安科瑞 鮑靜君

　　摘要：大型智慧園區(qū)已經(jīng)成為多種能源消耗的重要區(qū)域,，為了探索適用于大型智慧園區(qū)的綜合能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，建立了綜合能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)整體框架,，提出了綜合能耗網(wǎng)絡(luò)、能耗關(guān)系集合,、能耗均衡度等概念，并以某大型智慧園區(qū)

　　為例對(duì)綜合能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的采集網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì),，為大型智慧園區(qū)綜合能耗評(píng)估分析提供一種新的模式,。

　　關(guān)鍵詞:智慧園區(qū)；系統(tǒng)框架,；多能源,；能耗；監(jiān)測(cè),；采集網(wǎng)絡(luò)

　　1前言

　　進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái),，我國(guó)整體經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，然而經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展伴隨著能源供應(yīng)日趨緊張,。經(jīng)過(guò)十幾年高能耗推動(dòng)的發(fā)展時(shí)期,，能源供需失衡日益嚴(yán)重的現(xiàn)實(shí)已嚴(yán)重制約著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。2012年8月6日,，國(guó)務(wù)院以國(guó)發(fā)〔2012〕40號(hào)印發(fā)《節(jié)能減排“十二五”規(guī)劃》將“節(jié)能改造工程,、合同能源管理工程”列為“十二五”節(jié)能減排工作，并提出“建筑節(jié)能——形成600萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤的節(jié)能能力,。綠色照明——形成2100萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤的節(jié)能能力,。”的節(jié)能目標(biāo)。預(yù)計(jì)到2020年,，我國(guó)城市生活人口將達(dá)到總?cè)丝跀?shù)的0.56以上,，建筑能耗的大幅度增加將不可避免。目前,，建筑耗能已與工業(yè)耗能,、交通耗能并列，成為我國(guó)能源消耗的3大“耗能大戶”,，其中建筑能耗約占全社會(huì)能耗的三分之一,。在建筑能耗中，共性問(wèn)題是能耗總量大,、增長(zhǎng)速度快,、能耗指標(biāo)高、終端用能設(shè)備總體能效水平低等,。大型智慧園區(qū)作為高能耗建筑的集中區(qū)域,，亟需合理綜合能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)其綜合能耗情況進(jìn)行掌握，這對(duì)支持我國(guó)社會(huì)健康可持續(xù)性發(fā)展具有重要意義,。

　　2大型智慧園區(qū)中綜合能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用

　　維持大型智慧園區(qū)正常運(yùn)轉(zhuǎn)需要電,、水、冷熱等多種能源消耗,，各種能源消耗具有消耗范圍廣,、消耗時(shí)間不規(guī)律,、消耗量大等特點(diǎn),。其中,，大型智慧園區(qū)中的用電消耗主要包括：中央空調(diào)、照明,、電梯,、給排水、電加熱負(fù)載,，變壓器和其他混合負(fù)載等,，用水消耗主要包括生活用水、空調(diào)用水,、景觀用水,、綠化用水，用冷熱消耗主要為建筑內(nèi)部供冷和供熱調(diào)節(jié),。大型智慧園區(qū)中的綜合能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以園區(qū)內(nèi)各用能設(shè)備運(yùn)行和能耗特征為基礎(chǔ)條件,，依據(jù)各類(lèi)用能設(shè)備運(yùn)行中所采集的反映其能源傳輸、變換與消耗的特征,，采用能效協(xié)調(diào)控制策略實(shí)現(xiàn)能源優(yōu)化使用,。系統(tǒng)將建筑內(nèi)各用能系統(tǒng)的能耗信息予以采集、顯示,、分析,、診斷，并在滿足用戶度的前提下能對(duì)各系統(tǒng)進(jìn)行控制和優(yōu)化管理,，加強(qiáng)建筑能耗統(tǒng)計(jì)分析和能效管理的系統(tǒng)性,、科學(xué)性，提高終端能源利用效率,，減少能源支出成本,。

　　綜合能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)針對(duì)園區(qū)內(nèi)各建筑用電、用水及冷/熱量等進(jìn)行能效綜合管理,，包括建筑能耗綜合管理系統(tǒng)和水電冷熱表采集系統(tǒng),。水電冷熱表采集系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)園區(qū)各建筑各類(lèi)用能數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集與上傳；建筑能耗綜合管理系統(tǒng)接收水電冷熱表采集系統(tǒng)上傳的用能數(shù)據(jù),，實(shí)現(xiàn)對(duì)園區(qū)各建筑各類(lèi)用能數(shù)據(jù)的存儲(chǔ),、計(jì)算及應(yīng)用，系統(tǒng)采用B/S架構(gòu),，將分析展現(xiàn)的結(jié)果通過(guò)園區(qū)局域網(wǎng)進(jìn)行訪問(wèn),。

