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摘要:文章分析了智能建筑的能耗监(jiān)测系统(tǒng)建设(shè)和应用现(xiàn)状，并对存在的问题和原因进行简要分析，在此基础(chǔ)上探討一种基于物联(lián)网(wǎng)的智能建筑能耗监(jiān)测系统(tǒng)架构(gòu)参考模型，以期实现(xiàn)楼字中电力能源需求侧(cè)和供求侧(cè)的智能联(lián)动运行。

关(guān)键词:智能建筑；能耗监(jiān)测；物联(lián)网(wǎng)

0引言

智能建筑，主要指以建筑物为平臺，基于对各类智能化信息的综合应用，集架构(gòu)、系统(tǒng)、应用、管理及*化组合为一体，具有感知、传输、记忆、推理、判断和决策的综合智慧能力，形成以人、建筑、环(huán)境互为协(xié)调(diào)的整合体为人们提供安全、有效、便利及可持续(xù)发(fā)展功能环(huán)境的建筑,智能建筑从具体建设(shè)实施方面，主要分为建筑安全与安防绿色和节(jié)能、有效和便捷三大类应用。

本文主要从绿色和节(jié)能角度出发(fā)，分析智能建筑能耗监(jiān)测系统(tǒng)的应用现(xiàn)状及存在的不足，并给出一种基于物联(lián)网(wǎng)技术(shù)建设(shè)建筑能耗监(jiān)测管理系统(tǒng)建设(shè)思路，以期探討实现(xiàn)楼宇中电力能源需求侧(cè)和供求侧(cè)的智能联(lián)动运行，推动智能电网(wǎng)广泛应用发(fā)展。

1智能建筑能耗监(jiān)测现(xiàn)状及问题分析

1.1智能建筑能耗监(jiān)测现(xiàn)状分析

在人类生產(chǎn)活动中，各种资源的消耗，如水、电、煤石油、**气等，其中一个重要场所就是楼宇建筑內(nèi)，包括居民小区(qū)、办公楼、旅馆、餐厅食堂、医(yī)院等，其能源消耗在整个社会能耗占有很大的比例，并且隨著城镇(zhèn)化高速发(fā)展，比例逐年上升。

在我国，现(xiàn)阶段楼宇建筑能耗管理系统(tǒng)通常由BAS(建筑自动化系统(tǒng))系统(tǒng)来实现(xiàn)的。BAS系统(tǒng)可以根据(jù)设(shè)置好的程序?qū)﹄娏Α⒄彰鳌⒖照{(diào)等动力设(shè)备进行智能化的运行调(diào)节(jié)从而达到有效节(jié)能的目的。目前**大中型公共及商业(yè)建筑基本配置了BAS系统(tǒng)，然而实际应用中大部分建筑BAS系统(tǒng)仅仅作为设(shè)备状態(tài)监(jiān)视和自动控制使用，较少能够达到节(jié)能目標的系统(tǒng)，楼宇能效智能化监(jiān)测管理不足。

1.2所存在的问题及原因分析

目前智能建筑的能耗监(jiān)测及管理，主要存在以下三个问题。

1.2.1缺乏建筑大规(guī)模联(lián)网(wǎng)监(jiān)测

早在2008年，机关(guān)和大型公共建筑的能耗监(jiān)测系统(tǒng)作了具体规(guī)范。目前，**不少城市也建立了大型公共建筑能耗监(jiān)测平臺，对重要建筑能耗进行实时监(jiān)测，并通过能耗统(tǒng)计能源计量、能效公示、用能定额和超定额加价等制度，促使办公建筑和大型公共建筑提高节(jié)能运行管理水平。但目前的建筑能耗监(jiān)测平臺所覆盖的范围远远不够，尤其一此大型的办公楼、商业(yè)综合体等商业(yè)建筑，其BAS系统(tǒng)往往服务于单个大楼和物业(yè)，由于设(shè)备接口不统(tǒng)一、缺乏统(tǒng)一数(shù)据(jù)规(guī)范等技术(shù)或经(jīng)济原因，无法接入统(tǒng)一的建筑能耗监(jiān)测平臺。

1.2.2缺乏建筑能耗大数(shù)据(jù)的统(tǒng)计分析

由于缺乏建筑能耗的大规(guī)模联(lián)网(wǎng)监(jiān)测，无法形成有效的区(qū)域建筑能耗大数(shù)据(jù)采集和分析;建筑运行系统(tǒng)復杂而庞大，建筑能源数(shù)据(jù)管理混乱，不同系统(tǒng)数(shù)据(jù)之间缺乏有效沟通与对比。眾所周知，只有当数(shù)据(jù)积累到一定量后，才可以从中进行大数(shù)据(jù)分析，找出海量数(shù)据(jù)中隱藏的有价值信息和运行规(guī)律，进而为建筑设(shè)备的节(jié)能*化运行提供模型和数(shù)据(jù)参考。

