胡冠楠

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定

摘要：在能源形勢緊張的大趨勢下，高能耗的大型公共建筑能源管理系統的建設逐漸受到重視，以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及基礎的建筑能源管理平臺可以提供即時(shí)、準確、高效的能源管理策略。系統闡述了結合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的建筑能源管理構建方法，對物聯(lián)網(wǎng)體系結構與建筑能源管理系統的相關(guān)性進(jìn)行了分析，并從能耗數據收集、能源審計、能源管理這三個(gè)層級探討了這兩者的應用結合方法，為公共建筑能源管理系統的升級與優(yōu)化提供了一定的思路。

關(guān)鍵詞:物聯(lián)網(wǎng)，公共建筑，能耗監測，建筑能源管理

0引言

       隨著(zhù)我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，城市化進(jìn)程不斷加快，能源的使用量也出現快速上漲的趨勢。而建筑能耗、工業(yè)能耗和交通運輸能耗是我國能源消耗的三大主力，其中建筑能耗大約占據了總能耗的30%。

       提出了建設資源節約型和環(huán)境友好型社會(huì )的目標，在這樣的背景下，尋找新的建筑能源管理方法和技術(shù)，對建筑耗能設備進(jìn)行整體管理優(yōu)化是當前節能工作的趨勢所在。當前，我國信息科技的快速發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)成為國家各產(chǎn)業(yè)結構轉型改革的切入點(diǎn)和帶動(dòng)者，基于互聯(lián)技術(shù)發(fā)展的物聯(lián)網(wǎng)研究逐漸成為各領(lǐng)域關(guān)注的焦點(diǎn)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是信息科技技術(shù)非常重要的部分，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行建筑能源管理平臺的研究，結合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對建筑耗能設備的能源數據進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和管理，可以更加有效的實(shí)現建筑能源精細化管理，為大型公共建筑節能減排提供技術(shù)支撐。

1新時(shí)代背景下的建筑能源管理需求

       多項研究表明，在所有的建筑能耗中，大型公共建筑的能源消耗大、能源利用率低，尤其是運行能耗的控制水平整體偏低，已經(jīng)逐漸成為我國目前能源問(wèn)題的關(guān)鍵。建筑能源管理指的是，通過(guò)系統化的控制建筑物能源消耗及能源消耗模式的策略，在滿(mǎn)足建筑內舒適度等各方面要求的前提下，使得能耗量和能耗費用最小化［1］。

       建筑能源管理的前提是對建筑能源消耗的監測和統計，高效的能源管理要建立在充分的能耗監測和準確的能源統計之上。這就包括了對建筑用能系統，包括暖通空調系統、給排水系統、電氣系統等的全面監測，以及對各類(lèi)設備分類(lèi)分項的能耗數據的采集、整理與分析。而過(guò)往采用傳統方法進(jìn)行能耗統計與分析，由于公共建筑設備數量和種類(lèi)多樣，設備數量、規格、型號、功率等各不相同(見(jiàn)表1，表2)，因此能源統計獲取的數據量龐大、數據類(lèi)型多種多樣，進(jìn)行能源審計的工作量和工作難度都較高，這在一定程度上阻礙了相關(guān)能源管理工作的開(kāi)展。尤其是對于建筑集群來(lái)說(shuō)，傳統的建筑能耗統計無(wú)法滿(mǎn)足多棟建筑同時(shí)展開(kāi)的綜合能源管理。

表1暖通空調系統主要設備清單

表2電氣系統主要設備清單

       因此，隨著(zhù)公共建筑的類(lèi)型和體量的不斷增加，在建筑能源管理的體系中，亟需引入一種高效率、低成本，同時(shí)可以實(shí)現大規模建筑集群能源消耗的實(shí)時(shí)監測與能耗數據收集的新型技術(shù)。隨著(zhù)現代網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的快速發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)成為解決這一問(wèn)題的重要選擇，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以對建筑中各類(lèi)設備的大量能耗數據進(jìn)行實(shí)時(shí)監測和收集，并整合到統一的能源管理平臺，對其進(jìn)行數據處理與分析，從而幫助管理者對區域化的建筑集群能源消耗展開(kāi)統籌管理。

