淺談基于智能網(wǎng)關(guān)的校園電能能耗監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用

任運業(yè)

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：提出了全社會節(jié)能減排的戰(zhàn)略舉措，節(jié)約型校園的建設(shè)是實現(xiàn)這一舉措的重要內(nèi)容。為了對校園能耗實行量化管理、實時監(jiān)測，需要建立一個完善的監(jiān)管體系校園節(jié)能監(jiān)管體系。而節(jié)能監(jiān)管體系的核心是能耗監(jiān)測平臺，本文介紹了一種基于智能網(wǎng)關(guān)的能耗監(jiān)測系統(tǒng)的建設(shè)方法，并給出了系統(tǒng)的具體建設(shè)實施方法，具有一定的理論價值和實際工程意義。

關(guān)鍵詞：節(jié)能校園；智能網(wǎng)關(guān)；能耗監(jiān)測

0引言

隨著近幾年來招生規(guī)模的擴(kuò)大，能源開支占學(xué)校運營成本的比重也會越來越大。在學(xué)習(xí)和借鑒國內(nèi)外理念、管理經(jīng)驗及技術(shù)體系的基礎(chǔ)上，強化對學(xué)校的水、電等能耗進(jìn)行精細(xì)化管理將會大幅度降低學(xué)校運營成本、建設(shè)綠色校園，落實節(jié)能減排工作任務(wù)指導(dǎo)學(xué)校基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、能耗監(jiān)管平臺建設(shè)具有重要意義。因此建立高等院校能耗監(jiān)測與監(jiān)控管理平臺是非常有必要的。

1系統(tǒng)總體設(shè)計

節(jié)約型校園建筑能耗實時監(jiān)管平臺的建設(shè)以有線Internet網(wǎng)絡(luò)傳輸為主GPRS為輔的建筑能耗監(jiān)測數(shù)據(jù)分析數(shù)據(jù)管理、信息發(fā)布系統(tǒng)。平臺采用485通訊與TPC/IP網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的建筑能耗統(tǒng)計技術(shù)。系統(tǒng)由命令接收/發(fā)送服務(wù)器、數(shù)據(jù)接收/發(fā)送服務(wù)器、數(shù)據(jù)處理服務(wù)器、信息展示服務(wù)器、防火墻、防病毒、文件存儲/數(shù)據(jù)備份服務(wù)器、監(jiān)控工作站、變送器、中繼器、前端傳感器、網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換器、UPS電源、通訊電纜與建筑能耗實時監(jiān)測軟件等構(gòu)成。系統(tǒng)能夠可靠、穩(wěn)定地實現(xiàn)建筑能耗數(shù)據(jù)的監(jiān)測和傳輸，并具有數(shù)據(jù)分析、處理和信息展示發(fā)布功能。能耗監(jiān)測平臺系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

2能耗數(shù)據(jù)采集與傳輸

建筑能耗監(jiān)測的能耗數(shù)據(jù)采集采用自動采集方式，即通過自動采集方式將采集的建筑分項能耗數(shù)據(jù)和分類能耗數(shù)據(jù)由自動計量裝置實時采集，通過自動傳輸方式實時傳輸至項目的數(shù)據(jù)。見圖2能耗數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關(guān)應(yīng)用拓?fù)鋱D。

2.1數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)設(shè)置

智能能源網(wǎng)關(guān)與能源管理信息系統(tǒng)主站系統(tǒng)、能源管理工作站和各種能源計量設(shè)備構(gòu)成完整的能耗監(jiān)測與管理信息系統(tǒng)。智能能源網(wǎng)關(guān)負(fù)責(zé)主動與每一終端電表進(jìn)行數(shù)據(jù)通信(抄表)并存儲數(shù)據(jù)網(wǎng)。定時或?qū)崟r采集的數(shù)據(jù)可通過電話線(或GSM無線方式)中壓載波(RS232)485總線等形式直接傳回到管理部門的數(shù)據(jù)服務(wù)器中，并對這此數(shù)據(jù)分析處理。將結(jié)果以各種統(tǒng)計報表、圖示等形式報告給管理部門，能自動計算電費，生成報表。

2.2數(shù)據(jù)采集監(jiān)測點設(shè)置

包括照明插座用電、空調(diào)用電、動力用電和特殊用電。照明插座用電是指建筑物主要功能區(qū)域的照明、插座等室內(nèi)設(shè)備用電的總稱。照明插座用電包括照明和插座用電、走廊和應(yīng)急照明用電、室外景觀照明用電。照明和插座是指建筑物主要功能區(qū)域的照明燈具和從插座取電的室內(nèi)設(shè)備。走廊和應(yīng)急照明是指建筑物的公共區(qū)域燈具，如走廊等的公共照明設(shè)備。室外景觀照明是指建筑物外立面用于裝飾用的燈具及用于室外園林景觀照明的燈具。

