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摘要：簡要介紹了建筑能耗監(jiān)控的需求,，結(jié)合工信部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SJ-11662—2016《建筑能耗監(jiān)控傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)技術(shù)要求》,，分析了公共建筑設(shè)置能耗監(jiān)控系統(tǒng)傳感器網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)要求,，詳細(xì)闡述了能耗監(jiān)控傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的組成,、構(gòu)建原則,、標(biāo)識體系,、傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)分層要求,、信息傳輸及接口、傳感器網(wǎng)絡(luò)服務(wù)層要求等,，可供建筑能耗監(jiān)控傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及實(shí)施提供參考,。

關(guān)鍵詞：建筑；能耗數(shù)據(jù),；采集,；傳輸；系統(tǒng)設(shè)計(jì)

0 前言

面向建筑能耗監(jiān)控系統(tǒng)的傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)重要性突出,，應(yīng)用前景廣闊,。在節(jié)能減排領(lǐng)域，建筑能耗占比顯著,，對建筑能耗實(shí)施監(jiān)測及節(jié)能改造效果明顯,，國家也出臺了諸多相關(guān)政策、要求,，如建科[2008]114 號《國家機(jī)關(guān)辦公建筑和大型公共建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)分項(xiàng)能耗數(shù)據(jù)采集技術(shù)導(dǎo)則》,。一些標(biāo)準(zhǔn)對能耗監(jiān)測作了宏觀層面的要求,，如GB/T50378—2006《綠色建筑評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》等綠色建筑設(shè)計(jì)、驗(yàn)收及評價(jià)標(biāo)準(zhǔn),，提出建筑能耗監(jiān)測是*選項(xiàng),。因此，建筑能耗監(jiān)控相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的研制是實(shí)施節(jié)能減排政策,、推進(jìn)綠色建筑建設(shè)的關(guān)鍵,。

本文對建筑能耗監(jiān)控系統(tǒng)傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)技術(shù)進(jìn)行研究，可為相關(guān)傳感器網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì),、施工,、驗(yàn)收提供具體要求和參考。

1 建筑能耗監(jiān)控傳感器網(wǎng)絡(luò)需求分析

構(gòu)建建筑能耗監(jiān)控傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),，需要從能耗指標(biāo),、通用要求、接口要求,、網(wǎng)關(guān)要求,、建筑能耗監(jiān)控系統(tǒng)傳感器要求、建筑能耗監(jiān)控傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)服務(wù)層要求等方面考慮具體技術(shù)要求,，為建筑能耗監(jiān)控系統(tǒng)中能耗參數(shù)檢測和信息傳輸所設(shè)置的傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)提供技術(shù)指導(dǎo),。

2 建筑能耗監(jiān)控傳感器網(wǎng)絡(luò)組成

建筑能耗監(jiān)控傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)(體系)結(jié)構(gòu)由感知層,、承載層、服務(wù)層3個(gè)邏輯區(qū)域組成,。

建筑能耗監(jiān)控傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)感知層分布在建筑耗能設(shè)備群中,，負(fù)責(zé)各類耗能信息的采集、匯聚,、處理和控制，利用傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)獲得相應(yīng)的能耗監(jiān)測數(shù)據(jù),。承載層將傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的耗能數(shù)據(jù)由感知層向服務(wù)層的連接端口傳輸，可包括建筑物內(nèi)的自網(wǎng)絡(luò),、本地局域網(wǎng)、電信網(wǎng),、廣電網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)等,。

建筑能耗監(jiān)控傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)服務(wù)層主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)及消息管理、數(shù)據(jù)存儲,、分析展示,、診斷處理、信息展示功能,。

3 建筑能耗監(jiān)控傳感器網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建原則

建筑能耗監(jiān)控傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建立獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)，采用樹形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),，在可靠性要求高的場所,，設(shè)計(jì)為冗余樹形結(jié)構(gòu)或網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò),。

網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)時(shí)，考慮共用建筑內(nèi)設(shè)置的 BAS,、P-SCADA或其他能源設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)所采集的數(shù)據(jù)，盡量利用這些網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)能耗數(shù)據(jù)的匯聚和傳輸,。

