侯文莉
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要：大型公共建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠幫助管理者及時(shí)掌握建筑能耗情況，從而為綠色節(jié)能決策進(jìn)行指導(dǎo),，由此研究大型公共建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有長(zhǎng)遠(yuǎn)的意義,。本文基于大型公共建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的需求，從系統(tǒng)整體架構(gòu),、具體功能模塊等角度,，分別對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)和構(gòu)建，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)能耗數(shù)據(jù)采集,、能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析等功能,。通過(guò)該系統(tǒng)設(shè)計(jì)，促進(jìn)我國(guó)大型公共建筑節(jié)能的推廣,。
關(guān)鍵詞：大型公共建筑,；能耗監(jiān)測(cè)；系統(tǒng)設(shè)計(jì)
0概述
人類的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)日益頻繁，使得大量建筑拔地而起,，從而導(dǎo)致建筑能耗不斷增長(zhǎng),，并使得建筑能耗成為當(dāng)前三大能源重點(diǎn)消耗領(lǐng)域之一。其中,，大型公共建筑能耗是建筑能耗的重要組成部分，其單位面積的能耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)住宅建筑能耗,。由此使得大型建筑能耗成為當(dāng)前人們關(guān)注的焦點(diǎn),，并開(kāi)始大力實(shí)施綠色節(jié)能。但是就目前來(lái)看,，大型公共建筑的綠色節(jié)能還存在很多問(wèn)題,，如推廣理念不全，缺乏有效的能耗技術(shù)監(jiān)督手段等,，嚴(yán)重制約著大型公共建筑綠色節(jié)能,。因此，建立大型公共建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng),，具有很強(qiáng)的必要性,。通過(guò)能耗監(jiān)測(cè)，能夠及時(shí)掌握能耗情況,，從而為綠色節(jié)能提供基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)依據(jù),。
1大型公共建筑能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)需求分析
1.1功能需求
合理的大型公共建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，必然建立在對(duì)系統(tǒng)的相關(guān)需求進(jìn)行詳細(xì)分析的基礎(chǔ)之上,。大型公共建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的需求可以分為能耗數(shù)據(jù)采集與分析,、配電情況監(jiān)控、監(jiān)控結(jié)果展示,、信息處理,、效果評(píng)估等。
能耗數(shù)據(jù)采集與分析的需求是指通過(guò)大型公共建筑能耗檢測(cè)系統(tǒng),，能夠采集相關(guān)數(shù)據(jù),，并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)比較的功能。
配電情況監(jiān)控的需求是指通過(guò)大型公共建筑能耗檢測(cè)系統(tǒng),，能夠檢測(cè)配電的相關(guān)參數(shù),，實(shí)現(xiàn)各種事故的報(bào)警，并進(jìn)行分析診斷,。
信息處理的需求是指通過(guò)大型公共建筑能耗檢測(cè)系統(tǒng),，能夠?qū)崿F(xiàn)信息的處理與輸出，比如生成分析報(bào)表等各類報(bào)表,。
展示平臺(tái)的需求是指通過(guò)大型公共建筑能耗檢測(cè)系統(tǒng),，建立用戶的交互平臺(tái)，從而展示綠色節(jié)能理念宣傳等內(nèi)容。
效果評(píng)估的需求是指通過(guò)大型公共建筑能耗檢測(cè)系統(tǒng),，將能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算分析,，將得出的結(jié)果生成相應(yīng)圖表，從而了解節(jié)能的成效,。
1.2系統(tǒng)主要組成
大型公共建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由相關(guān)硬件結(jié)構(gòu)與軟件結(jié)構(gòu)共同組成,，相關(guān)的硬件設(shè)備主要包括數(shù)據(jù)采集的設(shè)備、網(wǎng)關(guān)以及服務(wù)器等,，而軟件結(jié)構(gòu)主要集成了數(shù)據(jù)的采集,、處理、監(jiān)測(cè)以及展示等相關(guān)方面的軟件,。大型公共建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸方式有無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸與有線數(shù)據(jù)傳輸兩種,。無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬?yōu)勢(shì)是設(shè)備安裝簡(jiǎn)便，有線數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬?yōu)勢(shì)在于穩(wěn)定,、廉價(jià),，可根據(jù)需求進(jìn)行選擇。網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)方式同樣可根據(jù)需求進(jìn)行選擇,，B/S架構(gòu)及C/S架構(gòu)兩者相較而言,，利用瀏覽器便能進(jìn)入大型公共建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的B/S架構(gòu)，顯然適用性更高,。
