致中央空調(diào)無效運轉(zhuǎn)能耗損失,還有深圳氣溫變化大特別是夏季時間長,導(dǎo)致能耗波動較大;會議室、個人空間使用不及時關(guān)燈,照明時間過長等,造成能耗損失。
從目前情況進行技術(shù)分析,如利用物聯(lián)網(wǎng)智能化的平臺,能夠?qū)崿F(xiàn)對建筑耗能予以實時監(jiān)控,繼而提高耗能管理系統(tǒng)的智能化水平,并且能夠進行數(shù)據(jù)采集,是大型樓宇能耗管理相對解決方案的其中一種。
二、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)
依據(jù)網(wǎng)絡(luò)分層原理,從而對大型樓宇物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)架進行分層:主要有對象感知層,傳輸層、應(yīng)用服務(wù)層。對象感知層:主要是借助RFID、M2M、傳感網(wǎng)絡(luò)及通信網(wǎng)絡(luò)感知物理對象,從而獲取相關(guān)的信息內(nèi)容。具體來說傳輸層而言涵蓋以下幾個部分:即數(shù)據(jù)交換層、信息整合層。數(shù)據(jù)交換層:在某種程度能夠為數(shù)據(jù)傳輸給予便捷,提供透明傳輸;信息整合層:就是針對網(wǎng)絡(luò)獲取信息內(nèi)容,從而進行分析整理;應(yīng)用服務(wù)層:一般情況是指信息轉(zhuǎn)化為主旨,提供服務(wù)內(nèi)容,具體來說是借助分析處理感知數(shù)據(jù),這樣才能為用戶給予豐富特定服務(wù)。伴隨物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)手段發(fā)展速度的不斷加快,必將為大型樓宇建筑能耗管理給予技術(shù)支撐,這樣就能夠促進大型樓宇能耗管理獲得理想的效果,推動大型樓宇建設(shè)能夠極大限度減少能耗,實現(xiàn)其可持續(xù)發(fā)展,提供比較完善的環(huán)境,實現(xiàn)智能化的管理,以便于大型樓宇的管理效果能夠突破固有的能耗限制。
三、建筑物能耗管理系統(tǒng)
構(gòu)建能耗管理信息平臺是目前強化能耗管理的形式,在某種程度上能夠減少建筑物的耗能指數(shù),借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠達到良好的管理效果,準確采集數(shù)據(jù),實時傳輸,且能夠進行完整的存儲,然后將不同類別實時信息,還有歷史數(shù)據(jù),進行的對比分析,通過優(yōu)化管理策略,還有監(jiān)控不同的設(shè)備,再到合理控制能耗的目的。在具體管理過程中,通常是借助物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)、無線傳感器,還有相應(yīng)設(shè)備,與互聯(lián)網(wǎng)信息通過交互的形式,從而實現(xiàn)智能識別及管理。從體系構(gòu)架方面,主要是借助物聯(lián)網(wǎng)建筑耗能管
理,具體來說是由三部分構(gòu)成:感知、傳輸及信息,首先針對感知來說,具體而言是末端感應(yīng)信息采集,還有受控等設(shè)備;傳輸則涵蓋建筑物內(nèi)部網(wǎng)絡(luò),還有公共外部網(wǎng)絡(luò),進行數(shù)據(jù)的采集和傳輸;而針對信息應(yīng)用來說,具體而言是建筑物對云服務(wù)層“云"調(diào)用,這樣才能實現(xiàn)智能控制及處理。
四、能耗計量系統(tǒng)
(一)信息采集和傳輸
對于用電設(shè)備電信號而言,主要是借助檢測電路采集,然后采集到數(shù)據(jù)周期性,借助無線通信一跳形式,或是多跳傳輸?shù)街贫ㄎ恢?,即?nèi)網(wǎng)服務(wù)器,通常情況下是借助ZigBee智能電表檢測,而對于這種檢測表來說,其本質(zhì)上而言需要解決如下問題:低成本、低消耗、低復(fù)雜,再到低傳輸率及近距離設(shè)備應(yīng)用。而這種智能電表也具有自身的特點,表現(xiàn)為設(shè)備省電、通信可靠、網(wǎng)絡(luò)自組織,自愈性相對較強,成本較低,具有*的網(wǎng)容量,能夠確保數(shù)據(jù)的實時安全性。所以針對無線傳感計量網(wǎng)絡(luò)而言,基本上都是借助
ZigBee、Mesh網(wǎng)構(gòu)建,而對于后者來說,又可以將其稱之為無線蜂窩網(wǎng)站,屬于動態(tài)的網(wǎng)站,并且是可以逐步擴展網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架,任意兩個設(shè)備之間,都能夠進行無線互聯(lián),從而確保數(shù)據(jù)傳輸可靠性。
建筑內(nèi)部,所有耗電設(shè)備的用電回路,在適當?shù)奈恢冒仓肸ig-Bee,將智能電表視為節(jié)點,并且將所有節(jié)點造成Mesh網(wǎng)。所有用戶則需要設(shè)置中心節(jié)點。所有網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)皆傳送至ZigBee適配器,借助適配器到達ZigBee中心節(jié)點位置,予以集中,而針對中心節(jié)點來說,接收不同電量數(shù)據(jù),然后將安全傳輸至建筑監(jiān)控管理中心。
(二)信息存儲
