浅谈建筑配电能耗平台与环境监测管理系统的研究

摘要：鉴于国内高能耗建筑缺乏有效的能源监测系统，提出了基于物联网技术的可视化建筑能耗和环境监测系统方案，提出了平台结构，详细介绍了平台的配置和系统的特点。

关键词：建筑能耗；环境监测；节能；物联网；

引言

随着我国城市化进程的加快，预计到2020年，全国城市生活人口将达到56%以上，第三产业占GDP的比重可能超过45%[1]相应的建筑设施也将翻番，建筑能耗的大幅增加将不可避免。随着能耗问题的日益突出，如何实现能耗管理和能源成本降低已成为我国的首要任务。准煤高出7倍。在北京的16家酒店中，能耗高的酒店的能耗是能耗低的酒店的近3倍。北京酒店、酒店、商场、写字楼等大型公共建筑面积仅占民用建筑的5.4%，但年用电量高达33亿kW·h，接近全市居民的生活。

1建筑能耗分析

目前，建筑能耗与工业能耗和交通能耗并列，已成为我国能耗的三大“能耗大户"。目前，我国每年新建房屋20亿m2中，99%以上是高能耗建筑；在现有约430亿m2建筑中，只有4%采取了能效措施，单位建筑面积采暖能耗是发达国家新建建筑的3倍以上。据测算，如果不采取有效措施，到2020年，我国建筑能耗将是目前的3倍以上。

在我国能源消费中，建筑能耗占很大比例。据统计，建筑能耗在我国能源总消费中的比例已达27%．6％，发达国家的建筑能耗一般占全国总能耗的30%～40％。[2]在建筑能耗方面，国家办公楼和大型公共建筑的高能耗问题日益突出。据统计，国家办公楼和大型公共建筑单位年用电量达到70%～300kW·h，为普通居民住宅10栋～20倍，占全国城镇总用电量的22%。以北京为例，[3]据调查，在北京机构的能源消费中，单位建筑面积的年用电量约为80%～150kW·h，4是居民住宅～8倍；行政年人均能耗为3.35t标准煤，比全市人均生活能耗为0.47t标准煤的50%，单位面积年平均能耗为普通住宅的5倍～10倍。

这类建筑一般缺乏详细的能源计量，现有数据不能满足能源消耗分析的需要，不能及时准确地发现能源消耗问题。为了更好地开展大型公共建筑节能工作，我们详细掌握了建筑的各种能源消耗，通过这些能源消耗和建筑环境分析发现建筑能源问题，为未来的节能管理和节能改造提供依据，建筑能源消耗和环境监测管理系统在这个过程中发挥着关键作用。

2系统概述

基于物联网技术的建筑能耗和环境监测系统监测建筑能耗中的电、水、气、热、冷五种能源系统，并结合建筑内部环境监测系统分析能耗数据。现场总线的技术应用（modbus）该仪器实现了基于泛在无线传感网的五种能源系统的数据采集，采用泛在无线传感网的数据采集(UNIT)探测器实现环境参数监测，采用工业数据库和组态软件实现数据采集的总结和分析。系统结构如图1所示。

该系统包括能耗监测和环境监测两部分。其中，能耗监测按能源类别分类进行监测、统计和数据分析，分为电、水、气、热、冷五类；其中，电分为两级监测、电①级别分项：照明插座用电、空调用电、动力用电和特殊用电四个分项，电量用电②分类：照明插座电源包括房间照明电源、插座电源、走廊电源、应急照明电源和室外景观照明电源5②等级分项，空调用电包括冷热站用电和空调末端用电②级别分项，动力用电包括电梯用电、水泵用电和通风机用电②等级分项，特殊用电包括信息室、洗衣房、厨房、餐厅、游泳池、健身房6个②等级分项，其他分类能耗不分项监测。环境监测部分为：温度、湿度、一氧化碳、水浸、光照、红外检测等。

