智能建筑能耗監(jiān)測(cè)平臺(tái)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

智能建筑能耗監(jiān)測(cè)平臺(tái)設(shè)計(jì)與應(yīng)用*

孫恒1,2韓成浩1,3

(1:吉林建筑大學(xué)城建學(xué)院,長(zhǎng)春130111;2:吉林建筑大學(xué)電氣與電子信息學(xué)院,長(zhǎng)春130118;

3:吉林省智能建筑系統(tǒng)集成與節(jié)能控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,長(zhǎng)春130118)

摘要：本系統(tǒng)采用RS-485總線式數(shù)據(jù)采集方式,利用Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)與網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、智能化通訊技術(shù)結(jié)合,實(shí)現(xiàn)對(duì)大型公共建筑的用電、用水、用氣及用熱等能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的采集傳輸和分析.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確,快速采集各項(xiàng)能耗數(shù)據(jù),為有效管理和控制能耗提供重要的技術(shù)支撐.

關(guān)鍵詞：公共建筑；能耗監(jiān)測(cè)；數(shù)據(jù)傳輸；Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)

收稿日期：2014-11-12.

作者簡(jiǎn)介：孫恒(1984~),女,吉林省長(zhǎng)春市人，實(shí)驗(yàn)師，碩士.

基金項(xiàng)目：*吉林省科技廳重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目(20130206090SF);長(zhǎng)春市科技局物聯(lián)網(wǎng)重大科技專項(xiàng)(11KZ26);長(zhǎng)春市科技局科技基礎(chǔ)條件與平臺(tái)建設(shè)專項(xiàng)(12ZX56).

中圖分類號(hào)：TU 110文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

The Design and Application of the Monitoring Platform for Intelligent Building Energy Consumption

SUN Heng1,2，HAN Cheng-hao1,3

(1:CityCollegeofJilinJianzhuUniversity,Changchun,China130111;

2:SchoolofElectricalandElectronicInformation,JilinJianzhuUniversity,Changchun,China130118;

3:JilinProvincialLaboratoryofIntelligentBuildingSystem-Energy’sIntegrationandConservation,Changchun,China130118)

Abstract：This system applies the RS-485 way of collecting data,combines Oracle database,network communication technology and intelligent communication technology and realizes the real time data collection and analysis towards the energy consumption of power,water as well as gas and heat in large public buildings.This system is of simple structure,quick and precise in collecting all the data,providing crucial technological support for efficient management and energy consumption control.

Keywords:public building；energy consumption monitoring；data transmission；oracle database

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展,公共建筑的能源消耗已經(jīng)占據(jù)了社會(huì)能源消耗中相當(dāng)大的比重.如果大力開發(fā)和推廣應(yīng)用先進(jìn)的建筑節(jié)能技術(shù),可以使我國(guó)公共建筑和居住建筑節(jié)能50%以上.現(xiàn)代建筑與智能技術(shù)的結(jié)合是建筑科技水平創(chuàng)新發(fā)展和綜合效益優(yōu)化提高的最好表現(xiàn),現(xiàn)代建筑的發(fā)展,要從可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略高度出發(fā),注重促進(jìn)生態(tài)平衡,保護(hù)環(huán)境.在合理利用資源和節(jié)約能源背景下,國(guó)家積極構(gòu)建建筑能耗監(jiān)測(cè)平臺(tái),陸續(xù)發(fā)布了《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)建設(shè)技術(shù)導(dǎo)則》、《“十二五”節(jié)能減排綜合性工作方案的通知》[1]等,以指導(dǎo)和規(guī)范我國(guó)的建筑能耗數(shù)據(jù)采集工作.因此,公共建筑能耗數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與處理技術(shù)的深入研究，對(duì)構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)化、通用性平臺(tái)將具有深遠(yuǎn)意義.

1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

系統(tǒng)1由管理軟件、服務(wù)器、局域網(wǎng)、數(shù)據(jù)采集器、計(jì)量表具等組成.系統(tǒng)具備能耗數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、遠(yuǎn)程傳輸、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存、數(shù)據(jù)上傳、指標(biāo)分析、分類展示等功能.圖1為系統(tǒng)的整體網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架.

