智能建筑能耗监测平台设计与应用

智能建筑能耗监测平台设计与应用*

孙恒1,2韩成浩1,3

(1:吉林建筑大学城建学院,长春130111;2:吉林建筑大学电气与电子信息学院,长春130118;

3:吉林省智能建筑系统集成与节能控制重点实验室,长春130118)

摘要：本系统采用RS-485总线式数据采集方式,利用Oracle数据库与网络通讯技术、智能化通讯技术结合,实现对大型公共建筑的用电、用水、用气及用热等能耗数据进行实时的采集传输和分析.系统结构简单、准确,快速采集各项能耗数据,为有效管理和控制能耗提供重要的技术支撑.

关键词：公共建筑；能耗监测；数据传输；Oracle数据库

收稿日期：2014-11-12.

作者简介：孙恒(1984~),女,吉林省长春市人，实验师，硕士.

基金项目：*吉林省科技厅重点科技攻关项目(20130206090SF);长春市科技局物联网重大科技专项(11KZ26);长春市科技局科技基础条件与平台建设专项(12ZX56).

中图分类号：TU 110文献标志码：A

The Design and Application of the Monitoring Platform for Intelligent Building Energy Consumption

SUN Heng1,2，HAN Cheng-hao1,3

(1:CityCollegeofJilinJianzhuUniversity,Changchun,China130111;

2:SchoolofElectricalandElectronicInformation,JilinJianzhuUniversity,Changchun,China130118;

3:JilinProvincialLaboratoryofIntelligentBuildingSystem-Energy’sIntegrationandConservation,Changchun,China130118)

Abstract：This system applies the RS-485 way of collecting data,combines Oracle database,network communication technology and intelligent communication technology and realizes the real time data collection and analysis towards the energy consumption of power,water as well as gas and heat in large public buildings.This system is of simple structure,quick and precise in collecting all the data,providing crucial technological support for efficient management and energy consumption control.

Keywords:public building；energy consumption monitoring；data transmission；oracle database

随着我国经济建设的快速发展,公共建筑的能源消耗已经占据了社会能源消耗中相当大的比重.如果大力开发和推广应用先进的建筑节能技术,可以使我国公共建筑和居住建筑节能50%以上.现代建筑与智能技术的结合是建筑科技水平创新发展和综合效益优化提高的最好表现,现代建筑的发展,要从可持续发展的战略高度出发,注重促进生态平衡,保护环境.在合理利用资源和节约能源背景下,国家积极构建建筑能耗监测平台,陆续发布了《国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统建设技术导则》、《“十二五”节能减排综合性工作方案的通知》[1]等,以指导和规范我国的建筑能耗数据采集工作.因此,公共建筑能耗数据存储与处理技术的深入研究，对构建标准化、通用性平台将具有深远意义.

1系统总体设计方案

系统1由管理软件、服务器、局域网、数据采集器、计量表具等组成.系统具备能耗数据的实时采集、远程传输、数据储存、数据上传、指标分析、分类展示等功能.图1为系统的整体网络构架.

图1系统的整体网络构架

数据采集器接收从底层设备远传计量表具(水、电、气)上传的能耗数据和环境指标,按照相关规定将需要的数据打包上传给上位机,数据传输为基于TCP/IP协议的网络通信方式,利用Oracle数据库搭建的建筑能耗监测平台可以对建筑能耗指标进行实时存储和动态分析.此系统测控层核心元器件采用西门子可编程序控制器S7300和施奈德PM810参数测量仪,实现了能耗实时参数、累计能耗数据、现场设备运行工况等数据的现场采集、实时处理和批量上传.

2数据采集

2.1　数据编码规则

为保证能耗数据可进行计算机或人工识别和处理,保证数据的有效管理和高效率的查询服务,实现数据整理、存储及交换的一致性,采用了统一的编码规则,包括行政区划代码编码、建筑类别编码、建筑类别子项编码、建筑识别编码、分类能耗指标编码、分项能耗指标编码、分项能耗指标一级子项编码及分项能耗指标二级子项编码.编码后能耗数据由20位符号组成，若某一项目无须使用某编码时,则用相应位数的“0”代替.其中:第1~2位编码为前导码;第3~8位数编码为建筑所在地的行政区划代码,按照《中华人民共和国行政区划代码》(GB/T2260)执行;第9位数编码为建筑类别编码,用1位大写英文字母F表示;第10位数编码为建筑类别一级子项识别编码,采用1位小写英文字母如a,b,c,…j表示;第11~13位数编码为建筑识别编码,用3位阿拉伯数字表示,如001,002,…,999;第14~15位数编码为分类能耗指标编码,用2位阿拉伯数字表示;第16位数编码为分项能耗指标编码,用1位大写英文字母表示;第17位数编码为分项能耗指标一级子项编码,用1位阿拉伯数字表示;第18位数编码为分项能耗指标二级子项编码,用1位阿拉伯数字表示;第19~20为CRC校验位.