　　3主要研究?jī)?nèi)容

　　3.1綜合能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)框架

　　如圖1所示，綜合能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)框架包括功能應(yīng)用層,、邏輯處理層,、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層,、數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)源五層架構(gòu),。其中,，功能應(yīng)用層包括能源監(jiān)測(cè)、能效分析,、能效診斷,、輔助決策以及檔案維護(hù)、系統(tǒng)管理等用戶功能,，通過(guò)多維度,、可視化的系統(tǒng)功能界面實(shí)現(xiàn)與用戶的信息互動(dòng)；邏輯處理層通過(guò)建立能耗評(píng)估模型,，并利用數(shù)據(jù)挖掘,、統(tǒng)計(jì)計(jì)算、多維分析等手段對(duì)能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,，為功能應(yīng)用層提供直接的數(shù)據(jù)支持,；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層利用主流結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行分類(lèi)存儲(chǔ)，提高邏輯處理層的處理性能,；數(shù)據(jù)采集層利用終端采集設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)智能電表,、智能水表和智能冷熱計(jì)量表等遠(yuǎn)傳終端的數(shù)據(jù)源采集,，為整個(gè)綜合能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐,。

圖一

　　3.2相關(guān)定義

　　綜合能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)具有多源性和層次性,，為了更好的描述綜合能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理流程,，本文做出以下相關(guān)定義：

　　能耗網(wǎng)絡(luò)：能耗網(wǎng)絡(luò)是以各種能源監(jiān)測(cè)點(diǎn)為節(jié)點(diǎn)形成的網(wǎng)絡(luò)關(guān)系,，其表示形式G為：

　　G=

　　其中,，C表示能耗網(wǎng)絡(luò)中的能耗節(jié)點(diǎn)，V表示能耗值,，Cijk表示第i種能耗中等級(jí)為j的第k個(gè)能耗節(jié)點(diǎn)，Vijk表示能耗節(jié)點(diǎn)Cijk的值,。能耗網(wǎng)絡(luò)能夠很好的反應(yīng)出實(shí)際中復(fù)雜的能耗節(jié)點(diǎn)關(guān)系，建立能耗網(wǎng)絡(luò)對(duì)實(shí)現(xiàn)各種能耗的監(jiān)測(cè)分析具有重要的作用,。

　　能耗關(guān)系集合：能耗關(guān)系集合表示在能耗網(wǎng)絡(luò)中有直接等級(jí)關(guān)系的節(jié)點(diǎn)集合，其表示形式為：

　　SetCijk=

　　其中,，SetCijk-Father表示節(jié)點(diǎn)Cijk的關(guān)系父集,，SetCijk-Son表示節(jié)點(diǎn)Cijk的關(guān)系子集，為了保證數(shù)據(jù)的完整性,，用Cij+10表示節(jié)點(diǎn)Cijk的關(guān)系子集中未包含而Vijk中包含的能耗量。

　　能耗指數(shù)：能耗指數(shù)可以反應(yīng)出能耗網(wǎng)絡(luò)中一個(gè)節(jié)點(diǎn)的能耗量在該節(jié)點(diǎn)所在等級(jí)中所占的比例,，若節(jié)點(diǎn)Cij+1l表示節(jié)點(diǎn)Cijk關(guān)系子集SetCijk-Son中的一個(gè)節(jié)點(diǎn),，則能耗指數(shù)P的計(jì)算式為：

　　PCij+1l=VCij+1lCij+1m∈SetCijk-SonVCij+1m+VCij+10或PCij+1l=VCij+1lVCijk

　　其中,，VCij+1l表示節(jié)點(diǎn)Cij+1l的能耗值,，Cij+1m∈SetCijk-SonVCij+1m表示節(jié)點(diǎn)Cijk關(guān)系子集中所有節(jié)點(diǎn)能耗值之和,。

　　定義四 能耗均衡度 能耗均衡度反應(yīng)出能耗網(wǎng)絡(luò)中一個(gè)等級(jí)中的各個(gè)節(jié)點(diǎn)能耗是否均衡,，其計(jì)算式E為：

　　ECijk=Cij+1m∈SetCijk-SonPCij+1l-PCij+1l2

　　其中,，PCij+1l表示節(jié)點(diǎn)Cijk關(guān)系子集中各節(jié)點(diǎn)能耗指數(shù)的平均值,。顯然，能耗均衡度越小,，說(shuō)明節(jié)點(diǎn)Cijk關(guān)系子集中的各節(jié)點(diǎn)的能耗量越接近,，反之亦然。