圖1系統(tǒng)的整體網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架

數(shù)據(jù)采集器接收從底層設(shè)備遠(yuǎn)傳計(jì)量表具(水、電、氣)上傳的能耗數(shù)據(jù)和環(huán)境指標(biāo),按照相關(guān)規(guī)定將需要的數(shù)據(jù)打包上傳給上位機(jī),數(shù)據(jù)傳輸為基于TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)通信方式,利用Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)搭建的建筑能耗監(jiān)測(cè)平臺(tái)可以對(duì)建筑能耗指標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)存儲(chǔ)和動(dòng)態(tài)分析.此系統(tǒng)測(cè)控層核心元器件采用西門子可編程序控制器S7300和施奈德PM810參數(shù)測(cè)量?jī)x,實(shí)現(xiàn)了能耗實(shí)時(shí)參數(shù)、累計(jì)能耗數(shù)據(jù)、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行工況等數(shù)據(jù)的現(xiàn)場(chǎng)采集、實(shí)時(shí)處理和批量上傳.

2數(shù)據(jù)采集

2.1　數(shù)據(jù)編碼規(guī)則

為保證能耗數(shù)據(jù)可進(jìn)行計(jì)算機(jī)或人工識(shí)別和處理,保證數(shù)據(jù)的有效管理和高效率的查詢服務(wù),實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)整理、存儲(chǔ)及交換的一致性,采用了統(tǒng)一的編碼規(guī)則,包括行政區(qū)劃代碼編碼、建筑類別編碼、建筑類別子項(xiàng)編碼、建筑識(shí)別編碼、分類能耗指標(biāo)編碼、分項(xiàng)能耗指標(biāo)編碼、分項(xiàng)能耗指標(biāo)一級(jí)子項(xiàng)編碼及分項(xiàng)能耗指標(biāo)二級(jí)子項(xiàng)編碼.編碼后能耗數(shù)據(jù)由20位符號(hào)組成，若某一項(xiàng)目無(wú)須使用某編碼時(shí),則用相應(yīng)位數(shù)的“0”代替.其中:第1~2位編碼為前導(dǎo)碼;第3~8位數(shù)編碼為建筑所在地的行政區(qū)劃代碼,按照《中華人民共和國(guó)行政區(qū)劃代碼》(GB/T2260)執(zhí)行;第9位數(shù)編碼為建筑類別編碼,用1位大寫英文字母F表示;第10位數(shù)編碼為建筑類別一級(jí)子項(xiàng)識(shí)別編碼,采用1位小寫英文字母如a,b,c,…j表示;第11~13位數(shù)編碼為建筑識(shí)別編碼,用3位阿拉伯?dāng)?shù)字表示,如001,002,…,999;第14~15位數(shù)編碼為分類能耗指標(biāo)編碼,用2位阿拉伯?dāng)?shù)字表示;第16位數(shù)編碼為分項(xiàng)能耗指標(biāo)編碼,用1位大寫英文字母表示;第17位數(shù)編碼為分項(xiàng)能耗指標(biāo)一級(jí)子項(xiàng)編碼,用1位阿拉伯?dāng)?shù)字表示;第18位數(shù)編碼為分項(xiàng)能耗指標(biāo)二級(jí)子項(xiàng)編碼,用1位阿拉伯?dāng)?shù)字表示;第19~20為CRC校驗(yàn)位.

2.2　傳輸方式

圖2傳輸次序

底層計(jì)量表具(水、電、氣表)和網(wǎng)關(guān)之間采用主-從結(jié)構(gòu)的半雙工通信方式,網(wǎng)關(guān)作為主機(jī)發(fā)出請(qǐng)求命令后接收從機(jī)(水、電、氣表)的應(yīng)答.每次通信都是由主站向按信息幀地址域選擇的從站發(fā)出請(qǐng)求命令幀開始,被請(qǐng)求的從站接收命令后,按先傳低位字節(jié),后傳高位字節(jié)的順序進(jìn)行傳輸.數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾娔芰恐禐?123456.78千瓦時(shí),其傳輸次序如圖2所示.

2.3　TCP/IP協(xié)議

使用基于TCP/IP協(xié)議的局域網(wǎng)絡(luò),傳輸采用TCP協(xié)議實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信[2].根據(jù)對(duì)網(wǎng)關(guān)的命令設(shè)置,能源管理中心運(yùn)行TCP并發(fā)起連接,TCP建立后一直保持連接狀態(tài),接收網(wǎng)關(guān)定時(shí)發(fā)送來(lái)的數(shù)據(jù)包,一旦連接斷開則重新建立連接.

