淺談基于智能網關的校園電能能耗監(jiān)測系統(tǒng)設計與應用

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：提出了全社會節(jié)能減排的戰(zhàn)略舉措，節(jié)約型校園的建設是實現(xiàn)這一舉措的重要內容。為了對校園能耗實行量化管理、實時監(jiān)測，需要建立一個完善的監(jiān)管體系校園節(jié)能監(jiān)管體系。而節(jié)能監(jiān)管體系的核心是能耗監(jiān)測平臺，本文介紹了一種基于智能網關的能耗監(jiān)測系統(tǒng)的建設方法，并給出了系統(tǒng)的具體建設實施方法，具有一定的理論價值和實際工程意義。

關鍵詞：節(jié)能校園；智能網關；能耗監(jiān)測

0引言

隨著近幾年來招生規(guī)模的擴大，能源開支占學校運營成本的比重也會越來越大。在學習和借鑒國內外理念、管理經驗及技術體系的基礎上，強化對學校的水、電等能耗進行精細化管理將會大幅度降低學校運營成本、建設綠色校園，落實節(jié)能減排工作任務指導學校基礎設施建設、能耗監(jiān)管平臺建設具有重要意義。因此建立高等院校能耗監(jiān)測與監(jiān)控管理平臺是非常有必要的。

1系統(tǒng)總體設計

節(jié)約型校園建筑能耗實時監(jiān)管平臺的建設以有線Internet網絡傳輸為主GPRS為輔的建筑能耗監(jiān)測數(shù)據(jù)分析數(shù)據(jù)管理、信息發(fā)布系統(tǒng)。平臺采用485通訊與TPC/IP網絡相結合的建筑能耗統(tǒng)計技術。系統(tǒng)由命令接收/發(fā)送服務器、數(shù)據(jù)接收/發(fā)送服務器、數(shù)據(jù)處理服務器、信息展示服務器、防火墻、防病毒、文件存儲/數(shù)據(jù)備份服務器、監(jiān)控工作站、變送器、中繼器、前端傳感器、網絡轉換器、UPS電源、通訊電纜與建筑能耗實時監(jiān)測軟件等構成。系統(tǒng)能夠可靠、穩(wěn)定地實現(xiàn)建筑能耗數(shù)據(jù)的監(jiān)測和傳輸，并具有數(shù)據(jù)分析、處理和信息展示發(fā)布功能。能耗監(jiān)測平臺系統(tǒng)結構圖如圖1所示。

2能耗數(shù)據(jù)采集與傳輸

建筑能耗監(jiān)測的能耗數(shù)據(jù)采集采用自動采集方式，即通過自動采集方式將采集的建筑分項能耗數(shù)據(jù)和分類能耗數(shù)據(jù)由自動計量裝置實時采集，通過自動傳輸方式實時傳輸至項目的數(shù)據(jù)。見圖2能耗數(shù)據(jù)采集網關應用拓撲圖。

2.1數(shù)據(jù)網關設置

智能能源網關與能源管理信息系統(tǒng)主站系統(tǒng)、能源管理工作站和各種能源計量設備構成完整的能耗監(jiān)測與管理信息系統(tǒng)。智能能源網關負責主動與每一終端電表進行數(shù)據(jù)通信(抄表)并存儲數(shù)據(jù)網。定時或實時采集的數(shù)據(jù)可通過電話線(或GSM無線方式)中壓載波(RS232)485總線等形式直接傳回到管理部門的數(shù)據(jù)服務器中，并對這此數(shù)據(jù)分析處理。將結果以各種統(tǒng)計報表、圖示等形式報告給管理部門，能自動計算電費，生成報表。

2.2數(shù)據(jù)采集監(jiān)測點設置

包括照明插座用電、空調用電、動力用電和特殊用電。照明插座用電是指建筑物主要功能區(qū)域的照明、插座等室內設備用電的總稱。照明插座用電包括照明和插座用電、走廊和應急照明用電、室外景觀照明用電。照明和插座是指建筑物主要功能區(qū)域的照明燈具和從插座取電的室內設備。走廊和應急照明是指建筑物的公共區(qū)域燈具，如走廊等的公共照明設備。室外景觀照明是指建筑物外立面用于裝飾用的燈具及用于室外園林景觀照明的燈具。

空調用電是為建筑物提供空調、采暖服務的設備用電的統(tǒng)稱。空調用電包括冷熱站用電、空調末端用電，共2個子項。冷熱站是空調系統(tǒng)中制備、輸配冷量的設備總稱。空調末端是指可單獨測量的所有空調系統(tǒng)末端，包括全空氣機組、新風機組、空調區(qū)域的排風機組、風機盤管和分體式空調器等。

動力用電是集中提供各種動力服務(包括電梯、非空調區(qū)域通風、生活熱水、自來水加壓、排污等)的設備(不包括空調采暖系統(tǒng)設備)用電的統(tǒng)稱。動力用電包括電梯用電、水泵用電、通風機用電，特殊區(qū)域用電是指不屬于建筑物常規(guī)功能的用電設備的耗電量，特殊用電的特點是能耗密度高、占總電耗比重大的用電區(qū)域及設備。特殊用電包括信息、洗衣房廚房餐廳、游泳池、健身房或其它特殊用電。

