建筑能耗監(jiān)測與智能控制系統(tǒng)研究

許輝

摘要：資源消耗已成為全球關(guān)注的問題，節(jié)能減排的概念必須在所有方面得到體現(xiàn)。建筑能耗是突出問題，需要用節(jié)能減排的理念去解決，進而提出建筑能耗監(jiān)測與智能控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以為人們掌握建筑能耗及改變用戶用能習(xí)慣提供方便，以減少用能客戶的能源成本，有助于能源管理企業(yè)對建筑樓群需求進行管理，實現(xiàn)建筑的管理節(jié)能和技術(shù)節(jié)能，從而達到節(jié)能減排的目的。

關(guān)鍵詞：建筑;?能耗監(jiān)測;?智能控制系統(tǒng);

1 傳統(tǒng)建筑能耗監(jiān)測與智能控制系統(tǒng)的不足

1.1 缺少建筑群的規(guī)模化聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測

前幾年，我國住建部制定了相關(guān)文件，明確指出大型公共建筑和國家機構(gòu)能耗監(jiān)測系統(tǒng)的各項準(zhǔn)則。

到現(xiàn)在為止，我國也有很多城市構(gòu)建出大型的公共建筑能耗監(jiān)測平臺，可實現(xiàn)重點監(jiān)測關(guān)鍵建筑物能耗的目的，我們還能通過執(zhí)行能耗統(tǒng)計、能源審核、能耗配額，能效公告和超額加價等方式來提高大型公共和辦公建筑的運營和管理水平。但當(dāng)前建筑能耗的檢測平臺，所覆蓋范圍較小，特別是一些大型商業(yè)綜合體、大型寫字樓等建筑，能耗監(jiān)測系統(tǒng)只能服務(wù)某個物業(yè)或者大樓，各個建筑所用設(shè)備不同，設(shè)備的接口不同、數(shù)據(jù)規(guī)范性和統(tǒng)一性較差，不能實現(xiàn)建筑群之間的聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測。

1.2 缺少建筑能耗的數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

如不具備建筑群之間的聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測，也就不能進行大范圍內(nèi)建筑能耗的數(shù)據(jù)采集與統(tǒng)計，但是建筑系統(tǒng)是復(fù)雜和龐大的，所以整體上建筑能源的管理依舊得不到有序管理，也就不能進行對比分析各個建筑系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)。而為達到有序管理，必須收集大量數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)中找出隱含的運行規(guī)律和有價值的信息，進而為實踐優(yōu)化建筑設(shè)備節(jié)能化而提供數(shù)據(jù)參考和模型。

1.3 缺乏用能者和能源提供方之間的聯(lián)動

如果實現(xiàn)統(tǒng)一化建筑能耗的監(jiān)測，則系統(tǒng)的范圍非常大，應(yīng)以每一城市為主體，這時系統(tǒng)建設(shè)的成本非常高，需要大量的投資。

當(dāng)前，一般區(qū)域性的建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)，主導(dǎo)建設(shè)者是政府，而系統(tǒng)運行一般以能耗收集和統(tǒng)計為主，然后為政府提供協(xié)助以監(jiān)督重要的公共建筑的用能。而這時存在一個不足，那就是建筑的用電側(cè)同電力企業(yè)的供應(yīng)側(cè)的發(fā)電以及配電的聯(lián)系不夠緊密。在智能電網(wǎng)建設(shè)的背景下，應(yīng)當(dāng)將智能電網(wǎng)與建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)進行融合，以實現(xiàn)更有效的建筑能源管理。

2 建筑能耗監(jiān)測與智能控制系統(tǒng)的構(gòu)成

2.1 系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)可詳細分為如下部分。

（1）管理主機：此部分為處理信息的中心，能接收到各種各樣的指令，并且能把指令傳遞給執(zhí)行器，促使執(zhí)行器進行動作。

（2）傳感器：將操作指令通過傳感器輸入系統(tǒng)中，并傳遞到管理主機部分或者執(zhí)行器部分。

（3）通信模塊部分：對于各種信息的指令進行傳輸，連接各種指令，達到傳輸通信的目的。

（4）執(zhí)行器：對于接收到的動作指令進行輸出，一般為調(diào)節(jié)樓宇設(shè)置和通斷樓宇設(shè)置。

（5）動作元件：能接收傳遞出的信息指令，并根據(jù)指令做出相對應(yīng)的動作。

2.2 技術(shù)方法

此系統(tǒng)所提供能效服務(wù)，一般用采集器以及智能管理主機開展數(shù)據(jù)收集以及智能化控制。這其中的智能管理主機需要借助RS485總線連接到底層的設(shè)備，達到通信目的;管理主體與頂層設(shè)備的連接，則由互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn);而其他設(shè)備（如煤氣表、電表、水表等）則需以RS485總線聯(lián)通采集器，才能實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集。采集器連接互聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)與頂層檢測和控制中心的通信，進而可智能化和主動化地對建筑進行控制，開展節(jié)能管理。該系統(tǒng)的底層設(shè)備非常多，典型的則是數(shù)據(jù)采集器、電表、水表、紅外轉(zhuǎn)發(fā)器等。系統(tǒng)中的頂層設(shè)備包含計算機、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、系統(tǒng)中的管理軟件，頂層設(shè)備主要功能為收集和監(jiān)測，并分析四表、底層設(shè)備的數(shù)據(jù)，給出相應(yīng)判斷和操作，必要時可以控制各個底層設(shè)備，還能實現(xiàn)對底層設(shè)備的設(shè)置與編程。