3數(shù)據(jù)庫(kù)管理

系統(tǒng)采用Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)[3]管理軟件對(duì)底層傳來(lái)的能源數(shù)據(jù)具有進(jìn)行數(shù)據(jù)校驗(yàn)、數(shù)據(jù)包解析、數(shù)據(jù)拆分、自動(dòng)分類統(tǒng)計(jì)、節(jié)能分析、指標(biāo)比對(duì)、異常用電預(yù)警、圖表顯示、報(bào)表管理、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存、數(shù)據(jù)上傳等功能.

(1)數(shù)據(jù)保存.數(shù)據(jù)采集器接收從底層設(shè)備遠(yuǎn)傳計(jì)量表具(水、電、氣)按照相關(guān)規(guī)定打包傳給上位機(jī)的能耗數(shù)據(jù)和傳輸設(shè)備的地址編碼、時(shí)間、電表地址編碼等標(biāo)識(shí)信息.通過數(shù)據(jù)解析軟件解析數(shù)據(jù)包里的采集數(shù)據(jù),將解析后的實(shí)時(shí)能耗數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)中的相應(yīng)位置.

(2)數(shù)據(jù)拆分.能耗拆分的主要思路[4]:在運(yùn)行的階段,對(duì)遠(yuǎn)端計(jì)量表具上傳的實(shí)時(shí)能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行逐時(shí)拆分,然后將同類的能耗數(shù)據(jù)相加,得到各類負(fù)載逐時(shí)的分項(xiàng)能耗值.本系統(tǒng)采用遞歸算法,運(yùn)用最優(yōu)化拆分算法進(jìn)行拆分,再利用加法原則,將從Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)中提取實(shí)時(shí)采集來(lái)的能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行拆分,將得到的實(shí)時(shí)分項(xiàng)能耗數(shù)值根據(jù)配電支路信息,存儲(chǔ)到分項(xiàng)能耗數(shù)據(jù)庫(kù)中.拆分計(jì)算的數(shù)據(jù)處理過程如圖3所示.

圖3拆分計(jì)算數(shù)據(jù)處理流程

(3)分析和顯示.運(yùn)用數(shù)據(jù)挖掘算法將從分項(xiàng)能耗數(shù)據(jù)庫(kù)中調(diào)取的已經(jīng)處理好的分項(xiàng)能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析加工,根據(jù)管理員的權(quán)限和用戶級(jí)別控制和管理生成的數(shù)據(jù)報(bào)表和報(bào)告.設(shè)定每10分鐘進(jìn)行一次能耗數(shù)據(jù)匯總,并且精確地展示出用能趨勢(shì)隨著用電器的變化而快速變化的狀態(tài),做到了節(jié)能數(shù)據(jù)看得見(如圖4所示).同時(shí),制定用電策略,使指定區(qū)域在規(guī)定的時(shí)刻進(jìn)入夜間低功耗運(yùn)行模式,一方面滿足夜間特殊用電的需要(如手機(jī)充電),另一方面降低能源使用量,達(dá)到節(jié)能目的(如圖5所示).

圖4每10分鐘能耗數(shù)據(jù)柱狀圖

圖5用電計(jì)劃設(shè)置

4結(jié)語(yǔ)

本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用不僅提高了公共建筑節(jié)能的智能化水平,增強(qiáng)了大型公共建筑的網(wǎng)絡(luò)化節(jié)能控制方式,而且將公共建筑按樓宇、樓層、房間實(shí)現(xiàn)能耗在線的綜合管理及控制,對(duì)用戶能源利用效率、消耗水平、能源經(jīng)濟(jì)與環(huán)境效果進(jìn)行監(jiān)測(cè)、診斷,是一套集建筑能耗監(jiān)測(cè)和能耗管理于一體的綜合能效管理系統(tǒng).實(shí)踐證明,本系統(tǒng)應(yīng)用拓展能力強(qiáng),可滿足公共建筑在不同發(fā)展時(shí)期的建筑能耗監(jiān)測(cè)需求,對(duì)推進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)可持續(xù)發(fā)展,建設(shè)節(jié)能型建筑具有很高的推廣和應(yīng)用價(jià)值.

參考文獻(xiàn)

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