在信息存儲的同時,則需要對信息采取數(shù)據(jù)融合處理,這就需要信息存儲系統(tǒng)能夠彰顯自身的功能性作用,從而接收不同設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)信息,并且展示可視化數(shù)據(jù)信息,與此同時,還需要注意的是,將采集到歷史數(shù)據(jù)進行整理,并且挖掘使用規(guī)律,并且能夠?qū)⒂秒娫O(shè)備信息進行交互,制定智能聯(lián)動控制方案,減少能源消耗。
(三)遠程監(jiān)控
信息發(fā)布系統(tǒng),通常是借助互聯(lián)網(wǎng)平臺,或是GRRS網(wǎng)絡(luò),這樣就能夠給予用戶遠程訪問,合理控制信號,將其實時傳送至所有用戶內(nèi)部網(wǎng)關(guān),由此達到系統(tǒng)所有用電設(shè)備,還有電源,進行遠程監(jiān)控。
(四)控制設(shè)備能耗
空調(diào)制冷應(yīng)控制室溫不得低于26℃,照明節(jié)能應(yīng)優(yōu)先采用高效節(jié)能實用的新光源及節(jié)能控制器,同時還要結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)科學(xué)的維護管理,控制大型樓宇能耗。
五、安科瑞用能單位能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)
(一)系統(tǒng)概述
工業(yè)能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)是一個集成Intranet/Internet網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、GPRS無線傳輸技術(shù)、Web Service軟件技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)等于一體的大型數(shù)據(jù)綜合管理系統(tǒng)。系統(tǒng)為管理者、各級能耗內(nèi)部用戶、瀏覽者提供了一個訪問的網(wǎng)絡(luò)通道,搭建了一個合理、高效的信息傳輸平臺和管理平臺。工業(yè)能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用為管理部門、企業(yè)生產(chǎn)管理、計量管理、節(jié)能管理提高到一個新的高度,是我們對節(jié)能減排、節(jié)能降耗實現(xiàn)的一種行之的解決方案。
能源組成及監(jiān)測內(nèi)容:
圖1 能源組成
圖2 監(jiān)測內(nèi)容
用電類:采集采暖、鍋爐、空調(diào)、制冷、照明、辦公、電梯、水泵、風(fēng)機、通風(fēng)機等耗電設(shè)備的用電信息。主要監(jiān)測其用電量,對于大耗電設(shè)備監(jiān)測其電流、電壓及功率因數(shù)等信息。
配電類:采集6kv/10kv配電開關(guān)設(shè)備、變壓器,狀態(tài)信號、電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、電能質(zhì)量、電能量等。
用水:自來水和蒸汽;采集具有485通訊功能的智能熱量表、蒸汽流量計、水表等;
用氣:煤氣、天然氣;采集具有485通訊功能燃氣表;
環(huán)境參數(shù):采集具有485通訊功能的溫度/濕度計;采暖空調(diào)供回水溫度;
(二)系統(tǒng)框架
圖3 系統(tǒng)框架
(1)能源消費管理系統(tǒng):該系統(tǒng)可以對用能企業(yè)煤、電、油、氣、熱、水等能源和耗能工質(zhì)進行定期錄入和實時采集,并將收集到的能耗數(shù)據(jù)進行整理存儲,為匯總分析和上報作數(shù)據(jù)支持。
(2)能源利用狀況信息報送系統(tǒng)
用能企業(yè)可通過該系統(tǒng)將企業(yè)本年度的《能源利用狀況報告》,報送至市節(jié)能監(jiān)察中心,經(jīng)初審核后,上傳至省節(jié)能監(jiān)察總隊審核,而后上報有關(guān)部門。
(3)單位能耗水平識別評價系統(tǒng)
利用用能單位能耗數(shù)據(jù),對企業(yè)用能狀況進行分析評價,查找問題。為節(jié)能管理部門掌握、分析信息和研究節(jié)能改造并制定相關(guān)政策措施提供科學(xué)的依據(jù)和平臺。
(4)決策服務(wù)和專家咨詢服務(wù)系統(tǒng)
系統(tǒng)提供直觀、簡明、快捷的數(shù)據(jù)信息查詢和決策支持服務(wù)。對用能企業(yè)的能耗進行科學(xué)、合理的咨詢指導(dǎo),幫助用能企業(yè)做出及時、正確、可行、的解決方案。
(5)能耗預(yù)測、能源安全預(yù)警系統(tǒng)
通過系統(tǒng)掌握用能企業(yè)能源購置、使用、消耗及生產(chǎn)情況,對企業(yè)的用能情況進行綜合的評判和分析,對比同期值和限定值,對能耗超標情況予以預(yù)警提示。
在獲取能源使用的基礎(chǔ)上,進行數(shù)據(jù)挖掘分析,實現(xiàn)能耗的功能,為相關(guān)部門的宏觀決策提供支撐體系。
(6)節(jié)能監(jiān)察及信息發(fā)布、法律法規(guī)知識培訓(xùn)系統(tǒng):
通過該系統(tǒng)平臺,可對省耗能企業(yè)做節(jié)能監(jiān)察工作;發(fā)布節(jié)能法律法規(guī)標準以及能源基礎(chǔ)知識、能源統(tǒng)計知識、節(jié)能監(jiān)測方法等資料;處理日常節(jié)能管理工作相關(guān)的公文、通知、公告等。