2物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的概念

       物聯(lián)網(wǎng)的概念在1985年由PeterT．Lewis提出后，經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展已經(jīng)日趨成熟。物聯(lián)網(wǎng)，即InternetofThings，它的本質(zhì)是物體和物體之間相互進(jìn)行連接所建立的網(wǎng)絡(luò )，它是互聯(lián)網(wǎng)的一部分，同時(shí)還可以與互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行并網(wǎng)的處理。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以通過(guò)多種不同的傳感器模塊，對需要的監控、連接、互動(dòng)的設備的各項數據進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，它主要用于企業(yè)之間的緊密聯(lián)系，可以實(shí)現供應鏈中各個(gè)節點(diǎn)，包括物與物、物與人等的網(wǎng)絡(luò )連接和信息共享，從而實(shí)現高效快捷的管理。

       物聯(lián)網(wǎng)在本質(zhì)上是通過(guò)局域網(wǎng)進(jìn)行設備識別和數據交互的，這也就意味著(zhù)物聯(lián)網(wǎng)必然是以互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )為基礎的，同時(shí)它也是在互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )基礎上的延伸，此外，物聯(lián)網(wǎng)的用戶(hù)擴張到了互聯(lián)網(wǎng)中的設備和設備之間，這些在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò )下的設備也可以進(jìn)行數據交互。物聯(lián)網(wǎng)實(shí)際上是一種將物與物相連，并將多種感知設備和傳輸設備相融合的聚合性復雜系統，它的體系結構在技術(shù)上包含三層，傳感層、傳輸網(wǎng)絡(luò )層和應用網(wǎng)絡(luò )層。傳感層是基層，包含各類(lèi)傳感器設備并提供泛在的感知網(wǎng)絡(luò );傳輸網(wǎng)絡(luò )層在物聯(lián)網(wǎng)層次中處在中間層，它由信息和管理中心組成;應用網(wǎng)絡(luò )層則是物聯(lián)網(wǎng)的頂層，它是用戶(hù)終端，通過(guò)用戶(hù)的操作可以進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )中相關(guān)設備的信息交互。

3物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在建筑能源管理中的應用

       公共建筑能源管理系統包含了設置在建筑中不同位置的物聯(lián)網(wǎng)終端、物聯(lián)網(wǎng)能源管理平臺以及通信設施，而物聯(lián)網(wǎng)的體系結構剛好可以對應滿(mǎn)足建筑能源管理系統的多層需求(見(jiàn)圖1)。

       其中，傳感層主要是通過(guò)各終端設備實(shí)時(shí)采集建筑能源消耗數據，它也是物聯(lián)網(wǎng)能源管理的前提和基礎，通過(guò)傳感器完成能耗數據信息的采集。對于建筑能源管理系統來(lái)說(shuō)，傳感層數據實(shí)現高效收集和精細化管理的前提是能耗分項計量，因此，需要在能源管理系統建立之初就完成能耗分項計量的相關(guān)設備。計量對象包括:耗電量、耗水量、耗熱量，耗冷量，耗煤氣量等，其中，電能消耗是公共建筑主要能耗，需進(jìn)一步根據耗能設備等進(jìn)行細分，也可以根據實(shí)際運行情況進(jìn)行分時(shí)段計量等［2］。

       目前建筑智能化系統設計中一般沒(méi)有分項計量功能，難以實(shí)現能耗精細化管理，因而實(shí)現能耗分項計量是搭建物聯(lián)網(wǎng)智能建筑能源管理平臺很重要的需求。分項計量需要利用物聯(lián)網(wǎng)等相關(guān)技術(shù)首先安裝分項計量裝置，按電、水、油、氣等能源形態(tài)分類(lèi)后，再根據不同的能源用途和用能區域進(jìn)行分項計量，也可以根據實(shí)際需要對能耗情況進(jìn)行分時(shí)段的計量。分項數據傳輸到能源管理平臺后，可以實(shí)現對能耗設備運行狀況實(shí)時(shí)監測;根據分項數據不同辦公區域或者不同時(shí)段的能耗比較，可以準確詳細地掌握一個(gè)單位或系統的能源消費結構，對建筑存在的節能潛力做出診斷;在此基礎上，提出節能改造方案。