2.1系统平台建设

该系统以计算机、通信设备、测控单元为基本工具，为大型公共建筑的实时数据采集、开关状态监控和远程管理控制提供基本平台，可与检测控制设备形成任何复杂的监控系统。该系统主要采用分层分布式计算机网络结构，一般分为三层：站控管理层、网络通信层和现场设备层。

站控管理层；网络通讯层；现场设备层层；

2.2系统主要部件技术性能指标

数据采集器；电力采集系统；水量采集系统；气量采集系统；制热采集系统；

制冷量采集系统；环境监测系统；数据房及监测系统；

3系统特点

针对现代建筑能耗和环境监测系统监测点数量大、密集、布线复杂的特点，提出了基于物联网技术的可视化建筑能耗和环境监测系统解决方案。通过构建基于无线传感网的物联网网络系统，开发具有能耗管理和节能策略分析功能的软件平台，实现建筑能耗和室内环境的可视化监测和管理。该系统的优点是：

基于物联网技术，对建筑能耗和建筑环境系统进行统一监测，根据建筑环境分析建筑能耗状态，得出能耗系统的综合评价，优化能源配置。

监测系统传感层采用无线传感技术建立无线传感网络，可大大减少接线工作或无接线，不改造现有能耗设备，工程安装维护简单方便。减少建筑能耗和环境监测系统的建设和综合接线对环境的影响，减少投资和工期，特别适用于现有建筑和设施。

该系统采用模块化结构，结构简单，扩展功能强，可以方便地满足用户未来的需求。内部网络网络灵活，可随时增加或减少传感节点系统的维护，任何节点的故障都不会影响系统的工作。

使用智能终端可以通过GPRS或互联网进行远程管理和监控。同时具有本地数据存储功能，保证数据完整性。

建筑能耗和环境监测实现可视化管理，能耗分析报告自动生成，能耗报告自动打印，操作管理方便。

该系统将建筑能耗监测与建筑环境监测有效结合，实现能源优化配置；无线网络模式和模块化结构结构简单，网络方便，施工改造方便；可视化界面为维护管理人员提供了更方便的操作管理模式，易于推广，是建设绿色节能建筑的有效途径。项目的应用可以大大提高建筑能源利用效率，有效缓解当前能源紧张的压力，具有广阔的市场前景和良好的经济效益，对缓解国家能源短缺，实现节能减排温室气体规划目标，促进国民经济可持续发展具有重要而深远的意义。

4安科瑞建筑能耗分析系统

4.1概述

Acrel-5000web建筑能耗分析系统是用户端能源管理分析系统。在电能管理系统的基础上，增加了对水、气、煤、油、热（冷）量的集中采集和分析。通过对用户端所有能耗的细分和统计，将各种能源的消耗情况以直观的数据和图表显示给管理者或决策层，便于找出高能耗点或不合理的能耗习惯，有效节约能源，为用户进一步节能改造或设备升级提供准确的数据支持。用户可按照国家有关规定实施能源计算，分析现状，发现问题，挖掘节能潜力，提出切实可行的节能措施，并向县级以上节能管理部门报送能源计算报告。

4.2应用场所

系统设计、施工、运维，适用于公共建筑、集团公司、工业园区、大型物业、学校、医院、企业等不同行业的能耗监测和管理。

4.3系统功能

系统概况；能源使用概况；能源使用统计；复费率统计；同比分析；能源流向图；夜间能耗分析；设备管理；用户报告

5系统硬件配置

参考文献

[1]郑明明,陈硕．建筑能耗监测平台的研究[J]．建筑节能,2009(9)．

[2]李国勇．智能控制及其Matlab实现[M]．北京:电子工业出版社,2005.

[3]贾正源，牛晓东．电力负荷预测的遗传神经网络模型研究[J]．运筹与管理，2000，9（2）.

[4]周巧仪，崔富义，谢路建.筑能耗与环境监测管理系统的研究[J].

[5]安科瑞企业微电网设计与应用手册.2022.05版.