建筑能耗监测与智能控制系统研究

2020-11-09许辉

电力与能源系统学报·中旬刊 2020年4期

关键词：建筑

许辉

摘要：资源消耗已成为全球关注的问题，节能减排的概念必须在所有方面得到体现。建筑能耗是突出问题，需要用节能减排的理念去解决，进而提出建筑能耗监测与智能控制系统，该系统可以为人们掌握建筑能耗及改变用户用能习惯提供方便，以减少用能客户的能源成本，有助于能源管理企业对建筑楼群需求进行管理，实现建筑的管理节能和技术节能，从而达到节能减排的目的。

关键词：建筑; 能耗监测; 智能控制系統;

1 传统建筑能耗监测与智能控制系统的不足

1.1 缺少建筑群的规模化联网监测

前几年，我国住建部制定了相关文件，明确指出大型公共建筑和国家机构能耗监测系统的各项准则。

到现在为止，我国也有很多城市构建出大型的公共建筑能耗监测平台，可实现重点监测关键建筑物能耗的目的，我们还能通过执行能耗统计、能源审核、能耗配额，能效公告和超额加价等方式来提高大型公共和办公建筑的运营和管理水平。但当前建筑能耗的检测平台，所覆盖范围较小，特别是一些大型商业综合体、大型写字楼等建筑，能耗监测系统只能服务某个物业或者大楼，各个建筑所用设备不同，设备的接口不同、数据规范性和统一性较差，不能实现建筑群之间的联网监测。

1.2 缺少建筑能耗的数据统计与分析

如不具备建筑群之间的联网监测，也就不能进行大范围内建筑能耗的数据采集与统计，但是建筑系统是复杂和庞大的，所以整体上建筑能源的管理依旧得不到有序管理，也就不能进行对比分析各个建筑系统之间的数据。而为达到有序管理，必须收集大量数据，在数据中找出隐含的运行规律和有价值的信息，进而为实践优化建筑设备节能化而提供数据参考和模型。

1.3 缺乏用能者和能源提供方之间的联动

如果实现统一化建筑能耗的监测，则系统的范围非常大，应以每一城市为主体，这时系统建设的成本非常高，需要大量的投资。

当前，一般区域性的建筑能耗监测系统，主导建设者是政府，而系统运行一般以能耗收集和统计为主，然后为政府提供协助以监督重要的公共建筑的用能。而这时存在一个不足，那就是建筑的用电侧同电力企业的供应侧的发电以及配电的联系不够紧密。在智能电网建设的背景下，应当将智能电网与建筑能耗监测系统进行融合，以实现更有效的建筑能源管理。

2 建筑能耗监测与智能控制系统的构成

2.1 系统的基本结构

系统基本结构可详细分为如下部分。

（1）管理主机：此部分为处理信息的中心，能接收到各种各样的指令，并且能把指令传递给执行器，促使执行器进行动作。

（2）传感器：将操作指令通过传感器输入系统中，并传递到管理主机部分或者执行器部分。

（3）通信模块部分：对于各种信息的指令进行传输，连接各种指令，达到传输通信的目的。

（4）执行器：对于接收到的动作指令进行输出，一般为调节楼宇设置和通断楼宇设置。

（5）动作元件：能接收传递出的信息指令，并根据指令做出相对应的动作。

2.2 技术方法

此系统所提供能效服务，一般用采集器以及智能管理主机开展数据收集以及智能化控制。这其中的智能管理主机需要借助RS485总线连接到底层的设备，达到通信目的;管理主体与顶层设备的连接，则由互联网技术实现;而其他设备（如煤气表、电表、水表等）则需以RS485总线联通采集器，才能实现数据的采集。采集器连接互联网，实现与顶层检测和控制中心的通信，进而可智能化和主动化地对建筑进行控制，开展节能管理。该系统的底层设备非常多，典型的则是数据采集器、电表、水表、红外转发器等。系统中的顶层设备包含计算机、网络服务器、系统中的管理软件，顶层设备主要功能为收集和监测，并分析四表、底层设备的数据，给出相应判断和操作，必要时可以控制各个底层设备，还能实现对底层设备的设置与编程。