       能耗分項計量為開(kāi)展能源審計工作提供了前提，能源管理系統可以實(shí)時(shí)監測各個(gè)耗能設備的狀況。同時(shí)，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)傳輸網(wǎng)絡(luò )層將建筑能耗數據傳輸至物聯(lián)網(wǎng)平臺，這一數據傳輸途徑主要是通過(guò)匯聚網(wǎng)的短距離通信技術(shù)獲取傳感層信息，通過(guò)接入網(wǎng)完成數據接入，最后由承載網(wǎng)將能耗數據傳輸至應用網(wǎng)絡(luò )層［3］。

       在物聯(lián)網(wǎng)應用網(wǎng)絡(luò )層，對接收到的分項能耗數據進(jìn)行處理和分析，獲取建筑用能特點(diǎn)、重點(diǎn)耗能單位，以及建筑能源消耗結構等，并對建筑能源利用效率進(jìn)行評價(jià)，對建筑的節能潛力做出評估。此外，還可以在完成能耗數據的綜合計量與分析的基礎上，利用應用層完成物聯(lián)網(wǎng)平臺能源管理系統應用的開(kāi)發(fā)，包括建筑耗能設備遠程管理、能耗數據管理等。

4融入物聯(lián)網(wǎng)的建筑能源管理系統發(fā)展方向

        從目前的研究來(lái)看，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在我國建筑能源管理體系中的應用并不算普遍，而目前的建筑能耗監測與能源管理系統還存在著(zhù)很多問(wèn)題。

1)從技術(shù)角度來(lái)說(shuō)，當前的建筑能耗監測系統主要覆蓋的是建筑物電器設備系統對于建筑耗能數據的采集，所采集到的數據也只能實(shí)現從終端設備到數據平臺的單向傳輸，具有信息反饋和控制功能的雙向對接還需要進(jìn)一步的研究;

2)當前基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的建筑物能耗監測系統依然具有海量數據的特征，如何對海量數據進(jìn)行進(jìn)一步的分析挖掘和利用是建筑能源管理系統的重要研究方向。

5 Acrel-EIOT能源物聯(lián)網(wǎng)云平臺

（1）概述

       電腦得到所需的行業(yè)數據服務(wù)。

       該平臺提供數據駕駛艙、電氣安全監測、電能質(zhì)量分析、用電管理、預付費管理、充電樁管理、智能照明管理、異常事件報警和記錄、運維管理等功能，并支持多平臺、多語(yǔ)言、多終端數據訪(fǎng)問(wèn)。

（2）應用場(chǎng)所

       本平臺適用于公寓出租戶(hù)、連鎖小超市、小型工廠(chǎng)、樓管系統集成商、小型物業(yè)、智慧城市、變配電站、建筑樓宇、通信基站、工業(yè)能耗、智能燈塔、電力運維等領(lǐng)域。

（3）平臺結構

（4）平臺功能

◆電力集抄

       電力集抄模塊可以實(shí)現對各種監測數據的查詢(xún)、分析、預警及綜合展示，以保證配電室的環(huán)境友好。在智能化方面實(shí)現供配電監控系統的遙測'、遙信、遙控控制，對系統進(jìn)行綜合檢測和統一管理；在數據資源管理方面，可以顯示或查詢(xún)供配電室內各設備運行（包括歷史和實(shí)時(shí)參數，并根據實(shí)際情況進(jìn)行日報、月報和年報查詢(xún)或打印，提高工作效率，節約人力資源。

變壓器監控

配電圖

◆能耗分析

       能耗分析模塊采用自動(dòng)化、信息化技術(shù)，實(shí)現從能源數據采集、過(guò)程監控、能源介質(zhì)消耗分析、能耗管理等全過(guò)程的自動(dòng)化、科學(xué)化管理，使能源管理、能源生產(chǎn)以及使用的全過(guò)程有機結合起來(lái)，運用先進(jìn)的數據處理與分析技術(shù)，進(jìn)行離線(xiàn)生產(chǎn)分析與管理，實(shí)現全廠(chǎng)能源系統的統一調度，優(yōu)化能源介質(zhì)平衡、有效利用能源，提高能源質(zhì)量、降低能源消耗，達到節能降耗和提升整體能源管理水平的目的。

