物聯網智能建築能源管理平台的需求

摘要：在能源形勢緊張的大趨勢下，高能耗的大型公共建築能源管理係統的建設逐漸受到重視，以物聯網技術及基礎的建築能源管理平台可以提供即時、準確、高效的能源管理策略。係統闡述了結合物聯網技術的建築能源管理構建方法，對物聯網體(ti) 係結構與(yu) 建築能源管理係統的相關(guan) 性進行了分析，並從(cong) 能耗數據收集、能源審計、能源管理這三個(ge) 層級探討了這兩(liang) 者的應用結合方法，為(wei) 公共建築能源管理係統的升級與(yu) 優(you) 化提供了一定的思路。

關(guan) 鍵詞:物聯網，公共建築，能耗監測，建築能源管理

0引言

       隨著我國經濟的快速發展，城市化進程不斷加快，能源的使用量也出現快速上漲的趨勢。而建築能耗、工業(ye) 能耗和交通運輸能耗是我國能源消耗的三大主力，其中建築能耗大約占據了總能耗的30%。

       黨(dang) 的提出了建設資源節約型和環境友好型社會(hui) 的目標，在這樣的背景下，尋找新的建築能源管理方法和技術，對建築耗能設備進行整體(ti) 管理優(you) 化是當前節能工作的趨勢所在。當前，我國信息科技的快速發展，互聯網技術成為(wei) 國家各產(chan) 業(ye) 結構轉型改革的切入點和帶動者，基於(yu) 互聯技術發展的物聯網研究逐漸成為(wei) 各領域關(guan) 注的焦點。物聯網技術是信息科技技術非常重要的部分，利用物聯網技術進行建築能源管理平台的研究，結合物聯網技術對建築耗能設備的能源數據進行實時采集和管理，可以更加有效的實現建築能源精細化管理，為(wei) 大型公共建築節能減排提供技術支撐。

1新時代背景下的建築能源管理需求

       多項研究表明，在所有的建築能耗中，大型公共建築的能源消耗大、能源利用率低，尤其是運行能耗的控製水平整體(ti) 偏低，已經逐漸成為(wei) 我國目前能源問題的關(guan) 鍵。建築能源管理指的是，通過係統化的控製建築物能源消耗及能源消耗模式的策略，在滿足建築內(nei) 舒適度等各方麵要求的前提下，使得能耗量和能耗費用最小化［1］。

       建築能源管理的前提是對建築能源消耗的監測和統計，高效的能源管理要建立在充分的能耗監測和準確的能源統計之上。這就包括了對建築用能係統，包括暖通空調係統、給排水係統、電氣係統等的全麵監測，以及對各類設備分類分項的能耗數據的采集、整理與(yu) 分析。而過往采用傳(chuan) 統方法進行能耗統計與(yu) 分析，由於(yu) 公共建築設備數量和種類多樣，設備數量、規格、型號、功率等各不相同(見表1，表2)，因此能源統計獲取的數據量龐大、數據類型多種多樣，進行能源審計的工作量和工作難度都較高，這在一定程度上阻礙了相關(guan) 能源管理工作的開展。尤其是對於(yu) 建築集群來說，傳(chuan) 統的建築能耗統計無法滿足多棟建築同時展開的綜合能源管理。

表1暖通空調係統主要設備清單

表2電氣係統主要設備清單

       因此，隨著公共建築的類型和體(ti) 量的不斷增加，在建築能源管理的體(ti) 係中，亟需引入一種高效率、低成本，同時可以實現大規模建築集群能源消耗的實時監測與(yu) 能耗數據收集的新型技術。隨著現代網絡技術的快速發展，物聯網成為(wei) 解決(jue) 這一問題的重要選擇，物聯網技術可以對建築中各類設備的大量能耗數據進行實時監測和收集，並整合到統一的能源管理平台，對其進行數據處理與(yu) 分析，從(cong) 而幫助管理者對區域化的建築集群能源消耗展開統籌管理。

2物聯網技術的概念

       物聯網的概念在1985年由PeterT．Lewis提出後，經過多年的發展已經日趨成熟。物聯網，即InternetofThings，它的本質是物體(ti) 和物體(ti) 之間相互進行連接所建立的網絡，它是互聯網的一部分，同時還可以與(yu) 互聯網進行並網的處理。物聯網技術可以通過多種不同的傳(chuan) 感器模塊，對需要的監控、連接、互動的設備的各項數據進行實時采集，它主要用於(yu) 企業(ye) 之間的緊密聯係，可以實現供應鏈中各個(ge) 節點，包括物與(yu) 物、物與(yu) 人等的網絡連接和信息共享，從(cong) 而實現高效快捷的管理。

