摘要：鑒于國內(nèi)高能耗建筑缺乏有效的能源監(jiān)測系統(tǒng)，提出了基于物聯(lián)網(wǎng)技術的可視化建筑能耗和環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)方案，提出了平臺結構，詳細介紹了平臺的配置和系統(tǒng)的特點。

關鍵詞：建筑能耗；環(huán)境監(jiān)測；節(jié)能；物聯(lián)網(wǎng)；

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(chǎn)業(yè)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(xiàn)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(yè)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(xiàn)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(fā)達國家新建建筑的3倍以上。據(jù)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(jù)統(tǒng)計，建筑能耗在我國能源總消費中的比例已達27%．6％，發(fā)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，國家辦公樓和大型公共建筑的高能耗問題日益突出。據(jù)統(tǒng)計，國家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(zhèn)總用電量的22%。以北京為例，[3]據(jù)調(diào)查，在北京機構的能源消費中，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(xiàn)有數(shù)據(jù)不能滿足能源消耗分析的需要，不能及時準確地發(fā)現(xiàn)能源消耗問題。為了更好地開展大型公共建筑節(jié)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(huán)境分析發(fā)現(xiàn)建筑能源問題，為未來的節(jié)能管理和節(jié)能改造提供依據(jù)，建筑能源消耗和環(huán)境監(jiān)測管理系統(tǒng)在這個過程中發(fā)揮著關鍵作用。

2系統(tǒng)概述

基于物聯(lián)網(wǎng)技術的建筑能耗和環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測建筑能耗中的電、水、氣、熱、冷五種能源系統(tǒng)，并結合建筑內(nèi)部環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)分析能耗數(shù)據(jù)。現(xiàn)場總線的技術應用（modbus）該儀器實現(xiàn)了基于泛在無線傳感網(wǎng)的五種能源系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集，采用泛在無線傳感網(wǎng)的數(shù)據(jù)采集(UNIT)探測器實現(xiàn)環(huán)境參數(shù)監(jiān)測，采用工業(yè)數(shù)據(jù)庫和組態(tài)軟件實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的總結和分析。系統(tǒng)結構如圖1所示。

該系統(tǒng)包括能耗監(jiān)測和環(huán)境監(jiān)測兩部分。其中，能耗監(jiān)測按能源類別分類進行監(jiān)測、統(tǒng)計和數(shù)據(jù)分析，分為電、水、氣、熱、冷五類；其中，電分為兩級監(jiān)測、電①級別分項：照明插座用電、空調(diào)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(diào)用電包括冷熱站用電和空調(diào)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(jiān)測。環(huán)境監(jiān)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(tǒng)平臺建設

該系統(tǒng)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(shù)據(jù)采集、開關狀態(tài)監(jiān)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(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要采用分層分布式計算機網(wǎng)絡結構，一般分為三層：站控管理層、網(wǎng)絡通信層和現(xiàn)場設備層。

站控管理層；網(wǎng)絡通訊層；現(xiàn)場設備層層；

2.2系統(tǒng)主要部件技術性能指標

數(shù)據(jù)采集器；電力采集系統(tǒng)；水量采集系統(tǒng)；氣量采集系統(tǒng)；制熱采集系統(tǒng)；

制冷量采集系統(tǒng)；環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)；數(shù)據(jù)房及監(jiān)測系統(tǒng)；

3系統(tǒng)特點

針對現(xiàn)代建筑能耗和環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測點數(shù)量大、密集、布線復雜的特點，提出了基于物聯(lián)網(wǎng)技術的可視化建筑能耗和環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)解決方案。通過構建基于無線傳感網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡系統(tǒng)，開發(fā)具有能耗管理和節(jié)能策略分析功能的軟件平臺，實現(xiàn)建筑能耗和室內(nèi)環(huán)境的可視化監(jiān)測和管理。該系統(tǒng)的優(yōu)點是：

基于物聯(lián)網(wǎng)技術，對建筑能耗和建筑環(huán)境系統(tǒng)進行統(tǒng)一監(jiān)測，根據(jù)建筑環(huán)境分析建筑能耗狀態(tài)，得出能耗系統(tǒng)的綜合評價，優(yōu)化能源配置。

監(jiān)測系統(tǒng)傳感層采用無線傳感技術建立無線傳感網(wǎng)絡，可大大減少接線工作或無接線，不改造現(xiàn)有能耗設備，工程安裝維護簡單方便。減少建筑能耗和環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的建設和綜合接線對環(huán)境的影響，減少投資和工期，特別適用于現(xiàn)有建筑和設施。

該系統(tǒng)采用模塊化結構，結構簡單，擴展功能強，可以方便地滿足用戶未來的需求。內(nèi)部網(wǎng)絡網(wǎng)絡靈活，可隨時增加或減少傳感節(jié)點系統(tǒng)的維護，任何節(jié)點的故障都不會影響系統(tǒng)的工作。

使用智能終端可以通過GPRS或互聯(lián)網(wǎng)進行遠程管理和監(jiān)控。同時具有本地數(shù)據(jù)存儲功能，保證數(shù)據(jù)完整性。

建筑能耗和環(huán)境監(jiān)測實現(xiàn)可視化管理，能耗分析報告自動生成，能耗報告自動打印，操作管理方便。

該系統(tǒng)將建筑能耗監(jiān)測與建筑環(huán)境監(jiān)測有效結合，實現(xiàn)能源優(yōu)化配置；無線網(wǎng)絡模式和模塊化結構結構簡單，網(wǎng)絡方便，施工改造方便；可視化界面為維護管理人員提供了更方便的操作管理模式，易于推廣，是建設綠色節(jié)能建筑的有效途徑。項目的應用可以大大提高建筑能源利用效率，有效緩解當前能源緊張的壓力，具有廣闊的市場前景和良好的經(jīng)濟效益，對緩解國家能源短缺，實現(xiàn)節(jié)能減排溫室氣體規(guī)劃目標，促進國民經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展具有重要而深遠的意義。

4安科瑞建筑能耗分析系統(tǒng)

4.1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）量的集中采集和分析。通過對用戶端所有能耗的細分和統(tǒng)計，將各種能源的消耗情況以直觀的數(shù)據(jù)和圖表顯示給管理者或決策層，便于找出高能耗點或不合理的能耗習慣，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)支持。用戶可按照國家有關規(guī)定實施能源計算，分析現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)問題，挖掘節(jié)能潛力，提出切實可行的節(jié)能措施，并向縣級以上節(jié)能管理部門報送能源計算報告。

4.2應用場所

系統(tǒng)設計、施工、運維，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)測和管理。

4.3系統(tǒng)功能

系統(tǒng)概況；能源使用概況；能源使用統(tǒng)計；復費率統(tǒng)計；同比分析；能源流向圖；夜間能耗分析；設備管理；用戶報告

5系統(tǒng)硬件配置

參考文獻

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[2]李國勇．智能控制及其Matlab實現(xiàn)[M]．北京:電子工業(yè)出版社,2005.

[3]賈正源，牛曉東．電力負荷預測的遺傳神經(jīng)網(wǎng)絡模型研究[J]．運籌與管理，2000，9（2）.

[4]周巧儀，崔富義，謝路建.筑能耗與環(huán)境監(jiān)測管理系統(tǒng)的研究[J].

[5]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2022.05版.