2大型公共建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具體設(shè)計(jì)方案
2.1監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路
數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關(guān)在設(shè)置好的時(shí)間點(diǎn)發(fā)出指令,，數(shù)據(jù)采集設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)對(duì)象的數(shù)據(jù)采集工作并將數(shù)據(jù)傳回網(wǎng)關(guān)，由網(wǎng)關(guān)上報(bào)至數(shù)據(jù)處理層,。
2.2整體系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)
基于前文所述的大型公共建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的需求分析,，筆者提出系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)，可以細(xì)化為大型公共建筑能耗數(shù)據(jù)信息的采集,、大型公共建筑能耗數(shù)據(jù)信息的傳輸,、大型公共建筑能耗數(shù)據(jù)信息的處理存儲(chǔ)、大型公共建筑能耗數(shù)據(jù)信息的展示,、大型公共建筑能耗數(shù)據(jù)信息的上傳等方面,。因此，在大型公共建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的整體架構(gòu)中,，功能層級(jí)設(shè)置為：能耗數(shù)據(jù)采集設(shè)備層,、能耗數(shù)據(jù)采集功能層、能耗數(shù)據(jù)傳輸層,、能耗數(shù)據(jù)處理儲(chǔ)存層,、能耗數(shù)據(jù)展示層以及能耗數(shù)據(jù)上傳層，如圖1所示,。
圖1 功能層架構(gòu)
從圖1中可以看到,，各層具體功能為：設(shè)備層是指電能表,、水表等數(shù)據(jù)采集設(shè)備的安裝；采集層主要功能是通過(guò)電能表得到相關(guān)電力參數(shù),；傳輸層主要功能是轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)格式并上傳給管理者,；處理儲(chǔ)存層主要功能是分析、處理及存儲(chǔ)能耗數(shù)據(jù),；展示層主要功能是展示能耗數(shù)據(jù),；上傳層主要功能是數(shù)據(jù)上傳至上級(jí)平臺(tái)。
3系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)
3.1數(shù)據(jù)采集功能實(shí)現(xiàn)
當(dāng)前我國(guó)大型公共建筑能耗監(jiān)測(cè)的主要對(duì)象是電能消耗情況,、水消耗情況,、溫度及濕度等環(huán)境情況，通過(guò)人工采集和系統(tǒng)自動(dòng)采集兩種方式,，利用配電站、分戶,、用水,、環(huán)境等專用監(jiān)測(cè)采集設(shè)備，對(duì)監(jiān)測(cè)對(duì)象的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集,，目前,，系統(tǒng)自動(dòng)采集是主要的數(shù)據(jù)采集方式。
3.2數(shù)據(jù)傳輸功能實(shí)現(xiàn)
在本文提出的大型公共建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,，使用分布式架設(shè)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器,，將數(shù)據(jù)采集設(shè)備所采集到的能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行處理保存。因?yàn)殡S著數(shù)據(jù)采集的不斷積累,，能夠顯著提高效率,，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速查詢和報(bào)表的快速顯示。
3.3數(shù)據(jù)展示功能實(shí)現(xiàn)
大型公共建筑的能耗數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)采集,、傳輸,、處理，通過(guò)展示層向管理者展示,。展示包括能耗數(shù)據(jù)及相關(guān)分析,、數(shù)據(jù)比較、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),、節(jié)能分析,、報(bào)警、系統(tǒng)配置等方面,，能夠全面地為管理者展示大型公共建筑的能耗情況,，從而幫助管理者發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、輔助決策,、評(píng)估效果,。
3.4數(shù)據(jù)上傳功能實(shí)現(xiàn)
在大型公共建筑的能耗數(shù)據(jù)的上傳過(guò)程中,，網(wǎng)絡(luò)狀況需要實(shí)時(shí)進(jìn)行驗(yàn)證，避免出現(xiàn)由網(wǎng)絡(luò)情況異常而導(dǎo)致的故障發(fā)生,。在本設(shè)計(jì)中,，大型公共建筑的能耗數(shù)據(jù)的上傳過(guò)程中，采用AES算法加密的方式進(jìn)行驗(yàn)證,，工作流程如圖2所示,。
圖2 加密驗(yàn)證流程圖
本設(shè)計(jì)中，大型公共建筑的能耗數(shù)據(jù)上傳前需要經(jīng)過(guò)身份驗(yàn)證和通訊測(cè)試,，以此避免通訊異常而導(dǎo)致故障,，工作流程如圖3所示。
圖3 身份驗(yàn)證和通訊測(cè)試流程圖
