引言

随着節能(néng)減排政策推進,建築能(néng)耗問題越來(lái)越受到(dào)人們關注。爲了(le)方便人們了(le)解建築實時(shí)能(néng)耗和(hé)改變用(yòng)戶的用(yòng)電習慣，降低(dī)用(yòng)能(néng)客戶能(néng)源成本，同時(shí)便于電網企業實施區(qū)域性建築樓群的需求側管理(lǐ),滿足政府對(duì)建築領域技術節能(néng)和(hé)管理(lǐ)節能(néng)的整體要求，本文(wén)主要介紹建築的能(néng)耗監測與智能(néng)控制系統。

1、系統基本結構

系統基本結構圖如圖1所示。

傳感器——輸入操作(zuò)指令，發送到(dào)管理(lǐ)主機或執行器。

執行器——輸出動作(zuò)指令，執行樓宇設備的通斷及調節。

管理(lǐ)主機——信息處理(lǐ)中心，接收指令和(hé)傳達指令到(dào)執行器，執行器動作(zuò)。

通信模塊——傳遞信息指令，信息聯接指令傳輸通信。

動作(zuò)元件——接收信息指令，執行相關動作(zuò)的配套元件。

雲平台——分析處理(lǐ)采集的各方面數據，并發出告警及管理(lǐ)指令。

圖1  系統基本結構圖

2、技術方法

建築能(néng)耗檢測與智能(néng)控制的能(néng)效服務，通過采集器和(hé)智能(néng)管理(lǐ)主機進行數據采集與智能(néng)控制。智能(néng)管理(lǐ)主機一方面通過 RS485 總線與底層各種設備連接通訊，另一方面通過互聯網與頂層設備的建築能(néng)效監測與控制管理(lǐ)中心連接通訊，有關電表、水(shuǐ)表、煤氣 表、熱能(néng)表則通過 RS485 總線與能(néng)耗采集器連接，并将實時(shí)數據緩存至能(néng)耗采集器，能(néng)耗采集器通過互聯網與頂層（ 設備 ) 的監測與控制管理(lǐ)中心連接通訊，對(duì)建築實現(xiàn)主動控制或智能(néng)控制的方式,實現(xiàn)對(duì)建築的節能(néng)服務管理(lǐ)。

底層各種設備包括：帶有 RS485 總線接口的電表、水(shuǐ)表、煤氣表、熱能(néng)表、能(néng)耗監測控制插座、能(néng)耗監測控制開(kāi)關執行器、智能(néng)照明(míng)控制面闆、數據采集器、紅(hóng)外(wài)轉發器等。

頂層設備包括：服務器、電腦(nǎo)以及管理(lǐ)系統軟件等， 頂層設備對(duì)對(duì)底層各種設備、四表進行數據收集、監測和(hé)數據分析，同時(shí)做出相應的判斷、操作(zuò)，必要時(shí)對(duì)底層各種設備進行控制、設置或編程。

該系統可以通過服務器向手機 APP端推送各種信息,同時(shí)也(yě)接收手機 APP端的操作(zuò)指令，就是通過互聯網進行遠程監控與控制，實現(xiàn)與上(shàng)級平台的通訊，實現(xiàn)更大(dà)範圍用(yòng)能(néng)終端的監測與管理(lǐ)，形成電能(néng)服務管理(lǐ)平台與建築能(néng)效服務雲平台的融合對(duì)接，以實現(xiàn)對(duì)所有用(yòng)戶進行數據監測、分析、預警，并實施主動控制或智能(néng)控制的方式，實現(xiàn)建築能(néng)效的動态優化控制策略，進而提供用(yòng)戶運行經濟指導方案。

3、系統組成架構

建築能(néng)耗監測與智能(néng)控制系統的基本構成，是由各元件通過總線連接成一條支線，幾條支線組成一個區(qū)域,幾個區(qū)域構成一個大(dà)的系統。 一條支線可以最多連接 64 個總線元件，每個區(qū)域最多可以容納 15 條支線，每個系統最多可以有 15 個區(qū)域。 系統組成構架如圖 2 所示。