空調(diào)用電是為建筑物提供空調(diào)、采暖服務(wù)的設(shè)備用電的統(tǒng)稱。空調(diào)用電包括冷熱站用電、空調(diào)末端用電，共2個子項。冷熱站是空調(diào)系統(tǒng)中制備、輸配冷量的設(shè)備總稱。空調(diào)末端是指可單獨測量的所有空調(diào)系統(tǒng)末端，包括全空氣機組、新風(fēng)機組、空調(diào)區(qū)域的排風(fēng)機組、風(fēng)機盤管和分體式空調(diào)器等。

動力用電是集中提供各種動力服務(wù)(包括電梯、非空調(diào)區(qū)域通風(fēng)、生活熱水、自來水加壓、排污等)的設(shè)備(不包括空調(diào)采暖系統(tǒng)設(shè)備)用電的統(tǒng)稱。動力用電包括電梯用電、水泵用電、通風(fēng)機用電，特殊區(qū)域用電是指不屬于建筑物常規(guī)功能的用電設(shè)備的耗電量，特殊用電的特點是能耗密度高、占總電耗比重大的用電區(qū)域及設(shè)備。特殊用電包括信息、洗衣房廚房餐廳、游泳池、健身房或其它特殊用電。

3數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)布線方式

在建筑能耗監(jiān)測中計量裝置和數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)之間采用了符合各相關(guān)行業(yè)智能儀表標(biāo)準(zhǔn)的各種有線或無線物理接口，數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)具有兼容不同協(xié)議類型的計量裝置的能力。計量裝置和數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)之間采用主從結(jié)構(gòu)的半雙工通信方式。從機在主機的請求命令下應(yīng)答數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)是通信主機，計量裝置是通信從機。

在進(jìn)行樓內(nèi)布線時，考慮系統(tǒng)安裝成本，數(shù)據(jù)采集末端的變送器優(yōu)先采用電信號或RS485通信方式進(jìn)行連接當(dāng)連線距離小于50m時，采用屏敲線連接;當(dāng)連線距離大于50m時，由于屏蔽線電流或電壓信號衰減較大，采用RS485通信方式進(jìn)行I/0模塊的接，使有效傳輸距離達(dá)到1200m。當(dāng)現(xiàn)場條件不滿足采用電信號或RS485通信方式條件時，采用無線方式進(jìn)行連接。在項目布線中為保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的獨立性，能耗數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)均盡可能的不與建筑原有的自動控制系統(tǒng)發(fā)生信息互連和共享，即構(gòu)造獨立布置能耗數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)。

4建筑能耗數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)

能耗數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)和監(jiān)測建筑到數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)組成。數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)負(fù)責(zé)對建筑內(nèi)電能或其它能耗信息進(jìn)行采集。它通過信道對其管轄的各類表計的信息進(jìn)行采集、處理和存儲，并通過遠(yuǎn)程信道與數(shù)據(jù)交換數(shù)據(jù)。能耗數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)采集并緩存其管理區(qū)域內(nèi)監(jiān)測建筑的能耗數(shù)據(jù)。完整轉(zhuǎn)發(fā)給上一級數(shù)據(jù)。計量裝置和數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)之間應(yīng)采用符合各相關(guān)行業(yè)智能儀表標(biāo)準(zhǔn)的各種有線或無線物理接口，數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)應(yīng)具有兼容不同協(xié)議類型的計量裝置的能力。數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)應(yīng)使用專線方式接人傳輸網(wǎng)絡(luò)，并具有固定IP地址或者網(wǎng)絡(luò)城名。

5安科瑞建筑能耗分析系統(tǒng)

5.1概述

Acrel-5000web建筑能耗分析系統(tǒng)是用戶端能源管理分析系統(tǒng)，在電能管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了對水、氣、煤、油、熱(冷)量等集中采集與分析，通過對用戶端所有能耗進(jìn)行細(xì)分和統(tǒng)計，以直觀的數(shù)據(jù)和圖表向管理人員或決策層展示各類能源的使用消耗情況，便于找出高耗能點或不合理的耗能習(xí)慣，有效節(jié)約能源，為用戶進(jìn)一步節(jié)能改造或設(shè)備升級提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐。用戶可按照有關(guān)規(guī)定實施能源計算，分析現(xiàn)狀，查找問題，挖掘節(jié)能潛力，提出切實可行的節(jié)能措施，并向縣級以上管理節(jié)能工作的部門報送能源計算報告。

