能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

1、概述為了響應(yīng)國(guó)務(wù)院要求開展節(jié)能減排的號(hào)召，并完成國(guó)家十一五”計(jì)劃關(guān)于節(jié)能減排目標(biāo)的要求，國(guó)家住建部下發(fā)關(guān)于切實(shí)加強(qiáng)政府辦公和大型公共建筑節(jié)能管理工作的通知，通知要求深入推進(jìn)建筑能耗監(jiān)測(cè)體系建設(shè)和加強(qiáng)對(duì)空調(diào)溫度控制情況的監(jiān)督檢查。住建部從2007年開始在北京、天津、深圳等試點(diǎn)城市推行建筑能耗監(jiān)測(cè)體系的建設(shè)，但在對(duì)公共建筑空調(diào)溫度控制的監(jiān)督管理上卻比較缺乏有效的手段。建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)能耗使用的全參數(shù)、全過程的管理和控制功能，是能耗監(jiān)測(cè)、溫度集中控制和節(jié)能運(yùn)行管理的綜合解決方案。符合國(guó)家有關(guān)公共建筑管理節(jié)能的政策和技術(shù)要求，更是融合了能耗監(jiān)測(cè)、空調(diào)溫度集中控制和節(jié)能運(yùn)行管理的整體解決方案，可對(duì)

2、建筑能耗進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和分析，實(shí)現(xiàn)建筑的精細(xì)化管理與控制，帶給用戶新的價(jià)值體驗(yàn)，達(dá)到節(jié)能減排的效果。建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)系統(tǒng)開發(fā)及設(shè)計(jì)依據(jù)國(guó)家機(jī)關(guān)辦公建筑和大型公共建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分項(xiàng)能耗數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)導(dǎo)則分項(xiàng)能耗數(shù)據(jù)采集技術(shù)導(dǎo)則建設(shè)、驗(yàn)收與運(yùn)行管理規(guī)范樓宇分項(xiàng)計(jì)量設(shè)計(jì)安裝技術(shù)導(dǎo)則數(shù)據(jù)中心建設(shè)與維護(hù)技術(shù)導(dǎo)則公共建筑室內(nèi)溫度控制管理辦法建科2008115號(hào)民用建筑節(jié)能條例國(guó)務(wù)院令第530號(hào)公共機(jī)構(gòu)節(jié)能條例國(guó)務(wù)院令第531號(hào)國(guó)務(wù)院辦公廳關(guān)于嚴(yán)格執(zhí)行公共建筑空調(diào)溫度控制標(biāo)準(zhǔn)的通知200742號(hào)國(guó)務(wù)院關(guān)于印發(fā)節(jié)能減排綜合性工作方案的通知（國(guó)發(fā)200715號(hào)）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)M以計(jì)算機(jī)、通訊設(shè)備、測(cè)控單

3、元為基本工具，為大型公共建筑的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、開關(guān)狀態(tài)監(jiān)測(cè)及遠(yuǎn)程管理與控制提供了基礎(chǔ)平臺(tái)，它可以和檢測(cè)、控制設(shè)備-珀©。構(gòu)成任意復(fù)雜的監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要采用分層分布式計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，一般分為三層：站控管理層、網(wǎng)絡(luò)通訊層和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層。1）站控管理層站控管理層針對(duì)能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的管理人員，是人機(jī)交互的直接窗口，也是系統(tǒng)的最上層部分。主要由系統(tǒng)軟件和必要的硬件設(shè)備,如工業(yè)級(jí)計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、UPS電源等組成。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件具有良好的人機(jī)交互界面，對(duì)采集的現(xiàn)場(chǎng)各類數(shù)據(jù)信息計(jì)算、分析與處理，并以圖形、數(shù)顯、聲音等方式反映現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行狀況。監(jiān)控主機(jī)：用于數(shù)據(jù)采集、處理和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。為系統(tǒng)內(nèi)或外部提供數(shù)據(jù)接

