基于智能網(wǎng)關(guān)校園電能能耗監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用
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摘 要：國家提出了全社會節(jié)能減排的戰(zhàn)略舉措，節(jié)約型校園的建設(shè)是實現(xiàn)這一舉措的重要內(nèi)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(wǎng)關(guān)的能耗監(jiān)測系統(tǒng)的建設(shè)方法，并給出了系統(tǒng)的具體建設(shè)實施方法，具有一定的理論價值和實際工程意義。
關(guān)鍵詞：節(jié)能校園；智能網(wǎng)關(guān)；能耗監(jiān)測
0 引言
隨著近幾年來招生規(guī)模的擴(kuò)大，能源開支占學(xué)校運營成本的比重也會越來越大。在學(xué)習(xí)和借鑒國內(nèi)外理念、管理經(jīng)驗及技術(shù)體系的基礎(chǔ)上，強(qiáng)化對學(xué)校的水、電等能耗進(jìn)行精細(xì)化管理將會大幅度降低學(xué)校運營成本、建設(shè)綠色校園，落實節(jié)能減排工作任務(wù)指導(dǎo)學(xué)?；A(chǔ)設(shè)施建設(shè)、能耗監(jiān)管平臺建設(shè)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(shè)計
節(jié)約型校園建筑能耗實時監(jiān)管平臺的建設(shè)以有線Internet網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的建筑能耗統(tǒng)計技術(shù)。系統(tǒng)由命令接收/發(fā)送服務(wù)器、數(shù)據(jù)接收/發(fā)送服務(wù)器、數(shù)據(jù)處理服務(wù)器、信息展示服務(wù)器、防火墻、防病毒、文件存儲/數(shù)據(jù)備份服務(wù)器、監(jiān)控工作站、變送器、中繼器、前端傳感器、網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換器、UPS電源、通訊電纜與建筑能耗實時監(jiān)測軟件等構(gòu)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(jié)構(gòu)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)中心。見圖2能耗數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關(guān)應(yīng)用拓?fù)鋱D。
2.1數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)設(shè)置
智能能源網(wǎng)關(guān)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(shè)備構(gòu)成完整的能耗監(jiān)測與管理信息系統(tǒng)。智能能源網(wǎng)關(guān)負(fù)責(zé)主動與每一終端電表進(jìn)行數(shù)據(jù)通信(抄表)并存儲數(shù)據(jù)網(wǎng)。定時或?qū)崟r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(wù)器中，并對這此數(shù)據(jù)分析處理。將結(jié)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(shè)置
包括照明插座用電、空調(diào)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(nèi)設(shè)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(yīng)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(nèi)設(shè)備。走廊和應(yīng)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(shè)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(diào)用電是為建筑物提供空調(diào)、采暖服務(wù)的設(shè)備用電的統(tǒng)稱。空調(diào)用電包括冷熱站用電、空調(diào)末端用電，共2個子項。冷熱站是空調(diào)系統(tǒng)中制備、輸配冷量的設(shè)備總稱?？照{(diào)末端是指可單獨測量的所有空調(diào)系統(tǒng)末端，包括全空氣機(jī)組、新風(fēng)機(jī)組、空調(diào)區(qū)域的排風(fēng)機(jī)組、風(fēng)機(jī)盤管和分體式空調(diào)器等。
動力用電是集中提供各種動力服務(wù)(包括電梯、非空調(diào)區(qū)域通風(fēng)、生活熱水、自來水加壓、排污等)的設(shè)備(不包括空調(diào)采暖系統(tǒng)設(shè)備)用電的統(tǒng)稱。動力用電包括電梯用電、水泵用電、通風(fēng)機(jī)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(shè)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(shè)備。特殊用電包括信息中心、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(guān)行業(yè)智能儀表標(biāo)準(zhǔn)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(jié)構(gòu)的半雙工通信方式。從機(jī)在主機(jī)的請求命令下應(yīng)答數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)是通信主機(jī)，計量裝置是通信從機(jī)。