　　4 監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

　　綜合能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)需要海量且數(shù)據(jù)支撐,，因此監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)尤其重要,。本小節(jié)以某大型智慧園區(qū)為例詳細(xì)描述監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)原則及實(shí)現(xiàn)方式。

　　4.1 監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)原則

　　4.1.1 主干線路優(yōu)先

　　首先，監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)首先應(yīng)滿足主干線路優(yōu)先的原則,，智慧園區(qū)主干線路的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)往往直觀的展示了園區(qū)整體的能耗情況,，能夠?yàn)閺膱@區(qū)整體上進(jìn)行能耗分析提供直接的數(shù)據(jù)支持。

　　4.1.2 重要區(qū)域優(yōu)先

　　其次，監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足重要區(qū)域優(yōu)先的原則,，所謂重要區(qū)域直接影響智慧園區(qū)正常運(yùn)行的區(qū)域,，例如智慧園區(qū)變配電站的用電監(jiān)測(cè)、供水站的用水監(jiān)測(cè)等,。

　　4.1.3 經(jīng)濟(jì)性原則

　　根據(jù)實(shí)際情況,，對(duì)于不重要且可以通過(guò)計(jì)算得到節(jié)點(diǎn),，可以盡量不安裝或少安裝表計(jì),，以便節(jié)省實(shí)施費(fèi)用,。需要匯總的數(shù)據(jù)如果可以通過(guò)分表計(jì)計(jì)算得到,，就無(wú)需再安裝總表計(jì),，

　　例如：如果分表的數(shù)據(jù)可通過(guò)已經(jīng)安裝的總表和其他分表計(jì)算得到,，也無(wú)需安裝表計(jì)。

　　4.1.4 節(jié)能潛力大優(yōu)先

　　能耗監(jiān)測(cè)的目的是進(jìn)行節(jié)能,，因此應(yīng)著重選取高耗能,、節(jié)能潛力較大的設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè),。高耗能設(shè)備一般是指耗能大,、在用數(shù)量多、節(jié)能潛力較大的中央空調(diào)、各種泵類(lèi)以及鍋爐,、換熱壓力容器、電梯,、起重機(jī)械等特種設(shè)備,。

　　4.2 監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)

　　如圖 2 所示,。

圖2

　　5安科瑞能耗監(jiān)控系統(tǒng)介紹

　　Acrel-5000能耗在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是用戶端能源管理分析系統(tǒng)，在電能管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了對(duì)水、氣,、煤、油,、熱(冷)量等集中采集與分析,，通過(guò)對(duì)用戶端所有能耗進(jìn)行細(xì)分和統(tǒng)計(jì),，以直觀的數(shù)據(jù)和圖表向管理人員或決策層展示各類(lèi)能源的使用消耗情況，便于找出高耗能點(diǎn)或不合理的耗能習(xí)慣,，節(jié)約能源,，為用戶進(jìn)一步節(jié)能改造或設(shè)備升級(jí)提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐,。用戶可按照國(guó)家有關(guān)規(guī)定實(shí)施能源審計(jì)，分析現(xiàn)狀,，查找問(wèn)題，挖掘節(jié)能潛力,，提出切實(shí)可行的節(jié)能措施,，并向縣級(jí)以上人民政府管理節(jié)能工作的部門(mén)報(bào)送能源審計(jì)報(bào)告。

　　5.1平臺(tái)結(jié)構(gòu)

　　Acrel-5000能耗在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以計(jì)算機(jī),、通訊設(shè)備,、測(cè)控單元為基本工具，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況采用現(xiàn)場(chǎng)總線、光纖環(huán)網(wǎng)或無(wú)線通訊中的一種或多種結(jié)合的組網(wǎng)方式，為大型公共建筑的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集及遠(yuǎn)程管理與控制提供了基礎(chǔ)平臺(tái)，它可以和檢測(cè)設(shè)備構(gòu)成任意復(fù)雜的監(jiān)控系統(tǒng),。開(kāi)放性,、網(wǎng)絡(luò)化,、單元化、組態(tài)化的采用面向?qū)ο蟮姆謱印⒎旨?jí)、分布式智能結(jié)構(gòu),。建立如下層次結(jié)構(gòu)：

5.2平臺(tái)功能

　　(1)系統(tǒng)可按使用年份統(tǒng)計(jì)建筑物各分類(lèi)能耗——電、水、氣,、集中供熱、集中供冷以及其它能源消耗量,，自動(dòng)折算成相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)煤消耗量，從而反映建筑物當(dāng)年各分類(lèi)能耗用能和綜合能耗,。系統(tǒng)以餅圖形式展示建筑4大用電分項(xiàng)能耗的占比情況,。系統(tǒng)以曲線圖形展現(xiàn)各類(lèi)能耗的消耗的消耗趨勢(shì)，便于業(yè)主方實(shí)時(shí)直觀掌握能源消耗情況,。