4、口，進(jìn)行系統(tǒng)管理、維護(hù)和分析工作。打印機(jī)：系統(tǒng)召喚打印或自動(dòng)打印圖形、報(bào)表等。模擬屏：系統(tǒng)通過通訊方式與智能模擬屏進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，形象顯示整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行狀況。UPS:保證計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的正常供電，在整個(gè)系統(tǒng)發(fā)生供電問題時(shí)，保證站控管理層設(shè)備的正常運(yùn)行。2）網(wǎng)絡(luò)通訊層通訊層主要是由通訊管理機(jī)、以太網(wǎng)設(shè)備及總線網(wǎng)絡(luò)組成。該層是數(shù)據(jù)信息交換的橋梁，負(fù)責(zé)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備回送的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集、分類和傳送等工作的同時(shí)，轉(zhuǎn)達(dá)上位機(jī)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的各種控制命令。通訊管理機(jī)：是系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理和智能通訊管理中心。它具備了數(shù)據(jù)采集與處理、通訊控制器、前置機(jī)等功能。以太網(wǎng)設(shè)備:包括工業(yè)級(jí)以太網(wǎng)交換機(jī)。通訊介質(zhì)：系統(tǒng)主要采用屏蔽雙絞

5、線、光纖以及無線通訊等。3）現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層是數(shù)據(jù)采集終端，主要由智能儀表組成，采用具有高可靠性、帶有現(xiàn)場(chǎng)總線連接的分布式I/O控制器構(gòu)成數(shù)據(jù)采集終端，向數(shù)據(jù)中心上傳存儲(chǔ)的建筑能耗數(shù)據(jù)。測(cè)量?jī)x表?yè)?dān)負(fù)著最基層的數(shù)據(jù)采集任務(wù),其監(jiān)測(cè)的能耗數(shù)據(jù)必須完整、準(zhǔn)確并實(shí)時(shí)傳送至數(shù)據(jù)中o系統(tǒng)功能1）實(shí)時(shí)采集智能電表、水表和氣表數(shù)據(jù)，并傳輸?shù)焦芾碇行?，管理中心?duì)能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析并上傳到上級(jí)能耗監(jiān)測(cè)中心；2）實(shí)現(xiàn)了對(duì)室內(nèi)溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和網(wǎng)絡(luò)化管理，為精確控制中央空調(diào)的開關(guān)機(jī)時(shí)間及溫度提供可靠依據(jù)；3）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)門窗狀態(tài)，嚴(yán)禁開門、開窗的狀態(tài)下使用空調(diào)或供暖設(shè)備；4）有助于改善中央空調(diào)或北方供暖系統(tǒng)各區(qū)域溫

6、度的均衡性，提高運(yùn)行效率，降低運(yùn)行成本；5）通過對(duì)建筑物能耗系統(tǒng)的全參數(shù)、全過程集中管理和控制，實(shí)現(xiàn)公共建筑的節(jié)能運(yùn)行管理功能。系統(tǒng)組網(wǎng)功能局域網(wǎng)：系統(tǒng)在建筑物內(nèi)采用無線傳感網(wǎng)方式組成局域網(wǎng)進(jìn)行工作，所有采集到的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)均通過無線進(jìn)行傳輸；廣域網(wǎng)：各個(gè)建筑物內(nèi)的局域網(wǎng)通過internet連接到上級(jí)管理中心，實(shí)現(xiàn)大區(qū)域（集團(tuán)）的統(tǒng)一管理，可遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和顯示各個(gè)建筑物的用能信息。系統(tǒng)特點(diǎn)1）系統(tǒng)采用無線自組網(wǎng)方式,不對(duì)房間、區(qū)域原有線路進(jìn)行改動(dòng)和額外布線，也不對(duì)現(xiàn)有耗能設(shè)備作任何改造，工程安裝和維修簡(jiǎn)單方便；2）系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)，構(gòu)架簡(jiǎn)單，擴(kuò)展功能強(qiáng)，可方便地滿足用戶未來需求；3）系統(tǒng)功能完善：具

