淺談建立大型建筑能耗實(shí)時(shí)群控平臺(tái)的迫切需求性

摘 要：隨著我國(guó)建筑總量的攀升和建筑能耗的不斷提高，其中以大型建筑最為突出，建筑節(jié)能這個(gè)問(wèn)題變得越來(lái)越受到關(guān)注。而在尋求建筑節(jié)能的方法之前，必須獲得建筑能耗的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，通過(guò)分析需求節(jié)能的突破口。文章通過(guò)分析當(dāng)前各項(xiàng)已有的獲取建筑能耗數(shù)據(jù)的方法，并提出了建立大型建筑能耗群控平臺(tái)的迫切需求性。

關(guān)鍵詞：大型建筑；能耗；群控平臺(tái)

1 我國(guó)發(fā)展現(xiàn)狀及缺陷

我國(guó)對(duì)各種能源能耗實(shí)時(shí)監(jiān)控研究起步也較晚，技術(shù)水平差距還較大。本世紀(jì)開(kāi)始，國(guó)內(nèi)福州大學(xué)、湖南交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院、淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院、華東交通大學(xué)、新疆電力科學(xué)研究院、天津市水文水資源勘測(cè)管理中心等高校和科研院所對(duì)各種能源的實(shí)時(shí)監(jiān)控展開(kāi)了深入研究，取得了一定的成果。

福州大學(xué)吳亦鋒、劉彪、許巧玲建立一個(gè)大型公共建筑能耗監(jiān)測(cè)平臺(tái)，獲取建筑各分類分項(xiàng)能耗數(shù)據(jù)。能耗數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)中心進(jìn)行分析處理，把分析處理結(jié)果通過(guò)網(wǎng)頁(yè)以圖表等形式對(duì)外公布。系統(tǒng)按功能分為數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)?；谀芎臄?shù)據(jù)監(jiān)測(cè)平臺(tái)應(yīng)用模糊控制技術(shù)對(duì)建筑能耗引入監(jiān)控環(huán)節(jié)，約束大型公共建筑的能源消耗，提高建筑運(yùn)行能效。

湖南交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院陳建平通過(guò)汽車油料監(jiān)控系統(tǒng)可方便地對(duì)汽車油料使用過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。該系統(tǒng)從設(shè)計(jì)上可分為油量數(shù)據(jù)采集器、無(wú)線射頻抄表器和PC機(jī)軟件三個(gè)部分。結(jié)合了數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、無(wú)線射頻抄表三個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)記錄汽車油耗，通過(guò)無(wú)線射頻方式抄表并上傳至PC機(jī)，由配套業(yè)務(wù)管理軟件分析數(shù)據(jù)并進(jìn)行績(jī)效管理。

淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院周雷、呂廣才、譚偉東設(shè)計(jì)一種太陽(yáng)能電池發(fā)電量實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用單片機(jī)和霍爾電流傳感器實(shí)時(shí)測(cè)量太陽(yáng)能電池的輸出電壓、電流得到輸出功率，然后經(jīng)運(yùn)算得到電量值送液晶顯示器顯示結(jié)果。實(shí)驗(yàn)表明，該系統(tǒng)測(cè)量誤差小于3%，且低成本、低功耗，使其在離網(wǎng)光伏系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。

華東交通大學(xué)張征、陳琦、饒攀針對(duì)“無(wú)人值班，少人值守”的變電站采用組態(tài)王電力版（6.53）軟件開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)，通過(guò)上位機(jī)與下位機(jī)的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸，實(shí)現(xiàn)人機(jī)界面友好，運(yùn)行可靠的監(jiān)控系統(tǒng)。此監(jiān)控系統(tǒng)不僅實(shí)現(xiàn)遙調(diào)、遙測(cè)、遙控、遙信的“四遙”基本功能，而且可以實(shí)現(xiàn)曲線、報(bào)警、打印、數(shù)據(jù)庫(kù)管理等功能，可應(yīng)用于變電站和電力企業(yè)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

新疆電力科學(xué)研究院何一凡、王涌、王偉、來(lái)章蓀根據(jù)節(jié)能發(fā)電調(diào)度的要求，依據(jù)現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)，建立起火電機(jī)組能耗實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。為疆內(nèi)實(shí)行節(jié)能調(diào)度提供技術(shù)保證。

