淺談物聯網技術在公共建筑的能耗檢測系統中的設計應用

    雖然我國建筑業取得了突破性進展，但建筑耗能卻日益增加，并且已經發展成為社會熱點問題。同時隨著數字化技術的進步，使得建筑行業逐漸沿著智能建筑群的方向發展，其主要作用是實現對建筑能耗的微觀和宏觀管理，保證建筑的節能。

一、物聯網的內涵與結構

1.物聯網的內涵

    所謂的物聯網就是通過信息傳感設備（如激光掃描器全球定系傳感器射頻識別）等將互聯網連接任一物品，并且在遵循相關協議的情況下進行信息通信和交換，進而將智能化識別管理監控和定位實現的一種網絡。互聯網仍然是物聯網的基礎和核心，可以說物聯網是互聯網的擴展和延伸。物聯網的本質主要從以下幾個方面體現:一是智能化特征,也就是網絡的智能控制自我反饋與自動化處理的特點體現；二是具備互聯網的特征，也就是物與物之間能夠通過互聯網絡互通互聯;三是具有通信和識別的特征，也就是納入物聯網的“物”能夠具備物物通信的功能和自動識別功能。

2.物聯網的結構

    通常情況下，物聯網可以分為三大塊,一是應用層，也就是在對客戶需求充分了解的基礎上，借助感知狀態和數據將特定有效的服務應用層為用戶提供，二是網絡層，也就是將數據從底層傳感器向互聯網上的網絡層傳輸，網絡層通過衛星通信WIFI ,4G和以太網等接入技術接入互聯網,云技術強大的計算能力査詢能力和存儲能力均屬于該層的設計。三是感知層,涉及的主要為數據采集控制設備，具體包括傳感器與設備互聯底層傳感網絡構成的設備感知層，物聯網的底層基礎主要由感知層的傳感網絡射頻識別智能傳感器智能終端組成。

二、系統設計

    結合公共建筑的特征，對建筑能耗系統進行設計,使其滿足以下需求:一是能夠對公共建筑耗能進行分區域和分建筑的檢測，促進耗能考核的便捷同時為建筑節能的改進提供數據支撐。二是在進行節能系統設計的時候，對后續的節能改造技術充分的考慮，確保后期的控制和檢測設備的接入空間充足,同時將充足的軟件接口和硬件接口為后期的節能控制設計預留，涉及的主要包括電熱水器控制、采暖控制、照明控制和空調系統控制等。三是能夠將建設中的通訊設備充分的利用，實現有線和無線的兼容。四是將計算功能實時進行，進而更好地統計耗能數據。五是長期存儲大量能耗數據。

    在以上要求的基礎上，可以將整個系統分為能耗管理分析平臺、樓層數據中轉和模塊化智能耗能終端。其中智能耗能終端位于下端,并在能耗計量點安裝，其工作任務是將一般數據功能轉化采集能耗數據功能，在網絡連接模塊的作用下，樓層的數據中轉器傳輸數據由數據中轉器實現。通常情況下與各能耗采集終端較近的是數據中轉器，與數據存儲的距離較遠，可采取有線或者是無線連接的方式。

    數據緩存是一般配有的，能夠保障大型耗能數據。傳輸過程中具有可靠性。能耗管理分析平臺位于上層，在功能上主要表現為以下兩個方面:一是能耗數據展示和加工以Web應用為基礎;二是持久性存儲耗能數據,在二次開發的應用連接各個終端用戶,在將耗能展示和分析功能完成的.同時，為節能措施的制定提供支撐和參照。

三、物聯網在公共建筑能耗檢測系統中的具體應用方法

    借助物聯網技術進行公共建筑的檢測,除了將建筑能耗的細粒度尺度進行掌握之外，還可以監測各種運行參數，進而對數據進行分析和統計處理，實現建筑能耗的逐漸改善。對于公共建筑來說，綜合分析電力抄表子系統電梯控制子系統照明控制子系統及其空調控制子系統是主要的能耗監測系統,基于物聯網具有支持大規模網和全Mesh路由功能，因此在公共建筑能耗監測和控制過程中，能夠將技術支撐有效的提供。

1.物聯網通信系統在建筑能耗監測中的應用

    在對大型公共建筑進行能耗監測和控制的時候,節點多為數據采集點，他的作用優勢是將監測數據進行周期性采集，具體包括電能表電量及其環境溫度等。再就是將數據以中斷的方式進行采集,例如將電梯的動作啟停。基于休眠狀態是節點的主要狀態，在將電池供電選用數據通過終端節點采集的情況下，將特定的設備選用，進而實現數據向監控設備的轉發。該轉發節點是路由節點的范疇，通常情況下終端節點選用的是主供電方式，在此過程中，無需考慮節點的休眠狀態，故而也可以將其當做路由節點,將數據采集布設于監控，這樣數據在通就系統采集之后,就能夠在數據采集的作用下進行，同時再由綜合分析子系統軟件進行監控，與此同時，數據采集網也能夠將監控的控制命令向各個監控子系統發送。