1.2.3缺少与智能电网(wǎng)输电、配电侧(cè)的联(lián)动

统(tǒng)一的建筑能耗监(jiān)测系统(tǒng)，由于覆盖范围大，通常是以一个城市为主体，使得系统(tǒng)的建设(shè)成本高，投资大。目前在我国具有一定区(qū)域规(guī)模的建筑能耗监(jiān)测系统(tǒng)主要由**部门对重要公共建筑用能进行监(jiān)督。建筑用电侧(cè)与电力供应侧(cè)的发(fā)电、配电等环(huán)节(jié)缺乏有效的数(shù)据(jù)和系统(tǒng)联(lián)动在目前智能电网(wǎng)及能源互联(lián)网(wǎng)的建设(shè)背景下，建筑能耗作为需求侧(cè)管理的重要一环(huán)，需要纳入智能电网(wǎng)的系统(tǒng)建设(shè)中进行统(tǒng)一规(guī)划和建设(shè)。

2基于物联(lián)网(wǎng)的智能建筑能耗监(jiān)测系统(tǒng)

隨著物联(lián)网(wǎng)、大数(shù)据(jù)和云计算等新兴技术(shù)的发(fā)展，使得建筑能耗的大规(guī)模设(shè)备联(lián)网(wǎng)运行、海量数(shù)据(jù)采集、传输和分析从技术(shù)上恋得可能，无论从数(shù)据(jù)的存储设(shè)备还是高性能计算服务，使得系统(tǒng)部署的成本越来越低。本文正是探討一种基于物联(lián)网(wǎng)的建筑能耗监(jiān)测系统(tǒng)架构(gòu)模型，以期为相关(guān)研发(fā)建设(shè)与智能电网(wǎng)应用提供助力。

2.1系统(tǒng)参考模型

物联(lián)网(wǎng)是通过多个具备感知能力的传感设(shè)备，按约定的协(xié)议形成自组织、智能化的传感器网(wǎng)络，再通过智能化的计算和互联(lián)技术(shù)的支撑，实现(xiàn)信息的匯聚、整合、共享与智能处理。鉴于目前智能楼宇的感知、传输和记忆技术(shù)已经(jīng)相对完善，在物联(lián)网(wǎng)三层模型(感知层、传输层、应用层)基础(chǔ)上，建议引入接入层和平臺层概念，形成基于物联(lián)网(wǎng)的智能建筑能耗监(jiān)测系统(tǒng)五层模型架构(gòu)。系统(tǒng)架构(gòu)初步设(shè)想如图1所示。

2.2系统(tǒng)组成

系统(tǒng)自下而上由设(shè)备层、接入层、传输层、平臺层和应用层五个层次组成。其中:

设(shè)备层:由水、电、气等各种智能能量采集设(shè)备组成主要完成建筑能耗数(shù)据(jù)的采集和上传。同时智能设(shè)备还可以具备一定的控制功能，可以实现(xiàn)对用能设(shè)备运行的控制和调(diào)节(jié)。设(shè)备层设(shè)备通常是不同厂家采用不同的协(xié)议，主流的协(xié)议包括kNX、Modbus、BACnet、PLC、Zigbee等有线及无线协(xié)议。

接入层:接入层主要是智能建筑物联(lián)网(wǎng)网(wǎng)络协(xié)调(diào)设(shè)备，该设(shè)备主要完成底层各种通信协(xié)议设(shè)备数(shù)据(jù)的集中接入、协(xié)议统(tǒng)一转(zhuǎn)换，实现(xiàn)能耗数(shù)据(jù)的规(guī)范化。接入层网(wǎng)络协(xié)调(diào)器作为边缘计算设(shè)备，具备一定的数(shù)据(jù)存储和计算能力。

传输层:传输层包括有线通信和无线通信。其中有线通信技术(shù)包括中长距离的广域网(wǎng)终(如各种宽带网(wǎng)终)和短距离的现(xiàn)场总线:无线通信层分为长距离的无线网(wǎng)络(如LORA、NBIOT、3G/4G/5G)、中短距离的无线局城网(wǎng)(WiFi)、超短距离的无线局域网(wǎng)(如Zigbee)。通过有线及无线方式，完成数(shù)据(jù)到存储盘的传输。

平臺层:平臺层主要提供智能建筑能耗数(shù)据(jù)的统(tǒng)一处理、分析，为上层应用程序以及其他业(yè)务系统(tǒng)提供数(shù)据(jù)调(diào)用访问的接口。平臺除具备设(shè)备接入、设(shè)备管理、规(guī)则引擎权(quán)限及安全管理等基础(chǔ)功能外，还可提供大数(shù)据(jù)分析、人工智能等服务组件，为上层应用提供大数(shù)据(jù)分析挖掘等高性能海量数(shù)据(jù)处理服务。