在進(jìn)行樓內(nèi)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(jìn)行連接當(dāng)連線距離小于50m時，采用屏敲線連接;當(dāng)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(jìn)行I/0模塊的接，使有效傳輸距離達(dá)到1200m。當(dāng)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(jìn)行連接。在項目布線中為確保監(jiān)測數(shù)據(jù)的獨立性，能耗數(shù)據(jù)遠(yuǎn)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(gòu)造獨立布置能耗數(shù)據(jù)遠(yuǎn)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)中心傳輸子系統(tǒng)組成。數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)負(fù)責(zé)對建筑內(nèi)電能或其它能耗信息進(jìn)行采集。它通過信道對其管轄的各類表計的信息進(jìn)行采集、處理和存儲，并通過遠(yuǎn)程信道與數(shù)據(jù)中心交換數(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(nèi)監(jiān)測建筑的能耗數(shù)據(jù)。完整轉(zhuǎn)發(fā)給上一級數(shù)據(jù)中心。計量裝置和數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)之間應(yīng)采用符合各相關(guān)行業(yè)智能儀表標(biāo)準(zhǔn)的各種有線或無線物理接口，數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)應(yīng)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)中心應(yīng)使用專線方式接人傳輸網(wǎng)絡(luò)，并具有固定IP地址或者網(wǎng)絡(luò)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(chǔ)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(jìn)行細(xì)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(xí)慣，有效節(jié)約能源，為用戶進(jìn)一步節(jié)能改造或設(shè)備升提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐。用戶可按照國家有關(guān)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，并向縣以上管理節(jié)能工作的部門報送能源計算報告。
5.2應(yīng)用場所
適用于公共建筑、集團(tuán)公司、工業(yè)園區(qū)、大型物業(yè)、學(xué)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(shè)計、施工和運行維護(hù)。
5.3系統(tǒng)功能
5.3.1系統(tǒng)概況
平臺運行狀態(tài)，當(dāng)月能耗折算、地圖導(dǎo)航，各能耗逐時、逐月曲線，當(dāng)日，當(dāng)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(jìn)行對比，支持當(dāng)日逐時趨勢、當(dāng)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(jié)構(gòu)按日、月、年報表的形式統(tǒng)計對分類能源用能進(jìn)行統(tǒng)計，支持報表數(shù)據(jù)導(dǎo)出EXCEL，支持選擇建筑數(shù)據(jù)進(jìn)行生成柱狀圖。
5.3.4復(fù)費率統(tǒng)計
復(fù)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(jìn)行統(tǒng)計分析。支持?jǐn)?shù)據(jù)導(dǎo)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(jié)合的方式進(jìn)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(nèi)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(biāo)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(dǎo)出報表。
5.3.8設(shè)備管理
設(shè)備管理包括，設(shè)備類型、設(shè)備臺賬、維保記錄等功能。輔助用戶合理管理設(shè)備，確保設(shè)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(jié)果，針對用電提供單獨的復(fù)費率用能分析，報告可編輯。
6.系統(tǒng)硬件配置
應(yīng)用場景 | 型號 | 圖 片 | 保護(hù)功能 |
建筑能耗管理系統(tǒng) | Acrel-5000web |