2.建筑能耗監控系統功能劃分

    人員位置采集器、溫濕度采集器、空調強控器屬于空調監控子系統的重要組成部分，其中該區域的濕度和溫度主要通過溫濕度采集器進行采集，同時向空調強控器發送信息，再借助空調強控器比較預設值和實際的溫度與濕度，進而對空調的運行予以控制，該區域的人員信息通過人員采集器向空調強控器提供,并且以適當的控制模式協助空調通過照明控制子系統，將人員信息和光照度信息向照明強控器傳遞，以此來實現照明燈具開關的控制。而電梯監控子系統在實時感知運行狀態的情況下將數據進行采集，對電梯的運行實時控制和監測，進而不斷的優化建筑的能耗。在將無線通訊模塊增加到電能表的情況下，就能實現電子抄表子系統對電能表數據的遠程采集。電力抄表子系統對電能表數據的遠程運輸和自動采集，對建筑耗能進行實時監控，除可將控制策略不斷優化之外，還可以通過遠程技術對電梯照明及空調進行控制，使建筑的運行成本及耗能大大降低。

四、建筑能耗分析系統

1.概述

    Acrel-5000web建筑能耗分析系統是用戶端能源管理分析系統，在電能管理系統的基礎上增加了對水、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行細分和統計，以直觀的數據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慣，有效節約能源，為用戶進一步節能改造或設備升級提供準確的數據支撐。用戶可按照國家有關規定實施能源計算，分析現狀，查找問題，挖掘節能潛力，提出切實可行的節能措施，并向縣級以上管理節能工作的部門報送能源計算報告。

2.應用場所

    適用于公共建筑、集團公司、工業園區、大型物業、學校、醫院、企業等不同行業的能耗監測與管理的系統設計、施工和運行維護。

3.系統組網圖

五、系統功能

1.系統概況

    平臺運行狀態，當月能耗折算、地圖導航，各能耗逐時、逐月曲線，當日，當月能耗同比分析滾動顯示。

2.用能概況

    對建筑、部門、區域、支路、分類分項等用能進行對比，支持當日逐時趨勢、當月逐日趨勢曲線、分時段能耗統計對比、總能耗同環比對比。

3.用能統計

    對建筑、區域、分項、支路等結構按日、月、年報表的形式統計對分類能源用能進行統計，支持報表數據導出EXCEL，支持選擇建筑數據進行生成柱狀圖。

4.復費率統計

    復費率報表按日、月、年統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行統計分析。支持數據導出到EXCEL。

5.同比分析

    對建筑、分項、區域、支路等用能按日、月、年以圖形和報表結合的方式進行用能數據同比分析。

6.能源流向圖

    能源流向圖展示單棟建筑指定時段內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值查看。

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指定時段工作時間與非工作時間用能統計對比，支持導出報表。

8.設備管理

    設備管理包括，設備類型、設備臺賬、維保記錄等功能。輔助用戶合理管理設備，確保設備的運行。

9.用戶報告

    用戶報告針對選定的建筑自動統計各能源的月使用的同環比趨勢，并提供簡單的能耗分析結果，針對用電提供單獨的復費率用能分析，報告可編輯。

六、系統硬件配置

七、結語

    在公共建筑節能減排工作中引進物聯網技術,將物聯網的分層技術充分應用于能耗的檢測和感知，可保證基礎性數據獲得的準確性和科學性。同時采用WIFI ,4G和以太網等網絡傳輸方式將數據傳輸,在對公共建筑能耗有效檢測的同時，也可實現全系統的管理。除此之外，還可以進行能耗數據的分析、查詢、加工和存儲，使節能運行水平與能源管理水平大大提升，從而滿足公共建筑的能耗檢測和管理需求,實現建筑行業的節能化發展。

參考文獻

[1]錢濤.基于物聯網技術的建筑能耗動態監管系統的設計與實現[J].

[2]王曉曼，于軍琪,高博超，呂齊.基于物聯網的建筑能耗管理研究[J].

[3]張紅，王娜，尚偉林，李宏俠.基于物聯網技術的建筑能源管理系統[J].

[4]王忠鋒漲連領，李力剛,黃劍龍.物聯網技術在建筑節能中的應用研究[A].

[5]中國儀器儀表學會.2010中國儀器儀表學術產業大會.

[6]于秋紅.基于物聯網技術公共建筑的能耗檢測系統.

[7]安科瑞 企業微電網設計與應用手冊. 2022.05版.