天津市水文水資源勘測(cè)管理中心蔡旭、田翠榮、徐嘉利用現(xiàn)代化的信息技術(shù)研究和開(kāi)發(fā)建設(shè)天津城市水資源實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，分析了系統(tǒng)建設(shè)對(duì)提高天津市城市水資源管理綜合能力和管理水平的作用，并提出了系統(tǒng)建設(shè)的設(shè)想和思路，以提高系統(tǒng)的實(shí)用性和可操作性。

通過(guò)上述內(nèi)容可以看出當(dāng)前建筑能耗存在以下幾個(gè)有待解決的問(wèn)題：

（1）我國(guó)是能源消耗大國(guó)，必須加大節(jié)能力度，而建筑能耗所占總能耗比重越來(lái)越大，國(guó)家已經(jīng)把建筑節(jié)能列為一項(xiàng)重點(diǎn)任務(wù)。當(dāng)前城市化快速發(fā)展進(jìn)程中，建筑的數(shù)量越來(lái)越多，建筑節(jié)能潛力很大，而建筑節(jié)能需要大量的數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)。

（2）目前國(guó)內(nèi)專家對(duì)能源監(jiān)控研究只是針對(duì)單一建筑能耗、汽車油耗、太陽(yáng)能發(fā)電、變電站、火力發(fā)電、水資源等方面進(jìn)行了研究，而對(duì)于建筑能耗監(jiān)控的研究較少，而對(duì)于多個(gè)建筑的實(shí)時(shí)群控方面研究就更少了。

（3）鑒于節(jié)能目前在我國(guó)的重要性，人們希望能夠隨時(shí)獲得可靠的基本能源消耗信息，但是能耗數(shù)據(jù)的獲取是最大問(wèn)題，由于數(shù)據(jù)量的急劇增加，現(xiàn)今的能耗統(tǒng)計(jì)需要數(shù)百個(gè)甚至上千個(gè)相關(guān)部門(mén)或建筑的數(shù)據(jù)，同時(shí)人們對(duì)數(shù)據(jù)的真實(shí)性要求更高，因此在數(shù)據(jù)獲取階段應(yīng)該盡可能減少人工的抄錄，數(shù)據(jù)獲取渠道應(yīng)該以M2M（Machine to Machine）為最佳方案，這樣可一個(gè)保證能耗統(tǒng)計(jì)信息具有一定的時(shí)效性，在數(shù)據(jù)獲取階段要求數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性越來(lái)越高，這樣實(shí)時(shí)的有效的真實(shí)的能耗數(shù)據(jù)為后續(xù)的節(jié)能奠定的堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2 建立大型建筑能耗實(shí)時(shí)群控平臺(tái)的構(gòu)想

基于軟件平臺(tái)，搭建建筑能耗集中監(jiān)控仿真平臺(tái)，尋求實(shí)現(xiàn)建筑能耗集中監(jiān)控的有效途徑。目前國(guó)內(nèi)對(duì)于建筑的能耗監(jiān)控多為單體建筑的能耗監(jiān)控，對(duì)于建筑能耗集中監(jiān)控的研究尚屬前沿，通過(guò)對(duì)被監(jiān)測(cè)對(duì)象進(jìn)行分析研究，將被監(jiān)測(cè)對(duì)象的測(cè)量數(shù)據(jù)按照電能的功率測(cè)量和流體的流量進(jìn)行分類，選擇相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集器，搭建數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系數(shù)據(jù)采集器和數(shù)據(jù)終端，數(shù)據(jù)傳到終端后，數(shù)據(jù)終端將數(shù)據(jù)交給通信模塊上傳到服務(wù)器，由服務(wù)器完成數(shù)據(jù)的分析匯總，從而實(shí)現(xiàn)建筑能耗的實(shí)時(shí)群控。

建筑能耗實(shí)時(shí)群控平臺(tái)的系統(tǒng)框架如圖1所示。從圖中可以看出系統(tǒng)架構(gòu)上分為四個(gè)層次，分別為數(shù)據(jù)管理中心、客戶中心、現(xiàn)場(chǎng)工作站和數(shù)據(jù)采集終端。

