基于物聯網技術的智慧能耗管控平臺

摘要：大型公共建筑物中通過能耗管控及改造來進行節能降耗的系統是根據建筑特點、通過運用無線物聯網技術鏈接的、針對管理人員的能耗管理平臺，結合各類、項能耗數據的可靠采集，各用能設備的科學管控，不但準確地掌握不同用途建筑、核對計算單元、特定區域和重點用能設備的能耗，使能源得到合理的利用，避免了浪費，而且能夠有效指導大型公共建筑的能源管理，給使用的建筑評測和節能改造提供相關依據。該平臺基于互聯網技術，具有實時的能耗數據采集和通信、遠方云端輸送數據、自動根據不同的項目分開統計、分析數據、比對分析、報表展示和管理、數據上傳和存儲等一系列功能，滿足大部分公共建筑能耗監測和管控的內容和要求。

關鍵詞：節能改造物聯網計量監測能耗管控

中圖分類號：TM76

AnIntelligentEnergyConsumptionControlPlatformBasedonIoTTechnology

CHENZhanghong

AnhuiProvinceWENERGYPowerOperationandMaintenanceCo.，Ltd.，Hefei，AnhuiProvince，230088China

Abstract：Thesystemofenergyconservancyandconsumptionreductionbyenergyconsumptioncontrolandrenovationinlarge-scalepublicbuildingsisanenergyconsumptionmanagementplatformformanagersthatisbasedonthecharacteristicsofbuildingsandlinkedbywirelessIoTtechnology.Combinedwiththereliablecollectionofallkindsofenergyconsumptiondataandthescientificcontrolofvariousenergyconsumptionequipment，itnotonlyaccuratelygraspstheenergyconsumptionofbuildingsfordifferentpurposes，checkcalculationunits，specialareasandkeyenergyconsumptionequipment，soastoreasonablyutilizeenergyandavoidwaste，butalsoeffectivelyguidestheenergymanagementoflarge-scalepublicbuildings，soastoproviderelevantbasisfortheevaluationandenergy-savingrenovationofbuildingsinservice.ThisplatformisbasedonInternettechnologyandhasaseriesoffunctionssuchasreal-timeenergyconsumptiondatacollectionandcommunication，theremotecloudtransmissionofdata，automaticstatisticsaccordingtodifferentprojects，dataanalysis，comparisonanalysis，reportdisplayandmanagementanddatauploadandstorage，whichmeetsthecontentandrequirementsoftheenergyconsumptionmonitoringandcontrolofmostofpublicbuildings.

KeyWords：Energy-savingrenovation;InternetofThings;Metrologicalmonitoring;Energyconsumptioncontrol

結合某綜合樓的用能現狀，將該樓作為研究主體開展實施，以實現通過物聯網平臺管控的方式，改變傳統人工手動和硬接改造周期長、破壞區域大等弊端，通過智慧管控的模式達到節能減耗的目的。據此，通過摸排綜合樓的用能狀況，分析和判別處在日常管理過程中存在的短板和問題，挖掘節能潛力，通過無線物聯網能耗管控平臺尋找節能方向，降低能源消耗和成本，并為后續其他項目的開展提出了相關意見建議。

1某綜合樓項目現狀

1.1項目基本概況

該綜合樓內含辦公室、會議室、辦事窗口、停車場、人防等功能區域，共21層（其中，地上20層，底下1層，裙房三層），總建筑面積33243㎡。主要用能設施設備：空調、照明燈具、配電房、泵房、電梯和開水器及辦公設施設備等。

1.2近3年能耗數據

根據皖管﹝2020﹞12號《關于推進公共機構合同能源管理的意見》中“三、基礎工作”章節規定的合同能源管理項目能耗基準應按照前3年平均能耗消耗量計算，但2020年初受疫情影響，由于部分干部職工采取居家辦公措施和辦公室通風要求，導致整體綜合樓用能處于非正常狀態，故不作為能耗基礎數據，因此，取2018年、2019年和2021年的平均能耗作為基準。

1.3當前存在的問題

（1）隨著大樓辦公和業務人員的體量不斷加大，以及建筑使用樓層的不斷擴大，各種用能設備也在不斷豐富，同時因為存在大量使用不當的行為，存在很多浪費能源的情況，使得近年來能耗處于不斷上升狀態。

（2）大樓目前耗能設備智能化水平低，部分職工存在節能意識不強的情況，經常會出現下班或者離開辦公室之后忘記關空調和其他高耗電設備的現象，而這些耗能設備又不會根據情況自動關閉調節，這就出現了大量能耗的浪費。

（3）大樓原來舊的能耗管控平臺自動化程度不高，覆蓋面不廣，在平臺設計中沒有很好地將能耗信息關聯，而且數據能耗的監控技術應用很少，無法實現節能降耗和可靠管控等目的。

2研究智慧能耗管控平臺的目的和主要建設內容

2.1研究智慧能耗管控平臺的目的

為認真貫徹落實公共機構節能相關的文件精神，做好公共機構能源資源節約和生態環境保護工作。智慧能源管控系統須將信息化平臺作為基礎，結合大數據等信息技術，成為集維護、管理等多種功能的一體化平臺[1]。