圖2  系統組成結構

在系統比較小(xiǎo)、一條支線足以容納的情況下(xià)，可以不必配置線路耦合器,如圖 3 所示。 在同一條支線内，電源模塊與 MG元件的最遠距離爲 350m，兩個元件最大(dà)距離爲 700m，整條支線的長度最大(dà)不超過1000m。 支線與支線之間的相連稱爲主幹線，同樣需要一個電源進行供電，對(duì)總線元件數量和(hé)距離的要求與支線相同。

系統也(yě)可以通過智能(néng)管理(lǐ)主機直接與以太網相連，如圖 4 所示。 在這(zhè)種情況下(xià)，智能(néng)管理(lǐ)主機可以替代線路耦合器或者中轉器的作(zuò)用(yòng)。 這(zhè)種方式可以解決超遠距離傳輸的問題，同時(shí)可以提高(gāo)系統主幹線的傳輸速率。

圖4  配置智能(néng)主機系統組成架構圖

4、物聯網技術應用(yòng)

4.1  物聯網數據采集技術

針對(duì)物聯網全面感知(zhī)及信息處理(lǐ)向智能(néng)化、網絡化方向發展， 本研究方向從(cóng)多功能(néng)傳感芯片與元器件、嵌入式傳感系統、感知(zhī)信息融合處理(lǐ)等 3 個層次開(kāi)展研究工(gōng)作(zuò)。

(1) 多功能(néng)傳感芯片與元器件

物聯網系統在很(hěn)多情況下(xià)都需要在一個複雜(zá)環境下(xià)感知(zhī)多個多類物理(lǐ)信息，本方向重點研究多傳感在芯片級、元器件級的集成創新。

(2) 嵌入式傳感系統

傳感器網絡綜合了(le)傳感器技術、嵌入式計(jì)算(suàn)技術、現(xiàn)代網絡及無線通信技術、分布式信息處理(lǐ)技術等，能(néng)夠通過各類集成化的微型傳感器協作(zuò)實時(shí)監測、感知(zhī)和(hé)采集各種環境或監測對(duì)象的信息,是物聯網全面感知(zhī)的重要手段。

(3) 感知(zhī)信息融合處理(lǐ)

物聯網系統中多類多個傳感器感知(zhī)信息的融合處理(lǐ)，直接關系到(dào)信息采集的有效性、準确性與可靠性。通過有效信息的提取、網絡自(zì)适應感知(zhī)和(hé)自(zì)适應編碼等手段，提高(gāo)多媒體信号在網絡傳輸過程中的服務質量。

4.2  總體技術框架

4.2.1  平台功能(néng)框架

建築能(néng)耗監測與智能(néng)控制，主要是針對(duì)建築物的水(shuǐ)、電、煤、氣的消耗使用(yòng)情況進行監測，并以此爲基礎進行各個耗能(néng)設備的智能(néng)控制。 本平台的基礎數據爲建築、設備管理(lǐ)、物聯網數據采集中間部件、數據接口、權限體系，并在此基礎上(shàng)搭建能(néng)源管理(lǐ)系統，通過對(duì)配電房、燃氣轉壓、供水(shuǐ)泵房、換熱站(zhàn)進行各項耗能(néng)情況的檢測，通過空(kōng)調管理(lǐ)、路燈管理(lǐ)、工(gōng)程管理(lǐ)優化耗能(néng)結構，最終實現(xiàn)實時(shí)能(néng)耗、分項能(néng)耗、設備狀态、實時(shí)預警，以此實現(xiàn)能(néng)源審計(jì)與能(néng)源公示，并取得建築節能(néng)方案的優化。平台功能(néng)框架圖 5 所示。

圖5  平台功能(néng)框架圖

4.2.2 平台技術架構

平台通過工(gōng)業組态數據采集接口、安防數據接口等各種接口，通過統一的通信中間件或者 OPC開(kāi)放(fàng)協議(yì)，向各個數據單元傳輸數據,通過建模分析各個數據，生成實時(shí)數據、曆史數據、預警數據，并最終與各終端應用(yòng)相結合，實現(xiàn)建築的能(néng)耗檢測與智能(néng)控制。 平台技術架構如圖 6 所示。

圖6  平台技術架構

4.3  建築能(néng)耗監測

4.3.1  能(néng)耗分類分項

(1) 建築基本信息采集與統計(jì)，含建築物基本信息調查,建築近年能(néng)耗水(shuǐ)耗賬單采集與統計(jì)；

(2) 建築分類能(néng)耗，包括電量、水(shuǐ)量、燃氣、集中供熱量、集中供冷量、煤、液化石油氣、人工(gōng)煤氣、汽油、煤油、柴油、可再生能(néng)源、其他(tā)能(néng)源應用(yòng)量；