       物聯網在本質上是通過局域網進行設備識別和數據交互的，這也就意味著物聯網必然是以互聯網網絡為(wei) 基礎的，同時它也是在互聯網網絡基礎上的延伸，此外，物聯網的用戶擴張到了互聯網中的設備和設備之間，這些在同一個(ge) 網絡下的設備也可以進行數據交互。物聯網實際上是一種將物與(yu) 物相連，並將多種感知設備和傳(chuan) 輸設備相融合的聚合性複雜係統，它的體(ti) 係結構在技術上包含三層，傳(chuan) 感層、傳(chuan) 輸網絡層和應用網絡層。傳(chuan) 感層是基層，包含各類傳(chuan) 感器設備並提供泛在的感知網絡;傳(chuan) 輸網絡層在物聯網層次中處在中間層，它由信息和管理中心組成;應用網絡層則是物聯網的頂層，它是用戶終端，通過用戶的操作可以進行網絡中相關(guan) 設備的信息交互。

3物聯網技術在建築能源管理中的應用

       公共建築能源管理係統包含了設置在建築中不同位置的物聯網終端、物聯網能源管理平台以及通信設施，而物聯網的體(ti) 係結構剛好可以對應滿足建築能源管理係統的多層需求(見圖1)。

       其中，傳(chuan) 感層主要是通過各終端設備實時采集建築能源消耗數據，它也是物聯網能源管理的前提和基礎，通過傳(chuan) 感器完成能耗數據信息的采集。對於(yu) 建築能源管理係統來說，傳(chuan) 感層數據實現高效收集和精細化管理的前提是能耗分項計量，因此，需要在能源管理係統建立之初就完成能耗分項計量的相關(guan) 設備。計量對象包括:耗電量、耗水量、耗熱量，耗冷量，耗煤氣量等，其中，電能消耗是公共建築主要能耗，需進一步根據耗能設備等進行細分，也可以根據實際運行情況進行分時段計量等［2］。

       目前建築智能化係統設計中一般沒有分項計量功能，難以實現能耗精細化管理，因而實現能耗分項計量是搭建物聯網智能建築能源管理平台很重要的需求。分項計量需要利用物聯網等相關(guan) 技術首先安裝分項計量裝置，按電、水、油、氣等能源形態分類後，再根據不同的能源用途和用能區域進行分項計量，也可以根據實際需要對能耗情況進行分時段的計量。分項數據傳(chuan) 輸到能源管理平台後，可以實現對能耗設備運行狀況實時監測;根據分項數據不同辦公區域或者不同時段的能耗比較，可以準確詳細地掌握一個(ge) 單位或係統的能源消費結構，對建築存在的節能潛力做出診斷;在此基礎上，提出節能改造方案。

       能耗分項計量為(wei) 開展能源審計工作提供了前提，能源管理係統可以實時監測各個(ge) 耗能設備的狀況。同時，通過物聯網傳(chuan) 輸網絡層將建築能耗數據傳(chuan) 輸至物聯網平台，這一數據傳(chuan) 輸途徑主要是通過匯聚網的短距離通信技術獲取傳(chuan) 感層信息，通過接入網完成數據接入，最後由承載網將能耗數據傳(chuan) 輸至應用網絡層［3］。

       在物聯網應用網絡層，對接收到的分項能耗數據進行處理和分析，獲取建築用能特點、重點耗能單位，以及建築能源消耗結構等，並對建築能源利用效率進行評價(jia) ，對建築的節能潛力做出評估。此外，還可以在完成能耗數據的綜合計量與(yu) 分析的基礎上，利用應用層完成物聯網平台能源管理係統應用的開發，包括建築耗能設備遠程管理、能耗數據管理等。

4融入物聯網的建築能源管理係統發展方向

        從(cong) 目前的研究來看，物聯網技術在我國建築能源管理體(ti) 係中的應用並不算普遍，而目前的建築能耗監測與(yu) 能源管理係統還存在著很多問題。

1)從(cong) 技術角度來說，當前的建築能耗監測係統主要覆蓋的是建築物電器設備係統對於(yu) 建築耗能數據的采集，所采集到的數據也隻能實現從(cong) 終端設備到數據平台的單向傳(chuan) 輸，具有信息反饋和控製功能的雙向對接還需要進一步的研究;

2)當前基於(yu) 物聯網技術的建築物能耗監測係統依然具有海量數據的特征，如何對海量數據進行進一步的分析挖掘和利用是建築能源管理係統的重要研究方向。

5 Acrel-EIOT能源物聯網雲(yun) 平台

（1）概述

       電腦得到所需的行業(ye) 數據服務。

       該平台提供數據駕駛艙、電氣安全監測、電能質量分析、用電管理、預付費管理、充電樁管理、智能照明管理、異常事件報警和記錄、運維管理等功能，並支持多平台、多語言、多終端數據訪問。