2.3 系统的组成架构

此系统基本构成为：支线是通过总线将不同的元件连接而形成的;很多条支线结合在一起，形成整体区域;最后则是很多个区域结合在一起，构成了系统。

3 监测系统数据采集的实现

3.1 用物联网实现数据的采集

随着物联网技术水平的提升，物联网的全面感知、智能化以及网络化程度逐渐提升，此系统就所用物联网的多功能传感芯片和元器件、感知信息融合处理、嵌入式传感系统，3个层次进行了研究。

（1）多功能传感芯片以及元器件：以物联网为基础的系统，需要针对复杂环境中的多种多样物理信息进行感知，因此本监测系统中物理网技术的应用，主要在于研究和创新多功能传感芯片以及元器件。

（2）嵌入的传感系统。分布式信息处理技术、现代网络和无线通信技术、嵌入式计算技术、传感器技术，综合构成传感器网络，并借助不同类型的集成微型传感器的协作，实现实时监测和感知、采集监测对象信息，才能实现物联网的全面感知，进而为建筑能耗监测系统中信息收集提供支持。

（3）感知信息的融合处理。实现不同种类数据感知的信息融合处理，大幅提升信息采集的效用性、精准性、可靠性。通常在提取到有效的信息之后，使用网络的自适应感知技术，配合自适应编码的方式，大幅提升信息传输服务质量。

3.2 总体技术框架

系统平台的功能框架：此系统最终目的就是对建筑物所消耗的资源进行监测，如水资源、电能资源等，然后以实时数据进行分析，依据分析的结果，可以智能化地对相应的耗能设备进行控制。

此平台基础数据获得源头包含配电房、换热站、给水泵房等各种能源的消耗情况，执行工程管理、路灯管理、空调管理等，优化能耗结构以提供实时能耗、设备状态、能耗分项，实时预警等功能，审计能源、公示能源、设计得出优化建筑节能的方案。

4 建筑能耗的监测

以建筑能耗监测与智能控制系统为基础，可实现建筑能耗的监测。

4.1 分项目能耗

采集和统计建筑的基本信息，以建筑物的基本信息调查为基础，然后采集和统计建筑近年的能耗、水耗的账单。建筑的分类能耗，包括煤、集中供冷量、集中供热量、燃气、水量、电量、柴油、煤油、人工煤气、再生能源、汽油、液化石油气等的应用数量，还有一些其他能源的应用数量。建筑物的分类水消耗，主要有市政部门提供的自来水的消耗数量，以及一些非传统的水源的消耗数量。

4.2 诊断能耗

这时应当将基础性建筑能源消耗的分析方案确定出来，其中详细的内容包括很多项目，如具体的能源消耗标准参考值，还有能源具体使用量应当怎样分析，以及能源使用后费用支出的分析或能源消耗的总基础标准的分析等。

4.3 公示能耗

建筑的基本信息：建筑的面积、监测建筑对应的名称、建筑物的层数和高度、建筑物长居住人口、建筑物能源使用方式、建筑物的建立时间、建筑物的使用年限、建筑物的使用类别等。

能耗水耗指标：每年总水耗量、每年总能耗量。

公示能耗水能：标准能耗水耗量、实际能耗水耗量。

每年分类能耗量：每年水耗量、每年集中供热量、每年燃料（煤、气、油等）消耗量、每年耗电量。

每年分类水耗量：正常的市政自来水耗量以及非传统水（雨水、中水）的耗量。

每年生均水耗量、每年生均能耗量、每年单位面积水耗量、每年单位面积能耗量。

5 结束语

建筑能耗监测和智能控制系统的构建，为实现智能化地管理建筑能耗提供了积极支持，有利于用能客户减少用能要求的实现，也满足了政府對于建筑运行中节能管理的整体需求。

参考文献