安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要：物聯網的樓宇能耗管理通常來說主要是通過耗能監管的形式降低能耗，文章具體闡述了依據能耗監管的具體要求，并且借助無線傳感器，實現對大型樓宇電能的有效且實時的監控，借助采集、存儲及分析，從而提升建筑耗能的監管力度。
關鍵詞：物聯網；樓宇智能；建筑能耗
一、前言
目前深圳的一些大型樓宇采用敞開式設計，空調的運轉負荷較大；為了室內照度均勻性，過度使用人工照明；用玻璃幕墻作外墻，導熱系數相對較大，對空調制冷會產生較大的損失；由于小部分樓宇區域辦公時間長，導致中央空調無效運轉能耗損失，還有深圳氣溫變化大特別是夏季時間長，導致能耗波動較大；會議室、個人空間使用不及時關燈，照明時間過長等，造成能耗損失。
從目前情況進行技術分析，如利用物聯網智能化的平臺，能夠實現對建筑耗能予以實時監控，繼而提高耗能管理系統的智能化水平，并且能夠有效進行數據采集，是大型樓宇能耗管理相對有效解決方案的其中一種。
二、物聯網技術
依據網絡分層原理，從而對大型樓宇物聯網構架進行分層：主要有對象感知層，傳輸層、應用服務層。對象感知層：主要是借助RFID、M2M、傳感網絡及通信網絡感知物理對象，從而獲取相關的信息內容。具體來說傳輸層而言涵蓋以下幾個部分：即數據交換層、信息整合層。數據交換層：在某種程度能夠為數據傳輸給予便捷，提供透明傳輸；信息整合層：就是針對網絡獲取信息內容，從而進行分析整理；應用服務層：一般情況是指信息轉化為主旨，提供服務內容，具體來說是借助分析處理感知數據，這樣才能為用戶給予豐富特定服務。伴隨物聯網技術手段發展速度的不斷加快，必將為大型樓宇建筑能耗管理給予技術支撐，這樣就能夠促進大型樓宇能耗管理獲得理想的效果，推動大型樓宇建設能夠極大限度減少能耗，實現其可持續發展，提供比較完善的環境，實現智能化的管理，以便于大型樓宇的管理效果能夠突破固有的能耗限制。
三、建筑物能耗管理系統
構建能耗管理信息平臺是目前強化能耗管理的有效形式，在某種程度上能夠減少建筑物的耗能指數，借助物聯網技術能夠達到良好的管理效果，準確采集數據，實時傳輸，且能夠進行完整的存儲，然后將不同類別實時信息，還有歷史數據，進行有效的對比分析，通過優化管理策略，還有監控不同的設備，再到合理控制能耗的目的。在具體管理過程中，通常是借助物聯網核心技術、無線傳感器，還有相應設備，與互聯網信息通過交互的形式，從而實現智能識別及管理。從體系構架方面，主要是借助物聯網建筑耗能管
理，具體來說是由三部分構成：感知、傳輸及信息，首先針對感知來說，具體而言是末端感應信息采集，還有受控等設備；傳輸則涵蓋建筑物內部網絡，還有公共外部網絡，進行數據的采集和傳輸；而針對信息應用來說，具體而言是建筑物對云服務層“云”調用，這樣才能實現智能控制及處理。
四、能耗計量系統
（一）信息采集和傳輸
對于用電設備電信號而言，主要是借助檢測電路采集，然后采集到數據周期性，借助無線通信一跳形式，或是多跳傳輸到制定位置，即內網服務器，通常情況下是借助ZigBee智能電表檢測，而對于這種檢測表來說，其本質上而言需要解決如下問題：低成本、低消耗、低復雜，再到低傳輸率及近距離設備應用。而這種智能電表也具有自身的特點，表現為設備省電、通信可靠、網絡自組織，自愈性相對較強，成本較低，具有極高的網容量，能夠確保數據的實時安全性。所以針對無線傳感計量網絡而言，基本上都是借助
ZigBee、Mesh網構建，而對于后者來說，又可以將其稱之為無線蜂窩網站，屬于動態的網站，并且是可以逐步擴展網絡構架，任意兩個設備之間，都能夠進行無線互聯，從而確保數據傳輸可靠性。
建筑內部，所有耗電設備的用電回路，在適當的位置安置Zig-Bee，將智能電表視為節點，并且將所有節點造成Mesh網。所有用戶則需要設置中心節點。所有網絡數據皆傳送至ZigBee適配器，借助適配器到達ZigBee中心節點位置，予以集中，而針對中心節點來說，接收不同電量數據，然后將安全傳輸至建筑監控管理中心。
（二）信息存儲