| 采用泛在物聯(lián)、云計算、大數(shù)據(jù)、移動通訊、智能傳感等技術(shù)手段可為用戶提供能源數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)計分析、能效分析、用能預(yù)警、設(shè)備管理等服務(wù)，平臺可以廣泛應(yīng)用于多種域。 |
智能網(wǎng)關(guān) | ANet-1E2S1 |
| 采用嵌入式硬件計算機(jī)平臺，具有多個下行通信接口及一個或者多個上行網(wǎng)絡(luò)接口，作為信息采集系統(tǒng)中采集終端與平臺系統(tǒng)間的橋梁，能夠根據(jù)不同的采集規(guī)約進(jìn)行水表、氣表、電表、微機(jī)保護(hù)等設(shè)備終端的數(shù)據(jù)采集匯總，并使用相應(yīng)的規(guī)約轉(zhuǎn)發(fā)現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)據(jù)給平臺系統(tǒng)。 |
高壓重要回路或低壓進(jìn)線柜 | APM810 |
| 具有全電量測量，電能統(tǒng)計，電能質(zhì)量分析及網(wǎng)絡(luò)通訊等功能，主要用于對電網(wǎng)供電質(zhì)量的綜合監(jiān)控診斷及電能管理。該系列儀表采用了模塊化設(shè)計，當(dāng)客戶需要增加開關(guān)量輸入輸出，模擬量輸入輸出，SD卡記錄，以太網(wǎng)通訊時，只需在背部插入對應(yīng)模塊即可。 |
APM520 |
| 三相全電量測量，2-63次諧波，不平衡度，支持付費率，越限告警，SOE,4-20mA輸出。 | |
低壓聯(lián)絡(luò)柜、出線柜 | AEM96 |
| 三相多功能電能表，均集成三相電力參數(shù)測量及電能計量及考核管理，提供上24時、上31日以及上12月的電能數(shù)據(jù)統(tǒng)計。具有63次分次諧波與總諧波含量檢測，帶有開關(guān)量輸入和繼電器輸出可實現(xiàn)“遙信”和“遙控”功能，并具備告警輸出，可廣泛應(yīng)用于多種控制系統(tǒng)，SCADA系統(tǒng)和能源管理系統(tǒng)中。 |
動力柜 | ACR120EL |
| 測量所有的常用電力參數(shù)，如三相電流、電壓，有功、無功功率，電度，諧波等，并具備完善的通信聯(lián)網(wǎng)功能，非常適合于實時電力監(jiān)控系統(tǒng)。 |
DTSD1352 |
| DIN35mm導(dǎo)軌式安裝結(jié)構(gòu)，體積小巧，能測量電能及其他電參量，可進(jìn)行時鐘、費率時段等參數(shù)設(shè)置，精度高、可靠性好、性能指標(biāo)符合國標(biāo)GB/T17215-2002、GB/T17883-1999和電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T614-2007對電能表的各項技術(shù)要求，并且具有電能脈沖輸出功能；可用RS485通訊接口與上位機(jī)實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。 | |
AEW100 |
| 三相全電量測量，剩余電流、2-63次諧波，支持付費率，量值、電纜溫度，可選2G/4G通訊。 |
照明箱 | DTSD1352 |
| DIN35mm導(dǎo)軌式安裝結(jié)構(gòu)，體積小巧，能測量電能及其他電參量，可進(jìn)行時鐘、費率時段等參數(shù)設(shè)置，精度高、可靠性好、性能指標(biāo)符合國標(biāo)GB/T17215-2002、GB/T17883-1999和電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T614-2007對電能表的各項技術(shù)要求，并且具有電能脈沖輸出功能；可用RS485通訊接口與上位機(jī)實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。 |
DDSD1352 |
| DDSD1352單相電子式電能表主要用于計量低壓網(wǎng)絡(luò)的單相有功電能，同時可測量電壓、電流、功率等電量，具有紅外通訊功能，并可選配RS485通訊功能，方便用戶進(jìn)行用電監(jiān)測、集抄和管理?？伸`活安裝于配電箱內(nèi)，實現(xiàn)對不同區(qū)域和不同負(fù)荷的分項電能計量，統(tǒng)計和分析。 | |
DDS1352 |
| 單相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，正反向電能計量，紅外及RS485通訊，電流規(guī)格10（60）A，有功電能精度1。無功精度2，尺寸:1P | |
ADW300/4G |
| 計量低壓網(wǎng)絡(luò)的三相有功電能，具有RS485通訊和470MHz無線通訊功能，方便用戶進(jìn)行用電監(jiān)測、集抄和管理?？伸`活安裝于配電箱內(nèi)，實現(xiàn)對不同區(qū)域和不同負(fù)荷的分項電能計量，統(tǒng)計和分析。 | |
ARCM300T-Z-4G |
| 三相全電量測量，剩余電流、2-63次諧波，支持付費率，量值、電纜溫度，可選2G/4G通訊。 | |
給水管道 | 水表 |
| 計量流經(jīng)給水管道用水的體積總量，適用于單向水流，采用電子直讀技術(shù)，通過RS485總線直接輸出表盤數(shù)據(jù)。 |
7結(jié)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(shè)的實施過程.從總體上對監(jiān)測平臺系統(tǒng)構(gòu)成進(jìn)行介紹,并對數(shù)據(jù)的傳輸、采集點的設(shè)置等進(jìn)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(shè)中的作用，還可擴(kuò)展為其他建筑的能耗監(jiān)測平臺,具有一定的推廣價值。
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