建筑能耗監(jiān)控傳感器網(wǎng)絡(luò)傳感器的優(yōu)化布置,、設(shè)備選擇在已有建筑能耗系統(tǒng)評價(jià)的基礎(chǔ)上遵循按需布設(shè),、簡化,、準(zhǔn)確的原則實(shí)施配置,。

感知層中各類介質(zhì)傳感器的檢測精度與被檢測介質(zhì)在建筑內(nèi)所占能耗比重相匹配,。

建筑能耗監(jiān)控傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)承載層按照耗能設(shè)備,、感知層傳感器結(jié)點(diǎn)的布置環(huán)境選擇有線,、無線或混合的傳輸方式將感知層數(shù)據(jù)向服務(wù)層傳輸,。無線傳輸方式可選用 GB15629.11—2003,、ZigBee和無線網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)等通信技術(shù),，推薦采用基于蜂窩的窄帶物聯(lián)網(wǎng)(NarrowBandInternetofThings,，NB-IoT)License頻段,，可采用帶內(nèi)、保護(hù)帶或獨(dú)立載波等構(gòu)建系統(tǒng),，發(fā)揮其覆蓋廣,、連接多,、成本低及功耗低等優(yōu)勢,。

4 建筑能耗監(jiān)控傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)要求

4.1感知層的接入應(yīng)選擇通信可靠性高的網(wǎng)絡(luò),，遵循以下原則:

(1)在建筑能耗監(jiān)控傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，以太網(wǎng)的接入交換機(jī)選用工業(yè)級產(chǎn)品或其他具有較高可靠性及穩(wěn)定性的產(chǎn)品,。

(2)感知層網(wǎng)絡(luò)在網(wǎng)關(guān)接入時(shí)采用工業(yè)級產(chǎn)品,。

(3)感知層網(wǎng)絡(luò)在無法采用以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)時(shí)，優(yōu)先選用支持Profibus或TIA/EIA-485-A通信類的產(chǎn)品,。

(4)末端施工困難的場所或需采用無線通信的場所,，選用工業(yè)級無線通信路由設(shè)備或租用性能可靠的帶寬無線公網(wǎng)，以確保系統(tǒng)通信可靠,。

(5)在采用無線網(wǎng)絡(luò)接入時(shí),，優(yōu)先選用NB-IoT,、GB15629.11—2003,、ZigBee和無線網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)等通信技術(shù)。NB-IoT滿足萬物互聯(lián)及能耗數(shù)據(jù)傳輸需求,，符合國家政策導(dǎo)向(工信廳通信函[2017]351號文),，宜作為推薦技術(shù)。

4.2承載層遵循以下原則:

(1)信息傳輸纜線選用雙絞線或光纜,，雙絞線規(guī)格不低于6類線,。

(2)網(wǎng)絡(luò)匯聚層交換設(shè)備采用有路由功能的三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)交換機(jī)，交換機(jī)的上行交換速率不低于 1000Mb/s,。

(3)核心交換層的引擎和電源模塊采用冗余設(shè)計(jì),。

(4)核心設(shè)備之間滿足1000Mb/s以上的信息傳輸和交換能力,。

4.3服務(wù)層遵循以下原則:

(1)建筑能耗監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)采集能耗指標(biāo)，并通過應(yīng)用軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)建筑能耗的監(jiān)控,，包括節(jié)能工作站和附屬打印,、顯示設(shè)備、數(shù)據(jù)采集,、數(shù)據(jù)存儲,、數(shù)據(jù)分析應(yīng)用等功能的應(yīng)用軟件，節(jié)能知識存儲和節(jié)能措施等模塊,。

(2)配備雙千兆網(wǎng)卡的企業(yè)級服務(wù)器,、路由器或交換機(jī)、工作站以及防火墻,、磁盤陣列,、UPS電源等局域網(wǎng)設(shè)備。

(3)服務(wù)器具有熱備功能,，熱備軟件可運(yùn)行于NT,、Linux和NCRUnix平臺，實(shí)現(xiàn)2臺服務(wù)器各自運(yùn)行且相互熱備份,，支持遠(yuǎn)程災(zāi)難實(shí)時(shí)復(fù)制備份恢復(fù)系統(tǒng),。