应用层:应用层调(diào)用平臺层提供的数(shù)据(jù)、逻辑等元素通过图像、表格、影像等方式对建筑能耗数(shù)据(jù)进行可视化管理。通过采集到的楼宇环(huán)境温湿度和水、电、空气、空调(diào)等能耗数(shù)据(jù)，准確地掌握楼寧能耗的分布情况、具体特点及通过能耗数(shù)据(jù)的分析，及时地掌握能耗浪费、能源流失情况建立大楼能效模型，为提高楼宇的节(jié)能提供决策依据(jù)。同时，对楼宇中的高功率电器材如空调(diào)、电视、电脑微波炉等进行电量能耗采集，准確实时地了解用户的能耗数(shù)据(jù)，发(fā)现(xiàn)用户的用能习惯，制定供能方案，调(diào)整供能策略减少不必要的能源浪费，实现(xiàn)因地制宜的节(jié)能降耗措施。应用层应对上提供开口接口，支持同能源供应企业(yè)综合能源服务商侧(cè)的调(diào)度系统(tǒng)、能源管理系统(tǒng)开展建筑用能评估*化等服务和系统(tǒng)对接，更大程度发(fā)挥数(shù)据(jù)价值，创(chuàng)造经(jīng)济效益。

2.3其他建议

国家工业(yè)互联(lián)网(wǎng)解析节(jié)点以便于系统(tǒng)及设(shè)备间的互联(lián)互通;同时制定扶持奖励政策鼓励各商业(yè)建筑楼宇积*接入能耗监(jiān)测平臺，开展建筑能耗数(shù)据(jù)的共享，充分挖掘建筑能耗数(shù)据(jù)的经(jīng)济价值和社会效益。

3安科瑞建筑能耗分析系统(tǒng)

3.1概述

Acrel-5000web建筑能耗分析系统(tǒng)是用户端能源管理分析系统(tǒng)，在电能管理系统(tǒng)的基础(chǔ)上增加了对水、气、煤、油、热(冷)量等集中采集与分析，通过对用户端所有能耗进行细分和统(tǒng)计，以直观的数(shù)据(jù)和图表向管理人员或决策层展示各类能源的使用消耗情况，便于找出高耗能点或不合理的耗能习惯，有效节(jié)约能源，为用户进一步节(jié)能改造或设(shè)备升*提供准確的数(shù)据(jù)支撑。用户可按照国家有关(guān)规(guī)定实施能源计算，分析现(xiàn)状，查找问题，挖掘节(jié)能潜力，提出切实可行的节(jié)能措施，并向县*以上管理节(jié)能工作的部门报送能源计算报告。

3.2应用场所

適用于公共建筑、集团公司、工业(yè)园区(qū)、大型物业(yè)、学校、医(yī)院、企业(yè)等不同行业(yè)的能耗监(jiān)测与管理的系统(tǒng)设(shè)计、施工和运行维护。

3.3系统(tǒng)功能

3.3.1系统(tǒng)概况

平臺运行状態(tài)，当月能耗折算、地图导航，各能耗逐时、逐月曲线，当日，当月能耗同比分析滚动显示。

3.3.2用能概况

对建筑、部门、区(qū)域、支路、分类分项等用能进行对比，支持当日逐时趋势、当月逐日趋势曲线、分时段能耗统(tǒng)计对比、总能耗同环(huán)比对比。

3.3.3用能统(tǒng)计

对建筑、区(qū)域、分项、支路等结(jié)构(gòu)按日、月、年报表的形式统(tǒng)计对分类能源用能进行统(tǒng)计，支持报表数(shù)据(jù)导出EXCEL，支持选择建筑数(shù)据(jù)进行生成柱状图。

3.3.4復费率统(tǒng)计

復费率报表按日、月、年统(tǒng)计对单栋建筑下不同支路的尖、峰、平、谷用电量及成本费用进行统(tǒng)计分析。支持数(shù)据(jù)导出到EXCEL。

3.3.5同比分析

对建筑、分项、区(qū)域、支路等用能按日、月、年以图形和报表结(jié)合的方式进行用能数(shù)据(jù)同比分析。

3.3.6能源流向图

能源流向图展示单栋建筑选择时段內(nèi)各类能源从源头到末端的的能源流向，支持按原始值和折標值查看。

3.3.7夜间能耗分析

夜间能耗以表格、曲线、饼图等形式对选择支路分类能源在选择时段工作时间与非工作时间用能统(tǒng)计对比，支持导出报表。

3.3.8设(shè)备管理

设(shè)备管理包括，设(shè)备类型、设(shè)备臺账、维保记录等功能。辅助用户合理管理设(shè)备，確保设(shè)备的运行。

3.3.9用户报告

用户报告针对选定的建筑自动统(tǒng)计各能源的月使用的同环(huán)比趋势，并提供简单的能耗分析结(jié)果，针对用电提供单独的復费率用能分析，报告可编辑。

4.系统(tǒng)硬件配置