Science&TechnologyVision项目与课题科技视界2012年9月第26期建筑能耗与环境监测管理系统的研究周巧仪1崔富义2谢路3渊1.浙江建设职业技术学院浙江杭州猿员园园猿园曰2.浙江天煌科技实业有限公司浙江杭州猿员园园猿园曰3.重庆德易安科技发展有限公司中国重庆源园员猿猿圆冤揖摘要铱针对目前国内高耗能建筑缺少有效的能源监测系统的现状袁提出一种基于物联网技术的可视化建筑能耗和环境监测系统方案袁给出了平台结构袁并详细介绍了平台的配置和系统的特点遥揖关键词铱建筑能耗曰环境监测曰节能曰物联网随着我国城市化进程的加速袁预计到2020年袁全国城市准煤高出7倍遥北京16家星级旅馆中袁能耗最大的旅馆能耗生活人口将达到56%以上袁第三产业占GDP的比例有可能超费是能耗最小的旅馆能耗费的将近3倍遥北京全市的宾馆尧过45%遥[1]相应的建筑物和设施也将成倍增加袁建筑能耗的大饭店尧商厦尧写字楼等大型公共建筑面积仅占民用建筑的幅度增加将不可避免遥随着能耗问题日益突显袁如何实现能耗管理和能源成本最小化成为中国的首要任务遥5.4%袁但全年耗电量却高达33亿kW窑h袁接近全市居民生活1建筑能耗分析目前袁建筑耗能已与工业耗能尧交通耗能并列袁成为我国能源消耗的三大野耗能大户冶遥现在我国每年新建房屋20亿m2中袁99%以上是高能耗建筑曰而既有的约430亿m2建筑中袁只有4%采取了能源效率措施袁单位建筑面积采暖能耗为发达国家新建建筑的3倍以上遥根据测算袁如果不采取有力措施袁到2020年中国建筑能耗将是现在的3倍以上遥在我国的能源消费中袁建筑能耗占了很大的比例袁据统计袁建筑能耗在我国能源总消费中所占的比例已经达到27援6豫袁发达国家的建筑能耗一般占全国总能耗的30耀40豫遥[2]在建筑能耗中袁国家机关办公建筑和大型公共建筑高耗能的问题日益突出遥据统计袁国家机关办公建筑和大型公共建筑单位面积年耗电量达到70耀300kW窑h袁为普通居民住宅的10耀20倍袁占全国城镇总耗电量的22%遥以北京为例袁[3]据调查袁北京机构能源消费中袁单位建筑面积年耗电量约为80耀150kW用能3.35t窑h袁是居民住宅的标准煤袁比全市人均生活用能4耀8倍曰行政机关年人均0.47t标图1201006淫冤遥基金项目院本文受浙江建设职业技术学院科研基金资助袁课题名称要要要基于物联网技术的可视化建筑能耗监测管理系统研究渊课题编号作者简介院周巧仪渊1981要冤袁讲师袁工程师袁同济大学职业技术教育学硕士袁现任教于浙江建设职业技术学院遥崔富义渊1981要冤袁工程师袁浙江天煌科技实业有限公司遥谢路渊1983要冤袁工程师袁重庆德易安科技发展有限公司遥SCIENCE&TECHNOLOGYVISION科技视界35.com.cn. All Rights Reserved.2012年9月第26期Science&TechnologyVision科技视界项目与课题用电的50%袁单位面积年均耗电量是普通住宅的5耀10倍遥[1]这类建筑普遍缺乏细致的用能计量袁已有的数据无法满足能耗分析需求尧无法及时准确的发现用能问题遥为了更好地开展大型公共建筑节能工作袁我们必须详细掌握建筑的各种能耗袁并通过对这些能耗和建筑环境情况进行分析来发现建筑用能所存在的问题袁为以后的节能管理和节能改造提供依据袁而建筑能耗与环境监测管理系统在这个过程中则起了举足轻重的作用遥2系统概述基于物联网技术的建筑能耗与环境监测系统围绕建筑能耗中的电尧水尧气尧热耗尧冷耗5类能源系统进行监测袁结合建筑内部的环境监测系统对能耗数据进行分析遥在实现技术上采用现场总线渊modbus冤仪表实现5类能源系统的数据采集袁采用基于泛在无线传感网(UNIT)的探测器实现环境参数监测袁采用工业数据库与组态软件实现采集数据的汇总和分析遥系统结构如图1遥该系统包含了能耗监测和环境监测两个部分遥其中能耗监测按照能源类别分类分项进行监测尧统计和数据分析袁分类为院电量尧水量尧气量尧热耗量尧冷耗量5类曰其中电量分两级分项进行监测袁电量一级分项院照明插座用电尧空调用电尧动力用电和特殊用电4个分项袁电量二级分项院照明插座用电包括房间照明用电尧插座用电尧走廊用电尧应急照明用电和室外景观照明用电5个二级分项袁空调用电包括冷热站用电和空调末端用电2个二级分项袁动力用电包括电梯用电尧水泵用和通风机用电3个二级分项袁特殊用电包括信息中心尧洗衣房尧厨房尧餐厅尧游泳池尧健身房6个二