崇明区建筑可再生能源数据监测系统建设研究

2019-06-04陈威

上海节能 2019年5期

陈威

上海建科建筑节能技术股份有限公司

0 背景

崇明区由崇明、长兴、横沙三岛组成，地处长江入海口，属北半球亚热带，气候温和湿润，太阳能和风能资源较丰富。岛屿地理位置在东经121°09’30”至121°54’00”，北纬31°27’00”至31°51’15”。全岛面积1 267平方km2，东西长80km，南北宽13至18km。岛上地势平坦，年平均日太阳辐射量12 762kJ/m2，年太阳辐射量为4 658MJ/(m2·a)，为我国太阳能资源较丰富地区，适宜太阳能热水技术的应用。

崇明区属于冲积岛，地质构造与河口两岸的冲积平原相同，属第四纪以来的冲积地层。崇明地势低平，在岛屿四周围绕着广阔的滩涂，物质组成主要为泥沙，也称沙岛。长江的涨落潮流不一致，形成缓流区，使泥沙不断沉积而形成。岛上地势平坦，无山岗丘陵，西北部和中部稍高，西南部和东部略低。崇明90%以上的土地标高（以吴淞标高0m为参照）在3．21m至4．20m之间，地下浅层土壤温度保持在15-17℃左右。崇明新城以及规划的9个新市镇均位于岛屿边缘地区，地质松软、地下水资源丰富、水分流动性好、土壤传热系数较高、位置适宜，适合地源热泵技术的应用。

崇明区正逐步大力推广可再生能源在建筑领域的技术应用。崇明区为了掌握可再生能源建筑应用项目的实际运行效果，为上海市可再生能源技术应用及崇明生态岛项目建设提供基础数据、技术支撑和经验储备，建设了可再生能源数据监测系统。

1 可再生能源数据监测系统

崇明区可再生能源数据监测系统利用RS458串行通信技术，对可再生能源项目的各参数进行采集与传输，通过无线网络传输到数据中心的可再生能源监测系统服务器进行数据存储、分析及展示，实现可再生能源项目的运行情况监测以及实时数据的在线展示。

1.1 系统架构

可再生能源数据监测系统遵循分散计量、数据汇总的架构（如图1所示）。项目基本信息通过人工采集方式采集。项目的各监测探头将监测指标数据通过自动采集方式采集汇总到各项目内的数据网关，由数据网关进行数据存储、预处理。采集数据的采集频率由数据网关默认，默认5min/次，再由数据网关将数据打包，通过自动传输方式上传到示范县项目监测数据中心。数据中心根据相关规范及文件的要求，向县能耗监测数据中心、住建部数据中心上传（如图1和图2所示）。

图1 太阳能热水系统数据监测系统架构示意图

图2 地源热泵系统数据监测系统架构示意图

1.2 可再生能源数据监测系统设计

集中式太阳能热水系统数据监测抽检率高于同一类型，每20个系统抽样不少于1个系统。地源热泵系统机房内不同类型的机组抽样大于1台机组。以单户为单位的热泵系统，抽样数量不少于2个系统，每个系统的机组抽样不少于1台机组。

1.2.1 太阳能热水系统

太阳能热水系统数据监测系统由计量监测设备、数据采集装置和数据中心软件组成。计量监测设备包括室外温度传感器、太阳总辐射传感器、集热系统进出水温度传感器、集热系统循环流量传感器、辅助热源电表等。主要设备及采集参数如下：

（1）室外温度。太阳能热水系统附近设计1个室外温度传感器（需有防辐射罩），当有多个太阳能热水系统时，选择1个典型系统设计1个室外温度传感器；

（2）太阳总辐射。平行于太阳能集热器设计1个太阳总辐射传感器，当一个系统的多个采光面或者倾角（倾角之差大于10°）设计有太阳能集热器时，则平行于每个采光面或者倾角的太阳能集热器均需设计1个太阳总辐射传感器；

（3）集热系统进出口温度。在集热系统的进出管路上各设计1个水温度传感器；

（4）集热系统循环流量。在集热系统的进水管或出水管路上设计1个水流量传感器；

（5）辅助热源。系统采用电热锅炉、电加热器、空气源热泵机组等作为辅助热源时，在系统辅助热源的配电输入端布置电能表，电能表的数量根据系统辅助热源的配电系统情况确定；

（6）数据采集装置。每个示范项目原则上只设计1个数据采集装置，当项目的计量监测设备分散设置时，需根据实际情况设计数据采集装置。数据采集装置应具有采集包括温度传感器、总辐射传感器、流量传感器和功率传感器等信号的功能。数据采集装置通道数应根据项目具体监测要求确定，应预留2个以上数据采集通道。

1.2.2 地源热泵系统

地源热泵系统数据监测系统由计量监测设备、数据采集装置和数据中心软件组成。计量监测设备包括室外温度传感器、系统用户侧进出水温度传感器、系统热源侧进出水温度传感器、系统用户侧循环流量传感器、系统热源侧循环流量传感器、系统耗电量监测电表、机组用户侧进出水温度传感器、机组热源侧进出水温度传感器、机组用户侧循环流量传感器、机组热源侧循环流量传感器、机组输入功率传感器等。主要设备及采集参数如下：

（1）室外温度。在地源热泵系统机房附近设计1个室外温度传感器（应有防辐射罩），当有多个地源热泵系统机房时，选择1个典型机房设计1个室外温度传感器；

（2）系统热源侧、系统用户侧进出水温度。在地源热泵系统的热源侧和用户侧总进出水管各设计一个水温度传感器；

（3）系统热源侧、系统用户侧循环水流量。在地源热泵系统的热源侧和用户侧总进出水管各设计一个循环水流量传感器；

（4）系统耗电量。在地源热泵系统的配电系统设计有独立的配电回路时，在总配电回路输入端设计1个普通电能表，当地源热泵系统的配电回路分散设计时，需根据配电系统的实际情况确定普通电能表的设计数量；

（5）机组热源侧、机组用户侧进出水温度。在地源热泵机组的热源侧和用户侧进出水管各设计一个水温度传感器；

（6）机组热源侧、机组用户侧循环水流量。在地源热泵机组的热源侧和用户侧进出水管各设计一个循环水流量传感器；

（7）机组输入功率。在地源热泵机组配电输入端设计一个功率传感器或者普通电能表；

（8）数据采集装置。每个示范项目原则上只设计1个数据采集装置，当项目的计量监测设备分散设置时，需根据实际情况设计数据采集装置。数据采集装置应具有采集包括温度传感器、流量传感器和功率传感器等信号的功能。数据采集装置通道数应根据项目具体监测要求确定，应预留2个以上数据采集通道。