(3) 建築分類水(shuǐ)耗，包括市政自(zì)來(lái)水(shuǐ)耗量、非傳統水(shuǐ)源利用(yòng)量；

(4) 室内耗能(néng)設備或系統基本信息采集與統計(jì)；

(5) 運行管理(lǐ)節能(néng)及行爲節能(néng)調查（含建築用(yòng)能(néng)管理(lǐ)制度)、建築内人員行爲節能(néng)調查。

4.3.2  能(néng)耗診斷

設計(jì)一套實用(yòng)的能(néng)耗分析初步方案，包括能(néng)耗參考值設置、能(néng)源使用(yòng)量分析、能(néng)源使用(yòng)費用(yòng)分析、能(néng)耗總基準分析、能(néng)耗平均基準分析、分項回路分析和(hé)能(néng)耗分析報(bào)告，實現(xiàn)能(néng)耗數據的統計(jì)處理(lǐ)和(hé)節能(néng)分析。

4.3.3 能(néng)耗公示

（1) 建築基本信息

建築基本信息，包括建築名稱、建築面積、建築層高(gāo)、建築層數、建築功能(néng)、建成及使用(yòng)年份、常駐人數、主要用(yòng)能(néng)方式等。

（2) 能(néng)耗水(shuǐ)耗指标

能(néng)耗水(shuǐ)耗指标，包括年度總能(néng)耗量、年度總水(shuǐ)耗量。

能(néng)耗水(shuǐ)耗公示，包括實際能(néng)耗水(shuǐ)耗量和(hé)标準量。 年度分類能(néng)耗量:年度耗電量、年度燃料（煤、氣、油等) 消耗量、年度集中供熱量、年度水(shuǐ)耗量等。

年度分類水(shuǐ)耗量：市政自(zì)來(lái)水(shuǐ)耗量、非傳統水(shuǐ)（雨水(shuǐ)、中水(shuǐ)) 耗量。

年度單位面積能(néng)耗量、年度單位面積水(shuǐ)耗量、年度生均能(néng)耗量、年度生均水(shuǐ)耗量。

4.3.4 決策支持系統

系統以實現(xiàn)建築節能(néng)爲目标，以強大(dà)的數學模型爲基礎，以優化的控制算(suàn)法爲核心，以帶有自(zì)學習功能(néng)的能(néng)耗趨勢爲開(kāi)環運算(suàn)依據，以客觀的能(néng)耗分析爲評價指标，以用(yòng)戶的多元需求爲服務宗旨，以對(duì)原有系統最小(xiǎo)改動量爲前導，體現(xiàn)優異的降耗指标。

系統能(néng)夠根據應用(yòng)需求給出系統統計(jì)區(qū)域内任意範圍、任意時(shí)間段、任意能(néng)耗系統、任意單個設備的詳細能(néng)耗數據；用(yòng)戶可根據查詢需求個性化選擇彙總方式生成詳細的能(néng)耗數據報(bào)表，還可将能(néng)耗數據報(bào)表生成諸如柱型圖、曲線圖、餅圖、點圖、面積圖等統計(jì)圖表，從(cóng)而直觀地對(duì)數據進行能(néng)耗分析，如圖7~圖8 所示。

圖7  能(néng)量對(duì)比拼圖

圖8  能(néng)耗分析線形圖

5、結論

建築能(néng)耗檢測與智能(néng)控制系統，通過實時(shí)監測建築能(néng)耗數據與智能(néng)控制相結合，能(néng)夠得出建築能(néng)耗的優化方案，大(dà)大(dà)降低(dī)傳統建築的能(néng)耗。

系統采用(yòng)統一的 485 協議(yì)，各個設備隻需符合協議(yì)便可在系統中使用(yòng)，方便了(le)系統設計(jì)者的設計(jì)和(hé)集成商的集成、布線簡單清晰，減少了(le)線材的使用(yòng)，方便後期的維護工(gōng)作(zuò)，同時(shí)便于用(yòng)戶的統一管理(lǐ)。