(4)各軟件子系統(tǒng)之間彼此獨(dú)立運(yùn)行，便于系統(tǒng)維護(hù),，同時(shí)軟件接口具有一致性,、擴(kuò)展性和兼容性。

5 建筑能耗監(jiān)控傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)信息傳輸及接口要求

建筑物內(nèi)感知層中各個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)之間的信息傳輸方式優(yōu)先選用有線點(diǎn)對點(diǎn)星形傳輸方式,，采用網(wǎng)關(guān),、交換機(jī)或現(xiàn)場控制器匯聚信息;線纜敷設(shè)困難時(shí)無線網(wǎng)關(guān)以星形方式匯聚各個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)所采集的信息。

承載層的信息傳輸方式,。優(yōu)先選用建筑物內(nèi)或建筑物之間敷設(shè)線纜的方式傳輸信息,。不具備線纜敷設(shè)條件，采用建筑物內(nèi)混合傳輸方式或建筑物之間的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)傳輸方式,。

數(shù)據(jù)接口要求,。傳感器與傳感器結(jié)點(diǎn)之間的軟件接口，包括數(shù)據(jù)格式和交互協(xié)議采用DDL,、XML,、API等標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)通信接口。為保證能耗監(jiān)控設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咝?，對建筑?nèi)的能耗監(jiān)測設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一編碼,。

通信接口要求。建筑能耗監(jiān)控傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通信規(guī)約優(yōu)先選擇TCP,、UDP,、CDT,、OPC。此外,，建筑能耗監(jiān)控系統(tǒng)傳感器包括建筑物中央空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)控適用的溫度傳感器,、濕度傳感器、水壓傳感器,、風(fēng)壓傳感器,、風(fēng)速傳感器、流速傳感器,、CO2傳感器,、照度傳感器、能耗計(jì)量傳感器(數(shù)字水表,、燃?xì)獗?、?/span>量表)等。依據(jù)以上傳感器的檢測值,，完成建筑能耗監(jiān)控系統(tǒng)統(tǒng)計(jì),，并提供建筑總能耗、總用電量及各分類,、分項(xiàng)能耗量的月、季,、年統(tǒng)計(jì)量,。

6 安科瑞能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)介紹

6.1 系統(tǒng)概述

Acrel-5000建筑能耗監(jiān)測系統(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)上增加了對水,、氣,、煤、油,、熱(冷)量等集中采集與分析,，通過對用戶端所有能耗進(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,，有效節(jié)約能源，為用戶進(jìn)一步節(jié)能改造或設(shè)備升級提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐,。

6.2 應(yīng)用場所：

（1）辦公建筑（商務(wù)辦公,、國家機(jī)關(guān)辦公建筑等）；

（2）商業(yè)建筑（商場,、金融機(jī)構(gòu)建筑等）,；

（3）旅游建筑（賓館飯店、娛樂場所等）,；

（4）科教文衛(wèi)建筑（文化,、教育,、科研、醫(yī)療衛(wèi)生,、體育建筑等）,；

（5）通信建筑（郵電、通信,、廣播,、電視、數(shù)據(jù)中心等）,；

（6）交通運(yùn)輸建筑（機(jī)場,、車站、碼頭建筑等）,。

6.3系統(tǒng)功能

（1）登陸界面

系統(tǒng)可以根據(jù)客戶要求定制個(gè)性化的系統(tǒng)登錄界面,，登錄界面所用的圖片、 Logo等由用戶提供,。

（2）綜合能耗展示

系統(tǒng)登陸成功進(jìn)入主頁面,，主頁面顯示該建筑的建筑圖片，建筑基本信息,建筑當(dāng)月分項(xiàng)用電餅圖和各種能源的消耗量,。

（3）支路能耗概況

系統(tǒng)可以根據(jù)分類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（電能對應(yīng)大需量值）、當(dāng)日用能,、當(dāng)月用能,、當(dāng)年用能以及昨天同期用能、上月同期用能,、上年同期用能的比較情況,。