在信息存儲的同時，則需要對信息采取數據融合處理，這就需要信息存儲系統能夠彰顯自身的功能性作用，從而接收不同設備傳輸數據信息，并且展示可視化數據信息，與此同時，還需要注意的是，將采集到歷史數據進行整理，并且挖掘使用規律，并且能夠將用電設備信息進行交互，制定智能聯動控制方案，減少能源消耗。
（三）遠程監控
信息發布系統，通常是借助互聯網平臺，或是GRRS網絡，這樣就能夠給予用戶遠程訪問，合理控制信號，將其實時傳送至所有用戶內部網關，由此達到系統所有用電設備，還有電源，進行遠程監控。
（四）有效控制設備能耗
空調制冷應控制室溫不得低于26℃，照明節能應優先采用高效節能實用的新光源及節能控制器，同時還要結合物聯網科學的維護管理，有效控制大型樓宇能耗。
五、安科瑞重點用能單位能耗在線監測系統
（一）系統概述
工業能耗在線監測系統是一個集成Intranet/Internet網絡技術、GPRS無線傳輸技術、Web Service軟件技術、數據庫技術等于一體的大型數據綜合管理系統。系統為管理者、各級能耗內部用戶、瀏覽者提供了一個訪問的網絡通道，搭建了一個合理、高效的信息傳輸平臺和管理平臺。工業能耗在線監測系統的開發應用為政府管理部門、企業生產管理、計量管理、節能管理提高到一個新的高度，是我們對節能減排、節能降耗實現的一種行之有效的解決方案。
能源組成及監測內容：
圖1 能源組成
圖2 監測內容
用電類：采集采暖、鍋爐、空調、制冷、照明、辦公、電梯、水泵、風機、通風機等耗電設備的用電信息。主要監測其用電量，對于大耗電設備監測其電流、電壓及功率因數等信息。
配電類：采集6kv/10kv配電開關設備、變壓器，狀態信號、電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數、電能質量、電能量等。
用水：自來水和蒸汽；采集具有485通訊功能的智能熱量表、蒸汽流量計、水表等；
用氣：煤氣、天然氣；采集具有485通訊功能燃氣表；
環境參數：采集具有485通訊功能的溫度/濕度計；采暖空調供回水溫度；
（二）系統框架
圖3 系統框架
(1)能源消費管理系統：該系統可以對重點用能企業煤、電、油、氣、熱、水等能源和耗能工質進行定期錄入和實時采集，并將收集到的能耗數據進行整理存儲，為匯總分析和上報作數據支持。
(2)能源利用狀況信息報送系統
重點用能企業可通過該系統將企業本年度的《能源利用狀況報告》，報送至市節能監察中心，經初審核后，上傳至省節能監察總隊審核，而后上報國家有關部門。
(3)單位能耗水平識別評價系統
利用重點用能單位能耗數據，對企業用能狀況進行分析評價，查找問題。為政府節能管理部門掌握、分析信息和研究節能改造并制定相關政策措施提供科學的依據和平臺。
(4)決策服務和咨詢服務系統
系統提供直觀、簡明、快捷的數據信息查詢和決策支持服務。對重點用能企業的能耗進行科學、合理的咨詢指導，幫助重點用能企業做出及時、正確、可行、有效的解決方案。
(5)能耗預測、能源安全預警系統
通過系統掌握重點用能企業能源購置、使用、消耗及生產情況，對企業的用能情況進行綜合的評判和分析，對比同期值和限定值，對能耗超標情況予以預警提示。
在獲取能源使用的基礎上，進行數據挖掘分析，實現能耗的預測分析功能，為政府相關部門的宏觀決策提供支撐體系。
(6)節能監察及信息發布、法律法規知識培訓系統：
通過該系統平臺，可對省重點耗能企業做節能監察工作；發布節能法律法規標準以及能源基礎知識、能源統計知識、節能監測方法等資料；處理日常節能管理工作相關的公文、通知、公告等。
（三）系統網絡結構
系統把數據信息從各個企業的能源監控中心采集到后臺的數據庫系統，經分析與處理，提供分析預測和預警功能。同時通過門戶網站、無線終端等手段為省、市領導以及相關委辦局提供了多方位、可視化的便捷服務。
圖4 系統結構
（四） 能耗監測系統產品選型
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應用場景 |
型號 |
主要功能 |
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高壓重要回路 或低壓進線柜 |
APM810 |