级分项袁其它分类能耗不做分项监测遥环境监测部分分为院温度尧湿度尧一氧化碳尧水浸尧光照度尧红外检测等遥2.1本系统是以计算机系统平台构建尧通讯设备尧测控单元为基本工具袁为大型公共建筑的实时数据采集尧开关状态监测及远程管理与控制提供了基础平台袁它可以和检测尧控制设备构成任意复杂的监控系统遥该系统主要采用分层分布式计算机网络结构袁一般分为三层院站控管理层尧网络通讯层和现场设备层遥2.1.1站控管理层针对能耗监测系统的管理人员站控管理层袁是人机交互的直接窗口袁也是系统的最上层部分遥主要由系统软件和必要的硬件设备袁如工业级计算机尧打印机尧UPS电源等组成遥监测系统软件具有良好的人机交互界面袁对采集的现场各类数据信息计算尧分析与处理袁并以图形尧数显尧声音等方式反映现场的运行状况遥监控主机院用于数据采集尧处理和数据转发遥为系统内或外部提供数据接口袁进行系统管理尧维护和分析工作遥打印机院系统召唤打印或自动打印图形尧报表等遥36科技视界SCIENCE&TECHNOLOGYVISION模拟屏院系统通过通讯方式与智能模拟屏进行数据交换袁形象显示整个系统运行状况遥供电问题时UPS院保证计算机监测系统的正常供电袁保证站控管理层设备的正常运行袁在整个系统发生遥2.1.2通讯层主要是由通讯管理机网络通讯层尧以太网设备及总线网络组成遥该层是数据信息交换的桥梁袁负责对现场设备回送的数据信息进行采集尧分类和传送等工作的同时袁转达上位机对现场设备的各种控制命令遥通讯管理机院是系统数据处理和智能通讯管理中心遥它具备了数据采集与处理尧通讯控制器尧前置机等功能遥以太网设备院包括工业级以太网交换机遥通讯介质院系统主要采用屏蔽双绞线尧光纤以及无线通讯等遥2.1.3现场设备层是数据采集终端现场设备层袁主要由智能仪表组成袁采用具有高可靠性尧带有现场总线连接的分布式I/O控制器构成数据采集终端袁向数据中心上传存储的建筑能耗数据遥测量仪表担负着最基层的数据采集任务袁其监测的能耗数据必须完整尧准确并实时传送至数据中心遥2.22.2.1系统主要部件技术性能指标采用数据采集器数据采集器袁实现对电尧水尧气尧热耗尧冷耗量的数据采集遥支持对多种类型用能计量装置的数据采集袁包括电能表渊含单相电能表尧三相电能表尧多功能电能表冤尧电力监测仪尧电量计测模块袁水表尧燃气表尧冷热量计尧流量计等遥2.2.2配置方案电量采集系统院通过1个三相总电量表监测建筑总能耗袁通过4个分项电量表监测照明插座用电尧空调用电尧动力用电和特殊用电4个一级分项电量遥通过16个分项电量表监测16电量数据到采集器项的二级分项电量袁采集器通过局域网上传到监控主机上并遥所有电表均为通过Modbus协议传送在监控软件上进行数据处理和分析袁监测到的各种数据通过互联网与数据中心和上级调度相连袁从而实现数据的共享和能耗的合理调配遥电量监测指标主要有电流尧电压尧频率尧视在频率尧有功功率尧无功功率尧功率因数及电能等遥2.2.3配置方案用水量采集系统院通过一个具有Modbus协议的水表实现对建筑用水总量的监测袁实现对建筑日尧月尧年用水量的监测和分析遥2.2.4配置方案用气量采集系统院通过一个具有Modbus协议的气表实现对建筑用气总量的监测袁实现对建筑日尧月尧年用气量的监测和分析遥2.2.5配置方案制热量采集系统院通过一个具有Modbus协议的热量表实现对.com.cn. All Rights Reserved.Science&TechnologyVision项目与课题科技视界2012年9月第26期建筑用热量总耗的监测袁实现对建筑日尧月尧年用热量的监测网络袁可大大减少布线工作或无需布线袁可不对现有耗能设和分析遥备作任何改造袁工程安装和维修简单方便遥减少建立建筑能2.2.6耗及环境监测系统所带来的施工量以及综合布线对环境的配置方案制冷量采集系统院通过一个具有Modbus协议的冷量表实现对影响袁减少投资和工期袁特别适用于既有建筑和设施遥建筑用冷量总耗的监测袁实现对建筑日尧月尧年用冷量的监测和分析遥地满足用户未来需求渊3冤系统采用模块化结构遥内网组网灵活袁构架简单袁可随时增加或减少传感袁扩展功能强袁可方便2.2.7节点系统易于维护袁任意节点的故障不会影响系统工作遥配置方案环境监测系统院基于物联网技术袁通过基于无线自组织传感网的环境探测器实现建筑室内环境的参数监测袁检测的环境监测遥渊4冤同时具有本地数据存储功能使用智能终端可通过GPRS袁确