（4）支路用能

系統(tǒng)可以統(tǒng)計(jì)各支路某段時(shí)間內(nèi)逐日、逐周,、逐月,、逐季、逐年用能,。

（5）分項(xiàng)能耗概況

系統(tǒng)可以按照動力,、空調(diào)、插座等分項(xiàng)進(jìn)行能耗統(tǒng)計(jì)與顯示,，支持用能餅圖顯示各分項(xiàng)過去31天的用能占比,；堆積圖顯示各分項(xiàng)過去31天的能耗趨勢；分項(xiàng)用能排名圖顯示被選中分項(xiàng)對應(yīng)能耗值排名*位的支路,。

（6）分項(xiàng)用能

系統(tǒng)可以統(tǒng)計(jì)各分項(xiàng)某段時(shí)間內(nèi)逐日,、逐周、逐月、逐季,、逐年用能（這里的支路須通過基礎(chǔ)數(shù)據(jù)中分類分項(xiàng)的配置,。）

（7）部門能耗概況

系統(tǒng)可以按照部門進(jìn)行能耗統(tǒng)計(jì)與顯示，并進(jìn)行日同比分析圖,，餅圖顯示各部門過去31天的用能占比,；堆積圖顯示各部門過去31天的能耗趨勢；部門績效考核對比圖顯示實(shí)際用能和用能目標(biāo)值,，當(dāng)實(shí)際用能值大于目標(biāo)值時(shí),，實(shí)際值標(biāo)為紅色。

（8）區(qū)域能耗概況

系統(tǒng)可以按照區(qū)域進(jìn)行能耗統(tǒng)計(jì)與顯示,，日分項(xiàng)用能同比分析圖顯示不同區(qū)域的當(dāng)日與昨日能耗柱狀圖,；餅圖顯示各區(qū)域過去31天的用能占比；堆積圖顯示各區(qū)域過去31天的能耗趨勢,；區(qū)域用能排名圖中顯示被選中區(qū)域?qū)?yīng)能耗值排名*位的支路,。

（9）參數(shù)查詢

查詢各回路戓支路某段時(shí)間內(nèi)的參數(shù)，以曲線的形式反映趨勢（具體可以查詢的參數(shù)與安裝的儀表有關(guān),，查詢時(shí)不能跨月,，且繪制曲線時(shí)以1分鐘為間隔），電力參數(shù)可以多選,。

（10）數(shù)據(jù)檢查

系統(tǒng)可以統(tǒng)計(jì)某段時(shí)間內(nèi)各回路與下級支路的用能差值,，超過一定百分比后醒目顯示（紅色區(qū)域），確保計(jì)量體系的完整性,、準(zhǔn)確性,。

（11）非工作日用能分析

系統(tǒng)可統(tǒng)計(jì)各支路工作日與非工作日的能耗情況。此處的工作日和非工作日是在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)中非工作日設(shè)置中配置的非工作日,。

（12）能耗數(shù)據(jù)同比環(huán)比分析

系統(tǒng)可將各種類型（電,、水,、氣）和各主要耗能設(shè)備的能耗與去年同期值和上月值進(jìn)行同比環(huán)比分析,，檢驗(yàn)節(jié)能效果，根據(jù)分析結(jié)果執(zhí)行節(jié)能績效考核,，以及節(jié)能目標(biāo)的修正,。

（13）分時(shí)段用能統(tǒng)計(jì)

在儀表帶有復(fù)費(fèi)率統(tǒng)計(jì)功能的前提下，系統(tǒng)可以采集電表內(nèi)尖,、峰,、平、谷參數(shù),，并將數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)庫中方便后期查詢,。不同時(shí)段可以分別設(shè)置用電單價(jià)，統(tǒng)計(jì)報(bào)表會呈現(xiàn)出分時(shí)段電能值與電費(fèi),。

（14）日月年報(bào)表

系統(tǒng)提供方便的日月年報(bào)表統(tǒng)計(jì)功能,，通過選擇不同回路,，報(bào)表類型，查詢?nèi)掌?，生成對?yīng)報(bào)表,。選中報(bào)表中的某一行數(shù)據(jù)，會自動顯示對應(yīng)的柱狀圖,。