2.2主要建設內容

利用物聯網技術對智慧管控系統進行設計，對系統做整體構思，通過分層思想，使各個區域全覆蓋[2]。主要包含主樓辦公樓各樓層用電量監測和計量、整個大樓總用水量總量監測計量、多聯機空調遠程監測與節能控制、公共區域照明節能控制和數據監測中心建設。

3智慧能耗管控平臺支撐硬件具體實施方案

由于物聯網需要硬件支撐節點，因此對節點硬件的設計需滿足以下原則：成本低，因監測范圍較廣，傳感器節點數量很多，必須最大程度控制成本；功耗低，傳感器工作地點通常為室外，為最大程度保持網絡穩定，節點設計需符合低功耗要求；可擴展性強，由于監測地點隨時發生改變，當需要增加新的模塊時，節點應滿足需要[3]。

3.1用電計量監測

（1）樓層用電量計量，在原各樓層強電井內各安裝有三相機械三相電表，分別計量樓層空調和照明插座用電，將機械表全部替換為導軌式相智能電表，可以通過GPRS數據采集器將數據到采集平臺，用于實時監測各樓層用電數據。

（2）大樓配電房各開關用電量檢測。現每回路已安裝智能電表，需把各電表的通信線連接起來接入GPRS數據采集器，然后上傳到云平臺。

3.2用水計量監測

大樓總用水表位于大樓外面人行道上，屬于智能水表。與市政供水部門溝通提供通信協議和地址碼后可直讀數據，最終通過GPES數據采集器將數據上傳至平臺。

3.3多聯機中央空調控制系統

在每臺多聯機室外主機上安裝中央空調集控器，通過設定空調地址來控制每臺室內機。多功能通信網關與中央空調集控器通過接口連接，設定通信參數（如波特率、采集頻率等），實現中央空調主控器的數據上傳。該項目考慮共計安裝53臺多聯機空調集控器，通過平臺及多聯機室內機控制器，實現定時開關閉空調和設定溫度。

3.4公共區域照明智能控制

（1）大廳1～3層吊頂上安裝“智能照明時控模塊”（4路），原86殼開關面板替換為“智能觸摸開關面板”，原開關控制電線改為通信線，如果有4路開關就不需要重新走線。根據現場的需要設定各回路通斷時間，合理地節約用電量。

（2）地下停車場過道燈節能控制：加裝微波感應器，感應車和人的運動。有人或有車過來時亮燈，并延遲一定時間后滅燈，錯開安裝。將原有的290盞燈常亮控制到了30余盞，有效降低了能耗。

4智慧能耗管控平臺系統介紹

4.1平臺主要功能

（1）實時在線監測；（2）數據采集存儲；（3）統計分析；（4）預警告警；（5）定額管理；（6）通斷控制；（7）自動控制；（8）圖文報表；（9）能耗公示；（10）平衡分析；（11）數據填報。

系統可根據選擇的用能種類自動統計能耗數據，幫助管理者替代手工填報能耗數據，提高工作效率。

4.2智慧能耗管控平臺基本功能模塊

（1）數據采集；（2）數據處理；（3）能耗監管；（4）能耗查詢；（5）折標系數和價格管理方案；（6）分類能耗信息；（7）能耗報警。

4.3智慧能耗管控平臺子系統

4.3.1用電監控管理子系統

該系統實現對用戶各辦公區等公共場所的電能數據采集與用電節能監管。

（1）電表實時。對每個用電單元進行電能計量實時監控網絡狀態、用電狀態、實時電量等信息，電表檔案詳細查看。

（2）多功能電表實時監測。多功能電表適用于樓宇輸配電系統，能夠根據監測到的問題及時展示，提升了電氣系統運行的安全性。

實時樹型可以根據建筑層級、部門層級、電表物理安裝層次展示。

（3）實時圖表。可以通過柱狀圖、曲線圖、時段對比圖實時展現72h或24h的用電情況，15min數據采集一次或1h采集數據一次為樓棟用電總量提供考核、管理依據；為分析異常故障提供了分析依據，能耗電量異常短信提醒。

（4）用電能耗統計。能夠按照綜合、年度、季度、月度和日能耗報表來統計用戶的整個用電量。

（5）用電能耗分析。可對用電能耗實現實時在線分析功能，如可列出進行對比分析時的指標（用電量/用電金額）、工作日（工作日/非工作日）、時段（上午班/下午班/午休/夜間）、對比對象（年同比/月同比/月環比/指定年/指定月）、是否進行詳細對比、時間（年/月）、對比時間（年/月）、是否展現圖形數值等分析功能。