2.3 系統(tǒng)的組成架構(gòu)

此系統(tǒng)基本構(gòu)成為：支線是通過總線將不同的元件連接而形成的;很多條支線結(jié)合在一起，形成整體區(qū)域;最后則是很多個區(qū)域結(jié)合在一起，構(gòu)成了系統(tǒng)。

3 監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的實現(xiàn)

3.1 用物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)水平的提升，物聯(lián)網(wǎng)的全面感知、智能化以及網(wǎng)絡(luò)化程度逐漸提升，此系統(tǒng)就所用物聯(lián)網(wǎng)的多功能傳感芯片和元器件、感知信息融合處理、嵌入式傳感系統(tǒng)，3個層次進行了研究。

（1）多功能傳感芯片以及元器件：以物聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)的系統(tǒng)，需要針對復(fù)雜環(huán)境中的多種多樣物理信息進行感知，因此本監(jiān)測系統(tǒng)中物理網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，主要在于研究和創(chuàng)新多功能傳感芯片以及元器件。

（2）嵌入的傳感系統(tǒng)。分布式信息處理技術(shù)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)和無線通信技術(shù)、嵌入式計算技術(shù)、傳感器技術(shù)，綜合構(gòu)成傳感器網(wǎng)絡(luò)，并借助不同類型的集成微型傳感器的協(xié)作，實現(xiàn)實時監(jiān)測和感知、采集監(jiān)測對象信息，才能實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的全面感知，進而為建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)中信息收集提供支持。

（3）感知信息的融合處理。實現(xiàn)不同種類數(shù)據(jù)感知的信息融合處理，大幅提升信息采集的效用性、精準(zhǔn)性、可靠性。通常在提取到有效的信息之后，使用網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)感知技術(shù)，配合自適應(yīng)編碼的方式，大幅提升信息傳輸服務(wù)質(zhì)量。

3.2 總體技術(shù)框架

系統(tǒng)平臺的功能框架：此系統(tǒng)最終目的就是對建筑物所消耗的資源進行監(jiān)測，如水資源、電能資源等，然后以實時數(shù)據(jù)進行分析，依據(jù)分析的結(jié)果，可以智能化地對相應(yīng)的耗能設(shè)備進行控制。

此平臺基礎(chǔ)數(shù)據(jù)獲得源頭包含配電房、換熱站、給水泵房等各種能源的消耗情況，執(zhí)行工程管理、路燈管理、空調(diào)管理等，優(yōu)化能耗結(jié)構(gòu)以提供實時能耗、設(shè)備狀態(tài)、能耗分項，實時預(yù)警等功能，審計能源、公示能源、設(shè)計得出優(yōu)化建筑節(jié)能的方案。

4 建筑能耗的監(jiān)測

以建筑能耗監(jiān)測與智能控制系統(tǒng)為基礎(chǔ)，可實現(xiàn)建筑能耗的監(jiān)測。

4.1 分項目能耗

采集和統(tǒng)計建筑的基本信息，以建筑物的基本信息調(diào)查為基礎(chǔ)，然后采集和統(tǒng)計建筑近年的能耗、水耗的賬單。建筑的分類能耗，包括煤、集中供冷量、集中供熱量、燃氣、水量、電量、柴油、煤油、人工煤氣、再生能源、汽油、液化石油氣等的應(yīng)用數(shù)量，還有一些其他能源的應(yīng)用數(shù)量。建筑物的分類水消耗，主要有市政部門提供的自來水的消耗數(shù)量，以及一些非傳統(tǒng)的水源的消耗數(shù)量。

4.2 診斷能耗

這時應(yīng)當(dāng)將基礎(chǔ)性建筑能源消耗的分析方案確定出來，其中詳細的內(nèi)容包括很多項目，如具體的能源消耗標(biāo)準(zhǔn)參考值，還有能源具體使用量應(yīng)當(dāng)怎樣分析，以及能源使用后費用支出的分析或能源消耗的總基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)的分析等。

4.3 公示能耗

建筑的基本信息：建筑的面積、監(jiān)測建筑對應(yīng)的名稱、建筑物的層數(shù)和高度、建筑物長居住人口、建筑物能源使用方式、建筑物的建立時間、建筑物的使用年限、建筑物的使用類別等。

能耗水耗指標(biāo)：每年總水耗量、每年總能耗量。

公示能耗水能：標(biāo)準(zhǔn)能耗水耗量、實際能耗水耗量。

每年分類能耗量：每年水耗量、每年集中供熱量、每年燃料（煤、氣、油等）消耗量、每年耗電量。

每年分類水耗量：正常的市政自來水耗量以及非傳統(tǒng)水（雨水、中水）的耗量。

每年生均水耗量、每年生均能耗量、每年單位面積水耗量、每年單位面積能耗量。

5 結(jié)束語

建筑能耗監(jiān)測和智能控制系統(tǒng)的構(gòu)建，為實現(xiàn)智能化地管理建筑能耗提供了積極支持，有利于用能客戶減少用能要求的實現(xiàn)，也滿足了政府對于建筑運行中節(jié)能管理的整體需求。

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