（15）儀表網(wǎng)關(guān)斷線報(bào)警

系統(tǒng)通過能耗網(wǎng)關(guān)采集數(shù)據(jù)時(shí),，可以獲得儀表的通訊狀態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)判斷儀表通訊中斷時(shí)間大于10分鐘時(shí)或網(wǎng)關(guān)通訊中斷時(shí)間大于20分鐘時(shí),，系統(tǒng)會彈窗或者通過鈴鐺報(bào)警,，顯示當(dāng)前通訊中斷的儀表或者網(wǎng)關(guān)。

（16）圖表導(dǎo)出

系統(tǒng)可將分析統(tǒng)計(jì)的曲線,、棒圖,、報(bào)表導(dǎo)出到Excel格式文件，以便于用戶數(shù)據(jù)二次利用,。

（17）用戶管理

系統(tǒng)用戶權(quán)限管理采用分級模式,，為系統(tǒng)管理員、后勤管理人員,、設(shè)備維護(hù)人員三級,，進(jìn)行訪問權(quán)限管理，防止未授權(quán)的訪問,，并對所有操作自動進(jìn)行帶時(shí)標(biāo)事件記錄,，可建立良好的反事故措施。

（18）基礎(chǔ)信息配置與維護(hù)

系統(tǒng)可根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況配置每塊智能儀表所屬的能耗類型和分項(xiàng),、歸屬區(qū)域,、設(shè)備類型，這些數(shù)據(jù)將作為用能分析的基礎(chǔ)信息,。

（19）人工錄入數(shù)據(jù)

系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)手工錄入功能,，可錄入儀表每天的抄表值與每天的用能值，用于后期報(bào)表統(tǒng)計(jì),。

（20）遠(yuǎn)程訪問功能(C/S模式)

系統(tǒng)采用C/S架構(gòu)設(shè)計(jì),，在任意一臺連接廣域網(wǎng)的計(jì)算機(jī)上安裝Acrel-5000建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)客戶端軟件即可實(shí)時(shí)訪問該能耗監(jiān)測系統(tǒng)。

6.4 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

AcrelCloud-5000能耗管理云平臺采用分層組網(wǎng)架構(gòu),，將系統(tǒng)分為設(shè)備層,、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層,。

設(shè)備層：設(shè)備層作為平臺數(shù)據(jù)來源的基礎(chǔ),，通過儀表與傳感器對參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測和計(jì)量。

網(wǎng)絡(luò)層：網(wǎng)絡(luò)層通過強(qiáng)大的協(xié)議轉(zhuǎn)換功能將采集到的設(shè)備層的數(shù)據(jù)傳遞到應(yīng)用層，起到承上啟下的作用,。

應(yīng)用層：應(yīng)用層對設(shè)備層的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類,、存儲、統(tǒng)計(jì)分析,，通過友好的人機(jī)界面為用戶提供優(yōu)質(zhì)的體驗(yàn),。

圖5 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

6.5 能耗監(jiān)測系統(tǒng)產(chǎn)品選型

7 結(jié)束語
建筑能耗監(jiān)控傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)技術(shù)是建筑能耗監(jiān)控系統(tǒng)中能耗參數(shù)檢測和信息傳輸?shù)年P(guān)鍵技術(shù)，可為傳感器網(wǎng)絡(luò)的配置及實(shí)施提供技術(shù)指導(dǎo),，并促進(jìn)建筑能耗監(jiān)控系統(tǒng)向產(chǎn)業(yè)化方向發(fā)展,，有益于提升建筑功能，高效便捷地提高建筑能源利用效率,，降低建筑的 CO2 排放量,。建筑能耗監(jiān)控傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)技術(shù)的制訂和推廣應(yīng)用，將在生態(tài)城市建設(shè)方面發(fā)揮顯著作用,，相關(guān)技術(shù)可為構(gòu)建能耗監(jiān)測傳感器網(wǎng)絡(luò)提供參考或借鑒,。

【參考文獻(xiàn)】

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