能耗概況

◆預付費管理

1）登陸管理：管理操作員賬戶(hù)及權限分配，查看系統日志等功能；

2）系統配置：對建筑、通訊管理機、儀表及默認參數進(jìn)行配置；

3）用戶(hù)管理：對商鋪用戶(hù)執行開(kāi)戶(hù)、銷(xiāo)戶(hù)、遠程分合閘、批量操作及記錄查詢(xún)等操作；

4）售電管理：對已開(kāi)戶(hù)的表進(jìn)行遠程售電、退電、沖正及記錄查詢(xún)等操作；

5）售水管理：對已開(kāi)戶(hù)的表進(jìn)行遠程售水、退水、記錄查詢(xún)等操作；

6）報表中心：提供售電、售水財務(wù)報表、用能報表、報警報表等查詢(xún)，本系統所有的報表及記錄查詢(xún)，都支持excel格式導出。

預付費看板

◆充電樁管理

      通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對接入系統的充電樁站點(diǎn)和各個(gè)充電樁進(jìn)行不間斷地數據采集和監控，同時(shí)對各類(lèi)故障如充電機過(guò)溫保護、充電機輸入輸出過(guò)壓、欠壓、絕緣檢測故障等一系列故障進(jìn)行預警。云平臺包含了充電收費和充電樁運營(yíng)的所有功能，包括城市級大屏、交易管理、財務(wù)管理、變壓器監控、運營(yíng)分析、基礎數據管理等功能。

充電樁看板

◆智能照明

       智能照明通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對安裝在城市各區域的室內照明、城市路燈等照明回路的用電狀態(tài)進(jìn)行不間斷地數據監測，也可以實(shí)現定時(shí)開(kāi)關(guān)策略配置及后臺遠程管理和移動(dòng)管理等，降低路燈設施的維護難度和成本，提升管理水平，并達到一定節能減掛的效果。

監控頁(yè)面

◆安全用電

       安全用電采用自主研發(fā)的剩余電流互感器、溫度傳感器、電氣火災探測器，對引發(fā)電氣火災的主要因素（導線(xiàn)溫度、電流和剩余電流）進(jìn)行不間斷的數據跟蹤與統計分析，并將發(fā)現的各種隱患信息及時(shí)推送給企業(yè)管理人員，指導企業(yè)實(shí)現第一時(shí)間的排查和治理，達到消除潛在電氣火災安全隱患，實(shí)現“防患于未然"的目的。

◆智慧消防

       通過(guò)云平臺進(jìn)行數據分析、挖掘和趨勢分析，幫助實(shí)現科學(xué)預警火災、網(wǎng)格化管理、落實(shí)多元責任監管等目標。原先針對“九小場(chǎng)所"和?；飞a(chǎn)企業(yè)無(wú)法有效監控的空白，適應于所有公建和民建，實(shí)現了無(wú)人化值守智慧消防，實(shí)現智慧消防“自動(dòng)化"、“智能化"、“系統化"、用電管理“精細化"的實(shí)際需求。

（5）系統硬件配置

6結論

       在我國城市化進(jìn)程不斷推進(jìn)的大背景下，建筑能耗監測系統和建筑能源管理系統都在不斷的發(fā)展和完善，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)引入到建筑能耗監測體系中，對現有建筑能源管理系統的技術(shù)升級和智能化發(fā)展具有非常重要的意義，與此相關(guān)的各項研究具有廣闊的應用前景，隨著(zhù)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷進(jìn)步，建筑能源管理體系也會(huì )變得更加完善。

參考文獻

［1］趙明強．基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的公共建筑能耗監控系統優(yōu)化研究［D］．西安:西安建筑科技大學(xué)碩士學(xué)位論文，2016．

［2］張建濤.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的公共建筑能源管理系統研究

［3］企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊2022.05版.