　　(2)系統(tǒng)可以根據(jù)分類(lèi)能耗的支路名稱查詢用能情況,，顯示當(dāng)日和當(dāng)月的用能峰值。顯示當(dāng)日用能,、當(dāng)月用能,、當(dāng)年用能與昨日同期用能、上月同期用能,、上年同期用能的比較情況,。以條形顯示過(guò)去48小時(shí)、31天,、12個(gè)月,、3年的能耗情況。右上角顯示過(guò)去15分鐘曲線（電表顯示功率曲線,，流量表顯示流速曲線）,。

　　(3)系統(tǒng)依據(jù)建筑物能源消耗的分布情況進(jìn)行能耗計(jì)量點(diǎn)的選取和設(shè)置，使得能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以覆蓋整個(gè)建筑物,。系統(tǒng)使用者可通過(guò)相關(guān)界面調(diào)取該建筑物各能耗節(jié)點(diǎn)的能耗統(tǒng)計(jì)報(bào)表,，減少用能的“跑、冒,、滴,、漏”和計(jì)量誤差。

　　(4)系統(tǒng)依據(jù)住建部分類(lèi)分項(xiàng)能耗數(shù)據(jù)采集導(dǎo)則,，將建筑物耗電分為照明插座,、空調(diào)、動(dòng)力和特殊用電進(jìn)行計(jì)量裝置選型和設(shè)置,，并按用能區(qū)域或功能區(qū)域等劃分并進(jìn)行統(tǒng)計(jì),，以報(bào)表和同、環(huán)比棒圖形式展現(xiàn)該區(qū)域的能源消耗,。

　　(5)系統(tǒng)可針對(duì)能源消耗量大的設(shè)備或區(qū)域進(jìn)行準(zhǔn)確定位,，便于管理層制定節(jié)能績(jī)效考核制度，推動(dòng)節(jié)能降耗的執(zhí)行,。為用能重要設(shè)備建立運(yùn)行記錄檔案,，長(zhǎng)期跟蹤記錄設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中的能效分析評(píng)估結(jié)果，結(jié)合設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)記錄,，為設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)提供依據(jù),。

　　(6)系統(tǒng)提供分級(jí)權(quán)限管理功能，對(duì)具備權(quán)限用戶提供開(kāi)放的信息維護(hù)接口,，用戶可自行對(duì)建筑和系統(tǒng)監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)計(jì)量點(diǎn)的信息進(jìn)行增,、刪、改和查詢，建筑物信息包括建筑類(lèi)型,、建設(shè)年代,、建筑面積、建筑物人員數(shù)量等,。系統(tǒng)還對(duì)無(wú)法自動(dòng)采集的計(jì)量信息提供手動(dòng)錄入功能,，便于使用者掌握建筑物總體能耗情況。

　　5.3數(shù)據(jù)上傳

　　安科瑞能耗在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)按照重要用能單位能耗在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范定義的系統(tǒng)平臺(tái)接口協(xié)議規(guī)范的要求,，將用能企業(yè)的基礎(chǔ)信息,、計(jì)量器具信息、用能數(shù)據(jù)及能效數(shù)據(jù)上傳至省級(jí)或國(guó)家平臺(tái),，上傳數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)HTTPS協(xié)議加密傳輸,。如果數(shù)據(jù)傳輸失敗或超時(shí)（網(wǎng)絡(luò)故障），將重發(fā)數(shù)據(jù),，直至接收成功反饋消息,。

　　5.4能源計(jì)量表具選型

　　6 未來(lái)工作展望

　　本文結(jié)合目前大型智慧園區(qū)中多種能源消耗量大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等特點(diǎn),，建立了綜合能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)框架,，并在能耗網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，提出了能耗關(guān)系集合,、能耗指數(shù),、能耗均衡度等相關(guān)概念，提出了監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)原則并以某大型智慧園區(qū)為例詳細(xì)闡述了監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)設(shè)計(jì),。未來(lái)的主要研究包括以實(shí)際數(shù)據(jù)為支撐,，進(jìn)行深入的實(shí)驗(yàn)，探索影響大型智慧園區(qū)能耗水平的主要因素,，建立綜合能耗評(píng)估機(jī)制,，實(shí)現(xiàn)對(duì)大型智慧園區(qū)各種能耗水平進(jìn)行客觀的評(píng)估。