江蘇安科瑞電器制造有限公司 范宏博

摘要;鑒于國內高能耗建筑缺乏有效的能源監測系統，提出了基于物聯網技術的可視化建筑能耗和環境監測系統方案，提出了平臺結構，詳細介紹了平臺的配置和系統的特點。

0.引言

隨著我國城市化進程的加快，預計到2020年，全國城市生活人口將達到56%以上，第三產業占GDP的比重可能超過45%[1]相應的建筑設施也將翻番，建筑能耗的大幅增加將不可避免。隨著能耗問題的日益突出，如何實現能耗管理和能源成本降低已成為我國的首要任務。準煤高出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、商場、寫字樓等大型公共建筑面積僅占民用建筑的5.4%，但年用電量高達33億kW·h，接近全市居民的生活。

1.建筑能耗分析

目前，建筑能耗與工業能耗和交通能耗并列，已成為我國能耗的三大“能耗大戶"。目前，我國每年新建房屋20億m2中，99%以上是高能耗建筑；在現有約430億m2建筑中，只有4%采取了能效措施，單位建筑面積采暖能耗是發達國家新建建筑的3倍以上。據測算，如果不采取有效措施，到2020年，我國建筑能耗將是目前的3倍以上。

在我國能源消費中，建筑能耗占很大比例。據統計，建筑能耗在我國能源總消費中的比例已達27%．6％，發達國家的建筑能耗一般占全國總能耗的30%～40％。[2]在建筑能耗方面，國家機關辦公樓和大型公共建筑的高能耗問題日益突出。據統計，國家機關辦公樓和大型公共建筑單位年用電量達到70%～300kW·h，為普通居民住宅10棟～20倍，占全國城鎮總用電量的22%。以北京為例，[3]據調查，在北京政府機構的能源消費中，單位建筑面積的年用電量約為80%～150kW·h，4是居民住宅～8倍；行政機關年人均能耗為3.35t標準煤，比全市人均生活能耗為0.47t標準煤的50%，單位面積年平均能耗為普通住宅的5倍～10倍。

這類建筑一般缺乏詳細的能源計量，現有數據不能滿足能源消耗分析的需要，不能及時準確地發現能源消耗問題。為了更好地開展大型公共建筑節能工作，我們詳細掌握了建筑的各種能源消耗，通過這些能源消耗和建筑環境分析發現建筑能源問題，為未來的節能管理和節能改造提供依據，建筑能源消耗和環境監測管理系統在這個過程中發揮著關鍵作用。

2.系統概述

基于物聯網技術的建筑能耗和環境監測系統監測建筑能耗中的電、水、氣、熱、冷五種能源系統，并結合建筑內部環境監測系統分析能耗數據。現場總線的技術應用（modbus）該儀器實現了基于泛在無線傳感網的五種能源系統的數據采集，采用泛在無線傳感網的數據采集(UNIT)探測器實現環境參數監測，采用工業數據庫和組態軟件實現數據采集的總結和分析。系統結構如圖1所示。

該系統包括能耗監測和環境監測兩部分。其中，能耗監測按能源類別分類進行監測、統計和數據分析，分為電、水、氣、熱、冷五類；其中，電分為兩級監測、電①級別分項：照明插座用電、空調用電、動力用電和特殊用電四個分項，電量用電②分類：照明插座電源包括房間照明電源、插座電源、走廊電源、應急照明電源和室外景觀照明電源5②等級分項，空調用電包括冷熱站用電和空調末端用電②級別分項，動力用電包括電梯用電、水泵用電和通風機用電②等級分項，特殊用電包括信息室、洗衣房、廚房、餐廳、游泳池、健身房6個②等級分項，其他分類能耗不分項監測。環境監測部分為：溫度、濕度、一氧化碳、水浸、光照、紅外檢測等。

2.1系統平臺建設

該系統以計算機、通信設備、測控單元為基本工具，為大型公共建筑的實時數據采集、開關狀態監控和遠程管理控制提供基本平臺，可與檢測控制設備形成任何復雜的監控系統。該系統主要采用分層分布式計算機網絡結構，一般分為三層：站控管理層、網絡通信層和現場設備層。

2.1.1站控管理層

站控管理是能耗監控系統的管理者，是人機交互的直接窗口，也是系統的上層部分。主要由工業計算機、打印機、UPS電源等系統軟件和必要的硬件設備組成。監控系統軟件具有良好的人機交互界面，計算、分析和處理收集的各種數據和信息，以圖形、數字顯示、聲音等方式反映現場運行情況。

監控主機：用于數據采集、處理和數據轉發。為系統內外提供數據接口，進行系統管理、維護和分析。

打印機：系統呼叫打印或自動打印圖形、報告等。模擬屏幕：系統通過通信與智能模擬屏幕進行數據交換，圖像顯示整個系統的運行狀態。

UPS：保證計算機監控系統的正常供電，保證站控管理設備在整個系統出現供電問題時的正常運行。

2.1.2網絡通訊層

通信層主要由通信管理機、以太網設備和總線網絡組成。該層是數據和信息交換的橋梁，負責收集、分類和傳輸現場設備返回的數據和信息，同時傳達上位機對現場設備的各種控制命令。