保数据完整性或互联网实现远程管理和遥参数有院温度尧湿度尧一氧化碳尧水浸尧光照度尧红外检测等遥环境探测器通过无线传感网网关将数据上传到数据中心袁数据耗分析报告渊5冤建筑能耗和环境监测实现可视化管理袁能耗报表自动打印袁操作管理便捷遥袁自动生成能中心集合环境参数实现对能耗系统的分析遥该系统首次将建筑能耗监测与建筑环境监测有效的结2.2.8合起来袁实现能源优化配置曰无线组网方式和模块化结构架数据中心和监控系统采用工业数据库和组态软件进行数据中心和监控系统构简单袁组网便捷袁便于建设和改建曰可视化的界面为维护管实现袁它可实现参数列表尧实时曲线图尧数据棒图尧实时数据尧理人员提供了更为便捷的操作管理模式袁易于推广袁是一种折算数据尧累计数据尧历史尧报警画面尧数据报表等多种统计建设绿色节能建筑的有效方法遥该项目的应用可使建筑中能和分析功能遥源使用效率大大提高袁有效缓解目前能源紧张的压力袁具有3系统特点广阔的市场前景和良好的经济效益袁对缓解国家能源紧缺状况袁实现节能和减排温室气体规划目标袁促进国民经济可持该项目针对现代建筑能耗和环境监测系统监测点数量续发展具有重要而深远的意义遥大尧较密集尧布线复杂的特点袁提出了一种基于物联网技术的可视化建筑能耗与环境监测系统解决方案袁通过构建基于无揖参考文献铱线传感网的物联网网络系统和开发具有能耗管理与节能策略分析功能的软件平台袁实现建筑能耗与室内环境的可视化咱员暂郑明明,陈硕援建筑能耗监测平台的研究[J]援建筑节能,2009(9)援监测与管理遥该系统的优势在于院ing,2010(4)援咱圆暂泰豪分项计量系统在大型公共建筑中的应用[J]援IntelligentBuild鄄咱猿暂一监测渊1冤袁基于物联网技术对建筑能耗和建筑环境系统进行统并根据建筑环境对建筑能耗状态进行分析袁得出耗报告清华大学建筑节能研究中心[M]援北京:中国建筑工业出版社援中国建筑节能,2008援2008年度发展研究能系统的综合评价袁实施能源的优化配置遥渊2冤监测系统的传感层采用无线传感技术组建无线传感咱责任编辑院王洪泽暂渊上接第421页冤的电力系统负荷短期预测方法[J]援电力系统自动化袁1999援咱员圆暂与管理贾正源袁2000袁9渊2冤.袁牛晓东援电力负荷预测的遗传神经网络模型研究[J]援运筹咱缘暂荷预测史德明[J]援电网技术袁李林川袁袁2001援宋建父援基于灰色预测和神经网络的电力系统负咱员猿暂Lippman咱远暂HaganIEEERP.AnIntroductiontoComputingwithNerral[J].IEEE咱员源暂咱苑暂邹森TransM.T.The援时间序列自适应短期负荷onPowerTimeSysterms,2001,2(3).serialsapproachtoshorttermloadforecasting咱员缘暂高隽ASSPNets[J].梦新华.人工神经网络原理及仿真实例Magazine,2001(4).袁欧阳伟.基于BP网络的负荷预测的实现[M].机械工业出版社[J].有色冶金设.计与研究袁2009袁30(1).(2)院129-132[J]援山东工业大学学报袁2003袁18咱愿暂咱员远暂Moghram.S.Rahman.Analysis的应用林湘宁:第1袁刘沛讲[J].袁电力系统自动化程时杰袁等.小波分析基础理论及其在电力系统中袁1997袁21(10).forecasting咱怨暂2001.techniques[J].IEEETrans.onandevaluationPowerSystem,Vol.4,Novemberoffiveshort-termload的应用明李鹰[J].长沙电力学院学报袁赵振江袁吴松涛.灰色模型在普通日短期电力负荷预测中院自然科学版袁2003袁18渊员冤.咱员苑暂油大学曲微微袁2011..基于BP人工神经网络的电力短期负荷预测[D].东北石咱员园暂咱员员暂李国勇张雪波援智能控制及其袁文闪闪援电力负荷预测的基本程序及应用Matlab实现[M]援北京:电子工业出版社[J]援中国电力教,2005.咱员愿暂徐军华援电力系统短期负荷预测模型与优选的研究[D]援四川大学援育袁2008渊员冤.咱责任编辑院王迎迎暂SCIENCE&TECHNOLOGYVISION科技视界37.com.cn. 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