5.2應(yīng)用場所

適用于公共建筑、集團(tuán)公司、工業(yè)園區(qū)、大型物業(yè)、學(xué)校、醫(yī)院、企業(yè)等不同行業(yè)的能耗監(jiān)測與管理的系統(tǒng)設(shè)計、施工和運行維護(hù)。

5.3系統(tǒng)功能

5.3.1系統(tǒng)概況

平臺運行狀態(tài)，當(dāng)月能耗折算、地圖導(dǎo)航，各能耗逐時、逐月曲線，當(dāng)日，當(dāng)月能耗同比分析滾動顯示。

5.3.2用能概況

對建筑、部門、區(qū)域、支路、分類分項等用能進(jìn)行對比，支持當(dāng)日逐時趨勢、當(dāng)月逐日趨勢曲線、分時段能耗統(tǒng)計對比、總能耗同環(huán)比對比。

5.3.3用能統(tǒng)計

對建筑、區(qū)域、分項、支路等結(jié)構(gòu)按日、月、年報表的形式統(tǒng)計對分類能源用能進(jìn)行統(tǒng)計，支持報表數(shù)據(jù)導(dǎo)出EXCEL，支持選擇建筑數(shù)據(jù)進(jìn)行生成柱狀圖。

5.3.4復(fù)費率統(tǒng)計

復(fù)費率報表按日、月、年統(tǒng)計對單棟建筑下不同支路的尖、峰、平、谷用電量及成本費用進(jìn)行統(tǒng)計分析。支持?jǐn)?shù)據(jù)導(dǎo)出到EXCEL。

5.3.5同比分析

對建筑、分項、區(qū)域、支路等用能按日、月、年以圖形和報表結(jié)合的方式進(jìn)行用能數(shù)據(jù)同比分析。

5.3.6能源流向圖

能源流向圖展示單棟建筑指ding時段內(nèi)各類能源從源頭到末端的的能源流向，支持按原始值和折標(biāo)值查看。

5.3.7夜間能耗分析

夜間能耗以表格、曲線、餅圖等形式對選擇支路分類能源在指ding時段工作時間與非工作時間用能統(tǒng)計對比，支持導(dǎo)出報表。

5.3.8設(shè)備管理

設(shè)備管理包括，設(shè)備類型、設(shè)備臺賬、維保記錄等功能。輔助用戶合理管理設(shè)備，確保設(shè)備的運行。

5.3.9用戶報告

用戶報告針對選定的建筑自動統(tǒng)計各能源的月使用的同環(huán)比趨勢，并提供簡單的能耗分析結(jié)果，針對用電提供單獨的復(fù)費率用能分析，報告可編輯。

6系統(tǒng)硬件配置

7結(jié)束語

本論文介紹了節(jié)能監(jiān)管體系、能耗監(jiān)測平臺建設(shè)的實施過程.從總體上對監(jiān)測平臺系統(tǒng)構(gòu)成進(jìn)行介紹,并對數(shù)據(jù)的傳輸、采集點的設(shè)置等進(jìn)行了具體分析。該系統(tǒng)不僅可以充分發(fā)揮能耗監(jiān)測平臺在節(jié)約型校園建設(shè)中的作用，還可擴(kuò)展為其他建筑的能耗監(jiān)測平臺,具有一定的推廣價值。

參考文獻(xiàn)

[1]譚洪衛(wèi),徐鈺琳.高校校園建筑能耗監(jiān)管體系建設(shè)的探討[A].上海市制冷學(xué)會,2009.

[2]張福麟,阮應(yīng)君.推進(jìn)節(jié)約型校園示范建設(shè)I.建設(shè)科技2009(05):25.

[3]賀慧宇.節(jié)能風(fēng)吹“綠”校園[N].中國建設(shè)報2008.05.19.

[4]趙斌.節(jié)約型校園建筑節(jié)能監(jiān)管平臺系統(tǒng)分析及功能設(shè)計探討I.廣西城鎮(zhèn)建設(shè).2013.

[5]譚洪衛(wèi),徐鈺琳.全球氣候變化應(yīng)對與我國高校校園建筑節(jié)能監(jiān)管I.建筑熱能通風(fēng)空調(diào).2010.

[6]闕鳳龍,毛永明,李榮斌,馮雷.基于智能網(wǎng)關(guān)的校園電能能耗監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計.沈陽建筑大學(xué)信息與控制學(xué)院,遼寧沈陽110168

[7]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊.2022.05版.

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任運業(yè)，安科瑞電氣股份有限公司。