(三)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)把數(shù)據(jù)信息從各個企業(yè)的能源監(jiān)控中心采集到后臺的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),經(jīng)分析與處理,提供分析預(yù)測和預(yù)警功能。同時通過門戶網(wǎng)站、無線終端等手段為省、市領(lǐng)導(dǎo)以及相關(guān)委辦局提供了多方位、可視化的便捷服務(wù)。
圖4 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
(四) 能耗監(jiān)測系統(tǒng)產(chǎn)品選型
應(yīng)用場景 | 型號 | 主要功能 |
高壓重要回路 或低壓進線柜 | APM810 | 三相(I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ),零序電流In,四象限電能,電流、電壓不平衡度,負載電流柱狀圖顯示,66種報警類型及外部事件(SOE)各16條事件記錄,支持SD卡擴展記錄,2-63次諧波,2DI+2DO,RS485/Modbus,LCD顯示 |
低壓聯(lián)絡(luò)柜、出線柜 | AEM96 | 三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量,總正反向有功電能統(tǒng)計,正反向無功電能統(tǒng)計;2-31次分次諧波及總諧波含量分析、分相諧波及基波電參量(電壓、電流、功率);電流規(guī)格3×1.5(6)A,有功電能精度0.5S級,無功電能精度2級 |
動力柜 | ACR120EL | LCD顯示、全電參量測量(U、I、P、Q、PF、F);四象限電能計量;RS485/Modbus;可選復(fù)費率電能統(tǒng)計、需量統(tǒng)計;4DI+2DO;RS485通訊接口、Modbus協(xié)議 |
DTSD1352 | 三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量,分相正向有功電能統(tǒng)計,總正反向有功電能統(tǒng)計,總正反向無功電能統(tǒng)計;紅外通訊;電流規(guī)格:經(jīng)互感器接入3×1(6)A,直接接入3×10(80)A,有功電能精度0.5S級,無功電能精度2級 | |
照明箱 | DTSD1352 | 三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量,分相正向有功電能統(tǒng)計,總正反向有功電能統(tǒng)計,總正反向無功電能統(tǒng)計;紅外通訊;電流規(guī)格:經(jīng)互感器接入3×1(6)A,直接接入3×10(80)A,有功電能精度0.5S級,無功電能精度2級 |
DDSD1352 | 單相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量,正反向電能計量;紅外及RS485通訊;電流規(guī)格:10(60)A,有功電能精度1級,無功精度2級;可選配復(fù)費率 | |
DDS1352 | 單相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量,正反向電能計量;RS485通訊;電流規(guī)格:10(60)A,有功電能精度1級,無功精度2級;尺寸:1P | |
給水管道 | 水表 | 計量流經(jīng)給水管道用水的體積總量,適用于單向水流,采用電子直讀技術(shù),通過RS485總線直接輸出表盤數(shù)據(jù) |
燃氣管道 | 燃氣表 | 計量流經(jīng)燃氣管道用氣的體積總量,具有閥控功能,采用電子直讀技術(shù),通過RS485總線直接輸出表盤數(shù)據(jù),計量精度高,無需外部供電。 |
集中供冷供熱 | 冷熱表 | 測量和顯示用戶的暖氣供熱量、中央空調(diào)的供冷量,由流量傳感器、微處理器和配對溫度傳感器組成。溫度傳感器斷路、短路時自動報警,電壓低或收到攻擊破壞時自動報警。通過RS485總線直接輸出表盤數(shù)據(jù),計量精度高。 |
六、結(jié)語
總體來說,物聯(lián)網(wǎng)大型樓宇建筑耗能管理研究是目前的研究,這有利于大型樓宇能耗能夠降至,實現(xiàn)資源的利用,減少能耗的同時還能推進樓宇智能化建設(shè)更為科學(xué)、合理。本文中具體闡述了物聯(lián)網(wǎng)的大型樓宇建筑能耗管理的一種實施參考方案,以推進樓宇的智能化建設(shè)取得理想效果,促使大型樓宇建設(shè)更為科學(xué)化、人性化、智能化。
【參考文獻】
[1]牛沖麗,王濤.基于物聯(lián)網(wǎng)的大型公共建筑能耗監(jiān)測與節(jié)能服務(wù)[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),2015,(07):29-31+34.
[2]尹勇,倪敏,楊燁.基于物聯(lián)網(wǎng)的樓宇能耗智能管理研究.
[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊.2020.06版.
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