建筑能耗實(shí)時(shí)群控平臺(tái)的頂層是數(shù)據(jù)管理中心，數(shù)據(jù)管理中心擁有存儲(chǔ)大型的數(shù)據(jù)庫(kù)的服務(wù)器，通過(guò)有線或者無(wú)線方式與每一個(gè)客戶中心聯(lián)接，將客戶中心的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)管理中心服務(wù)器，經(jīng)過(guò)授權(quán)后可以利用建筑能耗實(shí)時(shí)群控軟件通過(guò)網(wǎng)絡(luò)對(duì)數(shù)據(jù)中心服務(wù)器進(jìn)行訪問(wèn)，用戶可以對(duì)多個(gè)建筑能耗狀況進(jìn)行集中監(jiān)視，并且可以得到各個(gè)建筑的各種能耗的信息，并能夠轉(zhuǎn)化成為相對(duì)應(yīng)的圖表，還可以進(jìn)行橫向（多個(gè)建筑同一時(shí)間）或縱向（同一建筑不同時(shí)間）的能耗圖形對(duì)比，這樣用戶可以通過(guò)建筑能耗實(shí)時(shí)群控軟件了解建筑能耗使用狀況，以決定下一步采取哪些相應(yīng)的節(jié)能手段。

建筑能耗實(shí)時(shí)群控平臺(tái)的第二層是客戶中心，它是針對(duì)群體建筑或者具有一定相關(guān)性的多棟建筑組建立的數(shù)據(jù)中心，客戶中心與現(xiàn)場(chǎng)工作站之間是通過(guò)TCP/IP的方式進(jìn)行互聯(lián)，具體的聯(lián)接方式可以是有線聯(lián)接也可以是無(wú)線聯(lián)接。

建筑能耗實(shí)時(shí)群控平臺(tái)的第三層是設(shè)置在每個(gè)建筑內(nèi)的現(xiàn)場(chǎng)工作站，底層的各個(gè)傳感器采集的數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)總線相聯(lián)組成網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)相關(guān)協(xié)議匯集到現(xiàn)場(chǎng)工作站，現(xiàn)場(chǎng)工作站起數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)作用。

建筑能耗實(shí)時(shí)群控平臺(tái)的底層是數(shù)據(jù)采集終端，對(duì)應(yīng)各種能源類型的傳感器，采集相關(guān)的能耗數(shù)據(jù)，并發(fā)送給現(xiàn)場(chǎng)工作站。

3 大型建筑能耗實(shí)時(shí)群控平臺(tái)的優(yōu)點(diǎn)

建筑能耗實(shí)時(shí)群控平臺(tái)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）通過(guò)搭建軟件平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)城市多個(gè)建筑能耗的集中群控，并能即時(shí)反映某個(gè)或某幾個(gè)大型建筑在各個(gè)方面的實(shí)時(shí)能耗，并能以數(shù)據(jù)的方式保存下來(lái)，進(jìn)行建筑能耗的橫向或縱向的對(duì)比為后續(xù)的能耗的分析研究奠定基礎(chǔ)。

（2）建筑能耗實(shí)時(shí)群控平臺(tái)軟件集中解決了目前建筑能耗比較嚴(yán)重但建筑實(shí)時(shí)監(jiān)控研究又比較薄弱；建筑能耗數(shù)據(jù)難以實(shí)時(shí)準(zhǔn)確保存，給建筑節(jié)能研究帶了數(shù)據(jù)方面的困難等諸多難點(diǎn)。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，可以看出建筑能耗實(shí)時(shí)群控平臺(tái)能夠有效的解決建筑能耗數(shù)據(jù)采集問(wèn)題，給后續(xù)的能耗分析奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1]吳亦鋒，劉彪，許巧玲.大型公共建筑能耗監(jiān)控系統(tǒng)研究[J].福州大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，Vol.39 No.1：82-89.

[2]陳建平.汽車油耗實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)[J].職業(yè)教育，2010年第06期（下）：94.

作者簡(jiǎn)介：羅濤（1982-），男，江西九江人，九江職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師，工程碩士。