重庆市建筑可再生能源运行监测系统设计与应用

摘要：探讨重庆市建筑可再生能源运行监测系统的设计与应用，重点介绍系统的架构、功能及其在悦来生态城项目中的实际应用。系统通过数据采集、存储、处理和展示，实时监测太阳能热水系统和地源热泵系统的运行状态，提高能效，降低运营成本。系统具备实时数据监测、历史数据记录与分析、能效评估与优化、故障诊断与预警、报表生成与导出、远程监控与管理、用户权限管理及数据可视化等功能，确保可再生能源设备的高效、安全运行。

关键词：可再生能源；运行；监测系统

中图分类号：TU855 文献标识码：A 文章编号：1008-9500（2024）08-0-03

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2024.08.066

Design and Application of Renewable Energy Operation Monitoring System for Buildings in Chongqing

SONG Lianjie1， LIN Xueshan2

（1. China 19th Metallurgical Corporation， Chengdu 610031， China;

2. Chongqing Polytechnic University of Electronic Technology， Chongqing 401331， China）

Abstract： The threads explore the design and application of a renewable energy operation monitoring system for buildings in Chongqing， with a focus on the system’s architecture， functions， and practical application in the Yuelai ecological city project. The system monitors the real-time operation status of solar water heating systems and ground source heat pump systems through data collection， storage， processing， and display， improving energy efficiency and reducing operating costs. The system has functions such as real-time data monitoring， historical data recording and analysis， energy efficiency evaluation and optimization， fault diagnosis and warning， report generation and export， remote monitoring and management， user permission management， and data visualization， ensuring the efficient and safe operation of renewable energy equipment.

Keywords： renewable energy ; operation ; monitoring system

目前，重庆市已建成多个太阳能热水系统、地源热泵系统、分布式光伏发电项目等建筑用可再生能源，能够有效降低建筑物对传统能源依赖，显著减少温室气体排放，提升城市环境质量[1]。此外，随着绿色建筑理念的普及和相关政策的推动，建筑可再生能源的推广已成为实现可持续发展的重要途径。重庆市渝北区悦来生态城建筑可再生能源集中供能项目，服务建筑面积超过100万m2，建有3个集中能源站点，保证片区供能[2]。随着建筑可再生能源项目规模的扩大，如何高效地监测和管理建筑可再生能源系统，确保其稳定运行和最佳效能，成为急需解决的问题。在建筑可再生能源系统管理过程中，系统运行及数据监测系统扮演着至关重要的角色[3]。基于重庆市建筑可再生能源，设计了可再生能源运行监测系统，能够提高能源管理水平，为实现区域能源转型和绿色发展提供有力支撑。

1 可再生能源运行监测系统架构

1.1 总体设计

重庆市建筑可再生能源运行监测系统的总体设计基于高效、稳定、可扩展原则，旨在综合监测与管理多种可再生能源系统[4]。系统采用模块化设计，主要包括平台层、应用层、数据层以及展示层，如图1所示。

在数据采集层，系统利用各种传感器和仪表，实时采集太阳能热水系统、地源热泵系统等设备的运行状态和能效参数。数据传输层通过无线网络、有线网络等多种传输方式，将采集的数据传输至数据中心。在数据存储与处理层，系统利用大数据技术和云计算平台，高效存储、处理以及分析海量数据。数据展示层通过友好的用户界面，以图表、报表等形式直观地展示分析结果，便于管理人员进行决策和优化。

1.2 系统组成部分

1.2.1 平台层

平台层是系统的基础支撑部分，提供实时数据服务、历史数据服务、信息发布服务、通用图形服务以及通用计算服务等基础服务。通过这些服务，确保系统稳定运行，并支持其他各层的数据处理和应用需求。

1.2.2 数据层

数据层是系统的数据管理中心，主要负责数据的采集、存储和管理。该层包括数据采集、数据存储以及数据管理模块，利用分布式数据库和大数据处理平台，高效存储、清洗、分析以及挖掘采集到的海量数据。利用机器学习和人工智能算法，预测系统运行状况和诊断系统故障，从而提高系统的智能化管理水平。

1.2.3 应用层

应用层是系统的数据应用和分析部分，提供综合用电分析、高级应用分析及统计报表生成等功能。深入分析数据层的数据，应用层能够实现对系统运行状态和能效的全面分析与评估，帮助管理人员优化系统运行策略，提高能源利用率。

1.2.4 展示层

展示层是系统的用户交互界面，通过在线监测、系统门户、运行管理以及监测管理等功能模块，将复杂的数据分析结果以图表、报表等形式直观地展示给用户。用户可以通过这些工具实时查看系统的运行状态、能效分析结果和历史数据趋势，便于实时监控和做出决策。

2 可再生能源运行监测系统设计

2.1 太阳能热水系统运行监测

太阳能热水系统运行监测由计量监测、数据采集、数据中心软件3部分组成，采用多种传感器和数据采集设备，实时监测辐射度、环境温度、循环流量、进口温度以及出口温度等运行参数，形成完整监测网络。