（6）用電明細查詢。電能明細查詢可以按照樓棟、樓層、區域等條件按照時間段顯示出來。

4.3.2用水監測管理子系統

該系統可以根據用水量的監測進行分析，快速發現跑冒滴漏現象。它將水表用水信息結合到一起，通過對水表數據的統計，直觀地進行圖形展現。

可以通過柱狀圖、曲線圖、時段對比圖實時展現三天或者一天的用水情況，15min數據采集一次或1h采集數據一次。

水表實時、實時圖標、用水統計、用水明細、用水分析等功能與用電功能相同，目前正在完善中。

4.3.3智能照明系統

該系統實現對政務服務大廳1～3層的公共部分進行區域控制，來實現節能降耗的目的。不同的開關控制不同的區域進行精細化管控，同時通過平臺的時間策略控制來進行定時和遠程控制，使能耗管控更加精準有效。

4.3.4后期停車場光伏及智慧照明的預留展示

該系統為后續即將建成的車棚光伏和停車場智慧照明系統預留了銜接端口，為將來全系統展示做了前期鋪墊。

5后續推廣智慧能耗管控平臺的提升和相關建議

隨著城市的發展，我國公共機構的能耗在建筑總能耗中的比重越來越大，特別是近10年來我國公共機構的規模和數量都增長極快，成為建筑中的用能大戶。因此，進行公共機構能耗狀況監測以及節能技術在公共機構中運用的研究十分必要[4]。

5.1加大智能化硬件的投入

該綜合樓作為研究主體，鑒于其能耗托管費用處于中等水平，且大樓前期沒有經過完好的驗收導致動力線路排布凌亂復雜，當前情況下沒有條件實施更加精細化的能耗監測分類。通過構建數字化系統單線圖，系統拓撲可以實時展示與分析，通過下鉆對應的電表或者設備，可以綜合看到設備的健康指數、用電情況[5]。面對將來其他能耗托管費用高且線路排布清晰的建筑樓宇，可更加細致化地投入監測硬件設備，按照樓宇→樓層→房間的三級管控，同時將空調、照明、插座等用能設備進一步精細區分，更加精準地對能耗進行監測和管控，進而達到深層次的節能降耗。

5.2要有相應的節能規章制度支撐輔助

物聯網的技術運用是一個龐大而復雜的系統，包含的各個領域內容都很廣，它集成了多項跨學科的技術，可以對復雜的現實場景達到監測、監測、存儲、傳送和應用的服務[6]。除了基于物聯網技術的智慧能耗管控平臺自身，也不能完全依賴于能耗管控平臺進行管理，以該樓為例，節能規章制度建設不完善，缺乏科學的節能獎勵機制。隨著后續辦公人數和設備的日益擴大，辦公人員和辦事群眾數量的迅速增加，使得用能量和用能種類的范圍不斷擴大和龐雜，但能源管理方面的規章制度沒有得到修訂，節能規章制度需要相輔相成地跟進。

5.3技術的開發和推廣需同步進行

末端監測包括配電室、重點設備和一般設備的監測。末端監測系統的底端為智能電表、智能水表等分項計量設備，也是物聯網的最原始數源，數據的真實性對后續各方面處理有很大決策作用。

5.4提高全民的節能意識至為關鍵

無論是推廣智慧能耗管控平臺的搭建，還是倡導節能降耗的宣傳，全民節能意識的提高是關鍵，如同安全生產工作一樣，人員的安全意識沒有提高，那么安全培訓的教育也是不成功的。以政務服務大樓為例，廣大工作人員對節能工作的意識有待提高，所以才出現“人走燈還亮”“空調無人空轉”等現象。通過基于物聯網技術的智慧能耗管控平臺，在實現能耗降低的同時，提高全民的節能環保意識，從而發揮全民在節能減排中的重要作用，使用能更清楚、直觀地達到降低的效果，同時也為能源綜合改革和綠色示范節約型機關創建帶來新的機遇，使黨政機關、醫院、學校等公共機構成為綠色友好型、資源節約型的可持續發展生態典范。

6結語

未來，將有更多的單位建立物聯網的智慧能耗管理和控制平臺。基于掌握能源使用的實時數據，整合了各種能源使用項目的業務流程，建立了高效靈活的管理系統，將數據轉化為價值，實現綠色低碳提供基礎，保障能源安全。通過智慧能源系統運行的多方協調控制及優化調節技術以及智能能源系統管理的綜合服務分析技術等能源監控、節約的診斷和能源效率分析的手段，可以進一步推進節能減排措施的有效落地。

參考文獻

[1]溫克歡，唐義鋒，薛冰，等.基于能源管理的智慧能源網關技術研究[J].電測與儀表，2019，56（16）：123-128.

[2]王寧，郭水文.智慧能源系統研究的學術進展及其應用述評[J].重慶大學學報（社會科學版），2019，25（5）：123-133.

[3]王宇強，田苗，張一，等.基于物聯網技術的智慧能源管控系統設計[J].內蒙古電力技術，2022，40（5）：120-123.

[4]張孝軍，吳軍，毛林偉.公共機構能源動態管控系統介紹[J].上海計量測試，2020，47（6）：51-53.

[5]張曉慧，洪晟，黃柯茗，等.低碳視角下的工業能源管控研究與應用實踐[J].網絡安全與數據治理，2023，3（43）：27-33.

[6]張晶.基于物聯網架構的圖書館書目智能管理系統設計[J].自動化技術與應用，2022，41（3）：109-112，127.