3數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)布線方式

在建筑能耗監(jiān)測中計量裝置和數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)之間采用了符合各相關行業(yè)智能儀表標準的各種有線或無線物理接口，數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)具有兼容不同協(xié)議類型的計量裝置的能力。計量裝置和數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)之間采用主從結構的半雙工通信方式。從機在主機的請求命令下應答數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)是通信主機，計量裝置是通信從機。

在進行樓內布線時，考慮系統(tǒng)安裝成本，數(shù)據(jù)采集末端的變送器優(yōu)先采用電信號或RS485通信方式進行連接當連線距離小于50m時，采用屏敲線連接;當連線距離大于50m時，由于屏蔽線電流或電壓信號衰減較大，采用RS485通信方式進行I/0模塊的接，使有效傳輸距離達到1200m。當現(xiàn)場條件不滿足采用電信號或RS485通信方式條件時，采用無線方式進行連接。在項目布線中為保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的獨立性，能耗數(shù)據(jù)遠程傳輸系統(tǒng)均盡可能的不與建筑原有的自動控制系統(tǒng)發(fā)生信息互連和共享，即構造獨立布置能耗數(shù)據(jù)遠程傳輸系統(tǒng)。

4建筑能耗數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)

能耗數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)和監(jiān)測建筑到數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)組成。數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)負責對建筑內電能或其它能耗信息進行采集。它通過信道對其管轄的各類表計的信息進行采集、處理和存儲，并通過遠程信道與數(shù)據(jù)交換數(shù)據(jù)。能耗數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)采集并緩存其管理區(qū)域內監(jiān)測建筑的能耗數(shù)據(jù)。完整轉發(fā)給上一級數(shù)據(jù)。計量裝置和數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)之間應采用符合各相關行業(yè)智能儀表標準的各種有線或無線物理接口，數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)應具有兼容不同協(xié)議類型的計量裝置的能力。數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)應使用專線方式接人傳輸網絡，并具有固定IP地址或者網絡城名。

5安科瑞建筑能耗分析系統(tǒng)

5.1概述

Acrel-5000web建筑能耗分析系統(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(tǒng)計，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，便于找出高耗能點或不合理的耗能習慣，有效節(jié)約能源，為用戶進一步節(jié)能改造或設備升級提供準確的數(shù)據(jù)支撐。用戶可按照有關規(guī)定實施能源計算，分析現(xiàn)狀，查找問題，挖掘節(jié)能潛力，提出切實可行的節(jié)能措施，并向縣級以上管理節(jié)能工作的部門報送能源計算報告。

5.2應用場所

適用于公共建筑、集團公司、工業(yè)園區(qū)、大型物業(yè)、學校、醫(yī)院、企業(yè)等不同行業(yè)的能耗監(jiān)測與管理的系統(tǒng)設計、施工和運行維護。

5.3系統(tǒng)功能

5.3.1系統(tǒng)概況

平臺運行狀態(tài)，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。

5.3.2用能概況

對建筑、部門、區(qū)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(tǒng)計對比、總能耗同環(huán)比對比。

5.3.3用能統(tǒng)計

對建筑、區(qū)域、分項、支路等結構按日、月、年報表的形式統(tǒng)計對分類能源用能進行統(tǒng)計，支持報表數(shù)據(jù)導出EXCEL，支持選擇建筑數(shù)據(jù)進行生成柱狀圖。

5.3.4復費率統(tǒng)計

復費率報表按日、月、年統(tǒng)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(tǒng)計分析。支持數(shù)據(jù)導出到EXCEL。

5.3.5同比分析

對建筑、分項、區(qū)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(shù)據(jù)同比分析。

5.3.6能源流向圖

能源流向圖展示單棟建筑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。

5.3.7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時段工作時間與非工作時間用能統(tǒng)計對比，支持導出報表。

5.3.8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。

5.3.9用戶報告

用戶報告針對選定的建筑自動統(tǒng)計各能源的月使用的同環(huán)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。

6系統(tǒng)硬件配置

7結束語

本論文介紹了節(jié)能監(jiān)管體系、能耗監(jiān)測平臺建設的實施過程.從總體上對監(jiān)測平臺系統(tǒng)構成進行介紹,并對數(shù)據(jù)的傳輸、采集點的設置等進行了具體分析。該系統(tǒng)不僅可以充分發(fā)揮能耗監(jiān)測平臺在節(jié)約型校園建設中的作用，還可擴展為其他建筑的能耗監(jiān)測平臺,具有一定的推廣價值。

參考文獻

[1]譚洪衛(wèi),徐鈺琳.高校校園建筑能耗監(jiān)管體系建設的探討[A].上海市制冷學會,2009.

[2]張福麟,阮應君.推進節(jié)約型校園示范建設I.建設科技2009(05):25.

[3]賀慧宇.節(jié)能風吹“綠"校園[N].中國建設報2008.05.19.

[4]趙斌.節(jié)約型校園建筑節(jié)能監(jiān)管平臺系統(tǒng)分析及功能設計探討I.廣西城鎮(zhèn)建設.2013.

[5]譚洪衛(wèi),徐鈺琳.全球氣候變化應對與我國高校校園建筑節(jié)能監(jiān)管I.建筑熱能通風空調.2010.

[6]闕鳳龍,毛永明,李榮斌,馮雷.基于智能網關的校園電能能耗監(jiān)測系統(tǒng)設計.沈陽建筑大學信息與控制學院,遼寧沈陽110168

[7]安科瑞企業(yè)微電網設計與應用手冊.2022.05版.