太阳能热水系统运行监测流程如下。一是辐射度监测，将JTBQ-2太阳总辐射传感器安装在太阳能集热器附近位置，实时监测辐射度[5]。二是环境温度监测，将带防辐射罩的室外温度传感器安装在太阳能热水系统附近位置，实时监测环境温度。三是循环流量监测，在集热系统出水管路上安装水流量传感器，实时监测循环流量。四是进出口温度监测，集热系统进出管路上安装水温度传感器，实时监测系统进出口水温，确保系统在最佳温度范围内运行。五是数据采集装置，安装一个总数据采集装置，实时采集监测参数。六是数据传输与存储，采用无线传感网络（Wireless Sensor Networks，WSN）或有线传输方式，将采集的数据传输至中央控制系统或云平台进行存储和处理，确保数据的可靠传输和安全存储。七是数据分析与预警，利用大数据分析和机器学习算法深入分析数据，及时发现系统运行中的异常情况，并提供预警和故障诊断支持，确保系统稳定运行。

2.2 地源热泵系统运行监测

地源热泵系统的数据采集与监测方法旨在全面掌握系统的运行状态和能效表现，确保系统高效和稳定地运行。地源热泵系统运行监测如图2所示。

地源热泵系统运行监测流程如下。一是在系统机房附近位置安装带防辐射罩的室外温度传感器，监测室外温度。二是在系统热源及用户侧总进出水管路上安装水温度传感器，实时监测进出口水温，确保系统在最佳温度范围内运行。三是在系统热源及用户侧总进出水管路上，安装循环水流量传感器，实时监测水流量。四是在配电系统安装普通电能表，监测系统耗电量。五是在机组热源及用户侧进出水管路上安装水温传感器，实时监测机组进出口水温，确保机组在最佳温度范围内运行。六是在机组热源及用户侧进出水管路上安装循环水流量传感器，实时监测机组的循环水流量，了解机组供热和供冷情况。七是在机组配电输入端安装功率传感器，实时监测机组功率。八是安装数据采集装置，采集监测参数。

3 可再生能源运行监测系统的应用

该建筑可再生能源运行监测系统是一套集成化管理工具，能够有效为管理人员提供全面、准确、实时的数据监测和分析服务。建筑可再生能源运行监测系统完成设计后，接入重庆市渝北区悦来生态城项目，用于监测该项目中的太阳能热水系统以及地源热泵系统运行数据，分析项目的运行状态，通过采集、存储、处理和展示太阳能热水系统、地源热泵系统等可再生能源设备的数据，有助于优化可再生能源运行，提高能效，降低运营成本。

建筑可再生能源运行监测系统具备实时数据监测、历史数据记录与分析、能效评估与优化、故障诊断与预警、报表生成与导出、远程监控与管理、用户权限管理以及数据可视化等功能。该系统能够实时采集并展示设备的运行数据，如温度、压力、流量和能量消耗，并通过图表、报表直观呈现。

该系统具有以下功能：一是存储并分析历史数据，评估长期表现；二是集成能效评估算法，识别低效环节并优化系统；三是具备智能故障诊断和预警功能，确保系统稳定运行；四是支持生成多种报表，便于记录和分享；五是通过互联网实现远程监控和管理；六是提供多级权限管理，保障数据安全并促进团队协作；七是采用多种数据可视化工具，使数据更易理解和分析。通过以上功能，可再生能源数据监测系统平台能够有效提高管理效率，确保可再生能源设备的高效、安全运行，为用户提供全面的能源管理方案。

4 结论

本研究通过设计和应用建筑可再生能源运行监测系统，实现对重庆市建筑可再生能源设备的全面监测和高效管理。应用结果表明，重庆市建筑可再生能源运行监测系统通过实时数据采集和智能分析，可以显著提高可再生能源系统能效，降低运营成本，并保障设备稳定运行。未来，研究应继续优化系统设计，探索更多智能化功能，以进一步提高管理效率和系统可靠性。此外，加强系统的推广应用，有助于推动重庆市乃至全国的可再生能源利用和绿色建筑发展，助力实现可持续发展目标。

参考文献

1 戴 健，黄 飞，王 谦，等.基于数据融合架构的可再生能源运行监测系统[J].机械与电子，2024（3）：45-49.

2 李 丹.地源热泵系统的研究与应用[J].中国资源综合利用，2019（11）：172-175.

3 陈 威.崇明区建筑可再生能源数据监测系统建设研究[J].上海节能，2019（5）：337-341.

4 赵 慧，宋 蒙.可再生能源及其监管系统[J].现代建筑电气，2016（10）：21-24.

5 郭梁雨，郝 斌，刘幼农.地源热泵示范项目数据监测系统的构建分析和应用[J].暖通空调，2011（1）：99-103.