7、有能耗監(jiān)測(cè)、空調(diào)溫度集中控制和節(jié)能運(yùn)行管理的功能；4）配置靈活：用戶可以自由選擇適合自己需求的功能和組件，若將來需求發(fā)生變化，可方便地進(jìn)行功能及組件的擴(kuò)充或修改。節(jié)能系統(tǒng)與其它能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)比較對(duì)比參數(shù)傳統(tǒng)有線網(wǎng)絡(luò)傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)無線傳感網(wǎng)傳輸特點(diǎn)星形連接星形連接網(wǎng)狀網(wǎng)、自路由、自恢復(fù)建筑內(nèi)通訊距離以太網(wǎng)100m,485通訊1000m室內(nèi)40m-70m,不支持多跳每跳40m,最多100跳傳輸建設(shè)周期長(zhǎng)較長(zhǎng)短可擴(kuò)展性及組網(wǎng)靈活性差。需另行施工布線一般。新增加監(jiān)測(cè)點(diǎn)位時(shí)需要考慮無線通訊能力好。增加點(diǎn)位只需增加相應(yīng)的采集器或傳感設(shè)備監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)量單網(wǎng)內(nèi)最大256點(diǎn)單網(wǎng)內(nèi)最大256點(diǎn)單網(wǎng)內(nèi)最大6萬4千點(diǎn)監(jiān)測(cè)參數(shù)

8、能耗數(shù)據(jù)能耗數(shù)據(jù)能耗數(shù)據(jù)及用能全過程管理系統(tǒng)投資成本較高高低系統(tǒng)通訊可靠性高一般高系統(tǒng)能耗高高低適應(yīng)性新建筑預(yù)布線、老建筑需改造可室內(nèi)小范圍使用所有建筑適合無線傳感網(wǎng)技術(shù)的能耗監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)建筑節(jié)能運(yùn)行和改造需建立在獲取照明、消防、空調(diào)等建筑用能信息的基礎(chǔ)之上，在接收到數(shù)據(jù)進(jìn)行分析之前，各類用能數(shù)據(jù)的傳輸是一個(gè)關(guān)鍵問題?，F(xiàn)階段主要采用綜合布線進(jìn)行傳輸，此方式在建筑內(nèi)布設(shè)大量線纜，存在施工復(fù)雜、代價(jià)高、影響建筑內(nèi)部美觀等缺點(diǎn)，這是有線傳輸方式固有缺陷所決定的，而采用無線傳輸方式則能有效克服。相較于CDMA、GPRS、WLAN等傳統(tǒng)的無線傳輸方式，作為物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)組成的WSN（wirelesssensor

9、network,無線傳感網(wǎng)）技術(shù)更適合于建筑用能信息傳輸?shù)膽?yīng)用。WSN技術(shù)是一種全新的無線網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，也是物聯(lián)網(wǎng)的主要技術(shù)之一。它由末端節(jié)點(diǎn)設(shè)備、路由設(shè)備和網(wǎng)關(guān)設(shè)備組成，末端節(jié)點(diǎn)設(shè)備負(fù)責(zé)信息采集和自動(dòng)控制，路由設(shè)備負(fù)責(zé)組網(wǎng)和通訊，網(wǎng)關(guān)設(shè)備負(fù)責(zé)與管理中心或外網(wǎng)連接。無線傳感網(wǎng)具有自組網(wǎng)、自路由、自恢復(fù)的功能和低功耗、低帶寬、低成本的特點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)多業(yè)務(wù)平臺(tái)的雙向數(shù)據(jù)傳輸，非常適合于自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程監(jiān)控領(lǐng)域。WSN在建筑能耗監(jiān)測(cè)中的適用性建筑能耗監(jiān)測(cè)平臺(tái)的組網(wǎng)總體結(jié)構(gòu)圖，在系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集端采用WSN技術(shù)進(jìn)行組網(wǎng)。整個(gè)WSN網(wǎng)絡(luò)由若干個(gè)終端采集器以及一個(gè)匯聚采集器構(gòu)成。通常將WSN的終端采集器稱為采