（2）應用場所

       本平台適用於(yu) 公寓出租戶、連鎖小超市、小型工廠、樓管係統集成商、小型物業(ye) 、智慧城市、變配電站、建築樓宇、通信基站、工業(ye) 能耗、智能燈塔、電力運維等領域。

（3）平台結構

（4）平台功能

◆電力集抄

       電力集抄模塊可以實現對各種監測數據的查詢、分析、預警及綜合展示，以保證配電室的環境友好。在智能化方麵實現供配電監控係統的遙測'、遙信、遙控控製，對係統進行綜合檢測和統一管理；在數據資源管理方麵，可以顯示或查詢供配電室內(nei) 各設備運行（包括曆史和實時參數，並根據實際情況進行日報、月報和年報查詢或打印，提高工作效率，節約人力資源。

變壓器監控

配電圖

◆能耗分析

       能耗分析模塊采用自動化、信息化技術，實現從(cong) 能源數據采集、過程監控、能源介質消耗分析、能耗管理等全過程的自動化、科學化管理，使能源管理、能源生產(chan) 以及使用的全過程有機結合起來，運用先進的數據處理與(yu) 分析技術，進行離線生產(chan) 分析與(yu) 管理，實現全廠能源係統的統一調度，優(you) 化能源介質平衡、有效利用能源，提高能源質量、降低能源消耗，達到節能降耗和提升整體(ti) 能源管理水平的目的。

能耗概況

◆預付費管理

1）登陸管理：管理操作員賬戶及權限分配，查看係統日誌等功能；

2）係統配置：對建築、通訊管理機、儀(yi) 表及默認參數進行配置；

3）用戶管理：對商鋪用戶執行開戶、銷戶、遠程分合閘、批量操作及記錄查詢等操作；

4）售電管理：對已開戶的表進行遠程售電、退電、衝(chong) 正及記錄查詢等操作；

5）售水管理：對已開戶的表進行遠程售水、退水、記錄查詢等操作；

6）報表中心：提供售電、售水財務報表、用能報表、報警報表等查詢，本係統所有的報表及記錄查詢，都支持excel格式導出。

預付費看板

◆充電樁管理

      通過物聯網技術，對接入係統的充電樁站點和各個(ge) 充電樁進行不間斷地數據采集和監控，同時對各類故障如充電機過溫保護、充電機輸入輸出過壓、欠壓、絕緣檢測故障等一係列故障進行預警。雲(yun) 平台包含了充電收費和充電樁運營的所有功能，包括城市級大屏、交易管理、財務管理、變壓器監控、運營分析、基礎數據管理等功能。

充電樁看板

◆智能照明

       智能照明通過物聯網技術對安裝在城市各區域的室內(nei) 照明、城市路燈等照明回路的用電狀態進行不間斷地數據監測，也可以實現定時開關(guan) 策略配置及後台遠程管理和移動管理等，降低路燈設施的維護難度和成本，提升管理水平，並達到一定節能減掛的效果。

監控頁麵

◆安全用電

       安全用電采用自主研發的剩餘(yu) 電流互感器、溫度傳(chuan) 感器、電氣火災探測器，對引發電氣火災的主要因素（導線溫度、電流和剩餘(yu) 電流）進行不間斷的數據跟蹤與(yu) 統計分析，並將發現的各種隱患信息及時推送給企業(ye) 管理人員，指導企業(ye) 實現第一時間的排查和治理，達到消除潛在電氣火災安全隱患，實現“防患於(yu) 未然"的目的。

◆智慧消防

       通過雲(yun) 平台進行數據分析、挖掘和趨勢分析，幫助實現科學預警火災、網格化管理、落實多元責任監管等目標。原先針對“九小場所"和危化品生產(chan) 企業(ye) 無法有效監控的空白，適應於(yu) 所有公建和民建，實現了無人化值守智慧消防，實現智慧消防“自動化"、“智能化"、“係統化"、用電管理“精細化"的實際需求。

（5）係統硬件配置

6結論

       在我國城市化進程不斷推進的大背景下，建築能耗監測係統和建築能源管理係統都在不斷的發展和完善，將物聯網技術引入到建築能耗監測體(ti) 係中，對現有建築能源管理係統的技術升級和智能化發展具有非常重要的意義(yi) ，與(yu) 此相關(guan) 的各項研究具有廣闊的應用前景，隨著物聯網技術的不斷進步，建築能源管理體(ti) 係也會(hui) 變得更加完善。

安科瑞侯文莉