通信管理機：是系統數據處理和智能通信管理室。具有數據采集與處理、通信控制器、前置機等功能。

以太網設備：包括工業級以太網交換機。

通信介質：系統主要采用屏蔽雙絞線、光纖和無線通信。

2.1.3現場設備層

現場設備層為數據采集終端，主要由智能儀器組成。數據采集終端由可靠性高、與現場總線連接的分布式I/O控制器組成，存儲在數據室上傳到數據室。測量儀器負責基層的數據采集任務，監控的能耗數據完整、準確、實時地傳輸到數據室。

2.2系統主要部件技術性能指標

2.2.1數據采集器

采用數據采集器實現電、水、氣、熱、冷消耗的數據采集。支持各種能源計量裝置的數據采集，包括電能表（包括單相電能表、三相電能表、多功能電能表）、電力監測儀、電量計測模塊、水表、燃氣表、冷熱量計、流量計等。

2.2.2.電力采集系統

配置方案：通過一個三相總電量表監測建筑總能耗，通過四個分項電量表監測照明插座、空調、動力和特殊用電①等級分項電量。通過16個分項電量表監測16個分項電量。所有電表均通過Modbus協議傳輸到采集器，采集器通過局域網上傳到監控主機

在監控軟件上進行數據處理和分析，監控的各種數據通過互聯網與數據室和上級調度相連，實現數據共享和能耗的合理分配。

電能監測指標主要包括電流、電壓、頻率、視頻、有功功率、無功功率、功率因數和電能等。

2.2.3.水量采集系統

配置方案：通過Modbus協議的水表監測建筑用水總量，實現建筑日、月、年用水量的監測分析。

2.2.4.氣量采集系統

配置方案：通過Modbus協議的氣表監測建筑用氣總量，實現建筑日、月、年用氣量的監測分析。

2.2.5制熱采集系統

配置方案：通過Modbus協議的熱量表監測建筑總熱量消耗，實現建筑日、月、年熱量的監測分析。

2.2.6制冷量采集系統

配置方案：通過Modbus協議的冷量表監測建筑冷量總消耗，實現建筑日、月、年冷量的監測分析。

2.2.7.環境監測系統

配置方案：基于物聯網技術，通過基于無線自組織傳感網的環境探測器實現室內環境參數監測。檢測到的環境參數包括：溫度、濕度、一氧化碳、浸泡、光照、紅外檢測等。環境探測器通過無線傳感網絡網關將數據上傳到數據室，數據室收集環境參數，實現能耗系統的分析。

2.2.8數據房和監控系統

數據室和監控系統采用工業數據庫和配置軟件實現，可實現參數列表、實時曲線圖、數據棒圖、實時數據、轉換數據、累計數據、歷史、報警圖片、數據報表等統計分析功能。

3.安科瑞建筑能耗分析系統

3.1概述

Acrel-5000web建筑能耗分析系統是用戶端能源管理分析系統，在電能管理系統的基礎上增加了對水、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行細分和統計，以直觀的數據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，便于找出高耗能點或不合理的耗能習慣，有效節約能源，為用戶進一步節能改造或設備升級提供準確的數據支撐。用戶可按照國家有關規定實施能源計算，分析現狀，查找問題，挖掘節能潛力，提出切實可行的節能措施，并向縣級以上管理節能工作的部門報送能源計算報告。

3.2應用場所

適用于公共建筑、集團公司、工業園區、大型物業、學校、醫院、企業等不同行業的能耗監測與管理的系統設計、施工和運行維護。

3.3系統功能

3.3.1系統概況

平臺運行狀態，當月能耗折算、地圖導航，各能耗逐時、逐月曲線，當日，當月能耗同比分析滾動顯示。

3.3.2用能概況

對建筑、部門、區域、支路、分類分項等用能進行對比，支持當日逐時趨勢、當月逐日趨勢曲線、分時段能耗統計對比、總能耗同環比對比。

3.3.3用能統計

對建筑、區域、分項、支路等結構按日、月、年報表的形式統計對分類能源用能進行統計，支持報表數據導出EXCEL，支持選擇建筑數據進行生成柱狀圖。

3.3.4復費率統計

復費率報表按日、月、年統計對單棟建筑下不同支路的尖、峰、平、谷用電量及成本費用進行統計分析。支持數據導出到EXCEL。

3.3.5同比分析

對建筑、分項、區域、支路等用能按日、月、年以圖形和報表結合的方式進行用能數據同比分析。

3.3.6能源流向圖

能源流向圖展示單棟建筑zhiding時段內各類能源從源頭到末端的的能源流向，支持按原始值和折標值查看。

3.3.7夜間能耗分析

夜間能耗以表格、曲線、餅圖等形式對選擇支路分類能源在zhiding時段工作時間與非工作時間用能統計對比，支持導出報表。

3.3.8設備管理

設備管理包括，設備類型、設備臺賬、維保記錄等功能。輔助用戶合理管理設備，確保設備的運行。

3.3.9用戶報告

用戶報告針對選定的建筑自動統計各能源的月使用的同環比趨勢，并提供簡單的能耗分析結果，針對用電提供單獨的復費率用能分析，報告可編輯。

4.系統硬件配置