10、集節(jié)點(diǎn)，將匯聚采集器成為匯聚節(jié)點(diǎn)。采集節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集和傳送，以及根據(jù)匯聚節(jié)點(diǎn)的控制命令設(shè)置相應(yīng)的工作模式等；匯聚節(jié)點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)的中心，起到協(xié)調(diào)器和網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的作用，匯聚節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)整個(gè)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)與數(shù)據(jù)的匯集，再將數(shù)據(jù)通過Internet/GSM/CDMA上傳到上級(jí)數(shù)據(jù)中心或中轉(zhuǎn)站。系統(tǒng)最大特點(diǎn)就是基于WSN技術(shù)進(jìn)行信息采集，利用WSN節(jié)點(diǎn)與電表等與用能設(shè)備連接，通過無線自組網(wǎng)方式自動(dòng)采集分散在各處的電、水、氣、冷熱量等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，使用戶隨時(shí)監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)耗能設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)，為今后實(shí)施節(jié)能反饋控制系統(tǒng)的研發(fā)提供基礎(chǔ)，以達(dá)到優(yōu)化能源供應(yīng)、提高能源管理水平、提高能源利用效益、減少能源損耗、節(jié)約能源成本的目的。

11、基于WSN技術(shù)的建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)屬于WSN與節(jié)能的交叉領(lǐng)域，以WSN和計(jì)算機(jī)信息處理為技術(shù)核心，建設(shè)先進(jìn)、功能強(qiáng)大的信息采集處理平臺(tái)。該系統(tǒng)適用于各種既有和新建建筑，系統(tǒng)組網(wǎng)方便，不占空間，無需綜合布線施工，項(xiàng)目實(shí)施快速方便。在各種無線傳感網(wǎng)技術(shù)中，ZigBee的自組網(wǎng)能力以及高容量特性使其非常適合建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用，在節(jié)點(diǎn)分散、數(shù)量眾多、低速率傳輸?shù)哪芎谋O(jiān)測(cè)采集端建設(shè)中，有明顯的優(yōu)勢(shì)，是當(dāng)前最適合建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)募夹g(shù)。除了組網(wǎng)方便、安全、可靠，ZigBee還有低傳輸速率、低功耗、高容量、低成本等特點(diǎn)。ZigBee非常適合有大量終端設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)，如能耗監(jiān)測(cè)、樓宇自動(dòng)化等場(chǎng)合。自組網(wǎng)

12、過程對(duì)某個(gè)能耗監(jiān)測(cè)區(qū)域而言，WSN網(wǎng)絡(luò)包含一個(gè)ZigBee匯聚節(jié)點(diǎn)和若干ZigBee采集節(jié)點(diǎn)。匯聚節(jié)點(diǎn)在通信狀態(tài)下，每隔一段時(shí)間發(fā)送一次時(shí)標(biāo)幀，在匯聚節(jié)點(diǎn)通信范圍內(nèi)的采集節(jié)點(diǎn)在偵聽狀態(tài)下偵聽到匯聚節(jié)點(diǎn)發(fā)送的時(shí)標(biāo)幀，確定匯聚節(jié)點(diǎn)為目標(biāo)父節(jié)點(diǎn)，并在下面的接入狀態(tài)向目標(biāo)父節(jié)點(diǎn)發(fā)送接入請(qǐng)求之后組成一個(gè)WSN網(wǎng)絡(luò)。已經(jīng)接入網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)通過轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)標(biāo)幀，向周圍節(jié)點(diǎn)表明自己的存在，其他未入網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)在偵聽狀態(tài)下，發(fā)現(xiàn)已經(jīng)入網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)并作為自身的目標(biāo)父節(jié)點(diǎn)，然后在接入狀態(tài)下通過這些最先加入網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)作為中繼加入網(wǎng)絡(luò)。依次類推，若干的ZigBee采集節(jié)點(diǎn)和一個(gè)ZigBee匯聚節(jié)點(diǎn)構(gòu)成了WSN網(wǎng)絡(luò)。為了延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間，