3.5數(shù)據(jù)生成功能的實(shí)現(xiàn)
大型公共建筑的能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中,，數(shù)據(jù)生成功能的工作流程為：第一步,，讀取已有的XML緩存文件；第二步,，根據(jù)緩存中的分項(xiàng)公式對(duì)XML中的每個(gè)能耗項(xiàng)進(jìn)行公式解析,。若解析成功則讀取相關(guān)參數(shù)數(shù)據(jù)，代入公式計(jì)算出該分項(xiàng)配置的能耗數(shù)據(jù),，從而生成XML格式數(shù)據(jù)包,，等待數(shù)據(jù)上發(fā)；若不成功則等待輪訓(xùn)二次執(zhí)行,。
3.6數(shù)據(jù)重傳功能的實(shí)現(xiàn)
在大型公共建筑的能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,，數(shù)據(jù)重傳功能的實(shí)現(xiàn)過(guò)程為：通過(guò)程序預(yù)先設(shè)置，將生成好的數(shù)據(jù)包上傳至上級(jí)平臺(tái),，接收反饋信息進(jìn)行后續(xù)處理,。在數(shù)據(jù)上傳過(guò)程過(guò)程中，針對(duì)數(shù)據(jù)上傳異?；蛉笔У惹闆r,，會(huì)出發(fā)斷點(diǎn)續(xù)傳及異常重傳。在接收反饋信息過(guò)程中,，針對(duì)超時(shí)未接收到反饋信息的情況,，在異常重發(fā)中記錄時(shí)間點(diǎn)；針對(duì)異常反饋信息的情況,，將返回相關(guān)信息,，包括錯(cuò)誤信息和服務(wù)器端接收客戶端信息的時(shí)間信息，系統(tǒng)將記錄錯(cuò)誤信息,，并在異常重發(fā)中記錄數(shù)據(jù)點(diǎn),。
3.7傳輸控制及日志管理的實(shí)現(xiàn)
在大型公共建筑的能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，基本通過(guò)自動(dòng)的方式傳輸數(shù)據(jù),，但還需要預(yù)留一定的人為干預(yù)控制流程,。包括傳輸時(shí)間控制,、傳輸間隔控制、接收超時(shí)限定控制,、數(shù)據(jù)包特定傳輸時(shí)間控制和傳輸異常數(shù)據(jù)控制,。
大型公共建筑的能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的日志管理可分為常規(guī)日志與異常日志兩部分。在本文的設(shè)計(jì)中,，常規(guī)日志的主要功能是對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)日常運(yùn)行的情況進(jìn)行記錄,，記錄的重點(diǎn)是與數(shù)據(jù)內(nèi)容有關(guān)的內(nèi)容；異常日志的主要功能是對(duì)報(bào)錯(cuò)信息及數(shù)據(jù)異常導(dǎo)致的錯(cuò)誤信息進(jìn)行記錄,。
4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(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)能工作的部門報(bào)送能源審計(jì)報(bào)告,。
4.1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),、分布式智能一體化結(jié)構(gòu),。建立如下層次結(jié)構(gòu)：
圖4 平臺(tái)結(jié)構(gòu)
4.2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)能降耗的有效執(zhí)行,。為用能重點(diǎn)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,。
4.3數(shù)據(jù)上傳
安科瑞能耗在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)按照重點(diǎn)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。
4.4能源計(jì)量表具選型
5總結(jié)
綜上,，通過(guò)大型公共建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可幫助相關(guān)管理者掌握大型公共建筑能耗情況,，并成為提高大型公共建筑能耗管理的重要途徑,。本文基于大型公共建筑能耗監(jiān)測(cè)的功能需求,，提出了大型公共建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)整體架構(gòu)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步設(shè)計(jì)了各功能層,，包括數(shù)據(jù)采集功能,、傳輸功能，數(shù)據(jù)展示功能,，數(shù)據(jù)上傳功能,，數(shù)據(jù)生成功能，數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳功能以及傳輸控制及日志管理功能,。從功能而言,，基本滿足目前我國(guó)大型公共建筑能耗監(jiān)測(cè)的需求，能夠?yàn)榇笮凸步ㄖ墓?jié)能工作提供決策支持,。
【參考文獻(xiàn)】
[1]劉芳,馬曉雯.基于公共建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的節(jié)能管理應(yīng)用研究[J].建筑節(jié)能,2015,43(06):96~99+114.
[2]于秋紅.大型公共建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究[J].通訊世界,2018(01):282-283.
[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2020.06版
作者簡(jiǎn)介：侯文莉,，女,，本科，現(xiàn)就職于安科瑞電氣股份有限公司,，主要研究方向?yàn)榻ㄖ芎谋O(jiān)測(cè)系統(tǒng),。