2.2　传输方式

图2传输次序

底层计量表具(水、电、气表)和网关之间采用主-从结构的半双工通信方式,网关作为主机发出请求命令后接收从机(水、电、气表)的应答.每次通信都是由主站向按信息帧地址域选择的从站发出请求命令帧开始,被请求的从站接收命令后,按先传低位字节,后传高位字节的顺序进行传输.数据传输的电能量值为:123456.78千瓦时,其传输次序如图2所示.

2.3　TCP/IP协议

使用基于TCP/IP协议的局域网络,传输采用TCP协议实现数据通信[2].根据对网关的命令设置,能源管理中心运行TCP并发起连接,TCP建立后一直保持连接状态,接收网关定时发送来的数据包,一旦连接断开则重新建立连接.

3数据库管理

系统采用Oracle数据库[3]管理软件对底层传来的能源数据具有进行数据校验、数据包解析、数据拆分、自动分类统计、节能分析、指标比对、异常用电预警、图表显示、报表管理、数据储存、数据上传等功能.

(1)数据保存.数据采集器接收从底层设备远传计量表具(水、电、气)按照相关规定打包传给上位机的能耗数据和传输设备的地址编码、时间、电表地址编码等标识信息.通过数据解析软件解析数据包里的采集数据,将解析后的实时能耗数据存储到Oracle数据库中的相应位置.

(2)数据拆分.能耗拆分的主要思路[4]:在运行的阶段,对远端计量表具上传的实时能耗数据进行逐时拆分,然后将同类的能耗数据相加,得到各类负载逐时的分项能耗值.本系统采用递归算法,运用最优化拆分算法进行拆分,再利用加法原则,将从Oracle数据库中提取实时采集来的能耗数据进行拆分,将得到的实时分项能耗数值根据配电支路信息,存储到分项能耗数据库中.拆分计算的数据处理过程如图3所示.

图3拆分计算数据处理流程

(3)分析和显示.运用数据挖掘算法将从分项能耗数据库中调取的已经处理好的分项能耗数据进行分析加工,根据管理员的权限和用户级别控制和管理生成的数据报表和报告.设定每10分钟进行一次能耗数据汇总,并且精确地展示出用能趋势随着用电器的变化而快速变化的状态,做到了节能数据看得见(如图4所示).同时,制定用电策略,使指定区域在规定的时刻进入夜间低功耗运行模式,一方面满足夜间特殊用电的需要(如手机充电),另一方面降低能源使用量,达到节能目的(如图5所示).

图4每10分钟能耗数据柱状图

图5用电计划设置

4结语

本系统的设计与应用不仅提高了公共建筑节能的智能化水平,增强了大型公共建筑的网络化节能控制方式,而且将公共建筑按楼宇、楼层、房间实现能耗在线的综合管理及控制,对用户能源利用效率、消耗水平、能源经济与环境效果进行监测、诊断,是一套集建筑能耗监测和能耗管理于一体的综合能效管理系统.实践证明,本系统应用拓展能力强,可满足公共建筑在不同发展时期的建筑能耗监测需求,对推进我国经济建设可持续发展,建设节能型建筑具有很高的推广和应用价值.

参考文献

[1]中华人民共和国国务院.国务院关于印发“十二五”节能减排综合性工作方案的通知[R].2011.

[2]黄昱泽.基于TCP/IP协议的工业控制网络远程数据通信网关的研究与实现[D].昆明:昆明理工大学,2013.

[3]董琰.高校信息化管理系统中Oracle数据库的备份策略——以北京理工大学珠海学院为例[J].襄樊学院学报,2009,30(2):37-40.

[4]牛祺飞.公共建筑能耗采集数据处理与储存技术研究[D].济南：山东建筑大学,2010.