13、降低節(jié)點(diǎn)功耗，所有節(jié)點(diǎn)都會(huì)定時(shí)進(jìn)入休眠階段，關(guān)閉射頻收發(fā)器，保持超低功耗工作，最大限度地節(jié)省節(jié)點(diǎn)能量，在定時(shí)器到期后節(jié)點(diǎn)被喚醒恢復(fù)正常工作狀態(tài)并開啟射頻收發(fā)器。WSN網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點(diǎn)定時(shí)在通信階段和休眠階段交替工作，以保證網(wǎng)絡(luò)的生存時(shí)間要求和通信要求。各WSN網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)再通過無線網(wǎng)由將采集數(shù)據(jù)推送到數(shù)據(jù)中心進(jìn)行分析處理。WSN實(shí)時(shí)優(yōu)勢(shì)1）內(nèi)網(wǎng)組網(wǎng)靈活，可隨時(shí)增加或減少傳感節(jié)點(diǎn)；2）無需綜合布線，減少工程量與布線成本、提高安裝速度；3）與多種通信主干網(wǎng)融合，方便用戶實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控；4）WSN端機(jī)體積小、功耗低，價(jià)格低；5）根據(jù)WSN協(xié)議自動(dòng)組成通訊內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)；6）系統(tǒng)易于維護(hù)，任意節(jié)點(diǎn)的故障不會(huì)影響系

14、統(tǒng)工作；7）具有本地?cái)?shù)據(jù)存儲(chǔ)功能，確保數(shù)據(jù)完整性；8）減少建立建筑能耗及環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所帶來的施工量以及綜合布線對(duì)環(huán)境的影響，減少投資和工期，特別適用于既有建筑和設(shè)施。設(shè)備改造方式如果用戶已有電表、水表等，且?guī)в?85口，則可直接接入采集器，如已有儀表不支持485口，則需要改造和更換設(shè)備。每戶的總表最后統(tǒng)一為帶485口的多功能表，外接帶無線傳感模塊的采集器，可以每15分鐘上送一次電量、電壓、電流、功率因素等數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集頻率可根據(jù)具體需要靈活設(shè)置，數(shù)據(jù)采集頻率可在15分鐘/次到1小時(shí)/次之間調(diào)整。設(shè)備改造原則：在一定投資成本和不改動(dòng)已有配電線路前提下，以最大程度地獲得能耗公示需求數(shù)據(jù)為目標(biāo)，在既

15、有配電支路上無拆換、無干擾方式安裝。成果及應(yīng)用實(shí)例建筑所必須的電梯動(dòng)力、照明、空調(diào)、消防、通風(fēng)、高低壓配電等用能信息的傳遞是建筑節(jié)能和工業(yè)節(jié)能的基礎(chǔ)，高效實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能信息化的關(guān)鍵問題之一是解決這些信息的傳輸問題。在建筑大樓中，特別是既有建筑，遇到的最大問題是需要綜合布線，工程量大、成本高昂、對(duì)大樓環(huán)境具有破壞性。因此對(duì)建筑大樓最佳的信息傳遞方式是通過無線方式，統(tǒng)的GSM、WLAN、SCADA等無線系統(tǒng)*LU-)存在功耗高、設(shè)備和運(yùn)行成本高、組網(wǎng)不靈活等局限，而無線傳感網(wǎng)技術(shù)正是解決這一難題的最佳解決方案。基于無線傳感網(wǎng)技術(shù)開發(fā)的建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。系統(tǒng)的特點(diǎn)是基于無線傳感網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行信息的采集和傳輸，一方面無線傳感網(wǎng)節(jié)點(diǎn)自身采集溫度參數(shù)，另一方面它們與各種用能設(shè)備連接，通過無線自組網(wǎng)方式自動(dòng)采集分散在各地的電、水、冷、暖等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，使用戶能隨時(shí)監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)耗能設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)，并且通過數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理實(shí)施能耗診斷、能耗評(píng)估和能耗改造。該系統(tǒng)已成功應(yīng)用于上海浦東圖