三相（I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ），零序電流In，四象限電能，電流、電壓不平衡度，負載電流柱狀圖顯示，66種報警類型及外部事件（SOE）各16條事件記錄，支持SD卡擴展記錄，2-63次諧波，2DI+2DO，RS485/Modbus，LCD顯示 |
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低壓聯絡柜、出線柜 |
AEM96 |
三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，總正反向有功電能統計，正反向無功電能統計；2-31次分次諧波及總諧波含量分析、分相諧波及基波電參量（電壓、電流、功率）；電流規格3×1.5(6)A，有功電能精度0.5S級,無功電能精度2級 |
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動力柜 |
ACR120EL |
LCD顯示、全電參量測量（U、I、P、Q、PF、F）；四象限電能計量；RS485/Modbus；可選復費率電能統計、需量統計；4DI+2DO；RS485通訊接口、Modbus協議 |
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DTSD1352 |
三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，分相正向有功電能統計，總正反向有功電能統計，總正反向無功電能統計；紅外通訊；電流規格：經互感器接入3×1(6)A,直接接入3×10(80)A，有功電能精度0.5S級,無功電能精度2級 |
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照明箱 |
DTSD1352 |
三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，分相正向有功電能統計，總正反向有功電能統計，總正反向無功電能統計；紅外通訊；電流規格：經互感器接入3×1(6)A,直接接入3×10(80)A，有功電能精度0.5S級,無功電能精度2級 |
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DDSD1352 |
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；電流規格：10（60）A，有功電能精度1級，無功精度2級；可選配復費率 |
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DDS1352 |
單相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，正反向電能計量；RS485通訊；電流規格：10（60）A，有功電能精度1級，無功精度2級；尺寸：1P |
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給水管道 |
水表 |
計量流經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，通過RS485總線直接輸出表盤數據 |
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燃氣管道 |
燃氣表 |
計量流經燃氣管道用氣的體積總量，具有閥控功能，采用電子直讀技術，通過RS485總線直接輸出表盤數據，計量精度高，無需外部供電。 |
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集中供冷供熱 |
冷熱表 |
測量和顯示用戶的暖氣供熱量、中央空調的供冷量，由流量傳感器、微處理器和配對溫度傳感器組成。溫度傳感器斷路、短路時自動報警，電壓低或收到攻擊破壞時自動報警。通過RS485總線直接輸出表盤數據，計量精度高。 |
六、結語
總體來說，物聯網大型樓宇建筑耗能管理研究是目前的研究重點，這有利于大型樓宇能耗能夠降至，實現資源的有效利用，減少能耗的同時還能推進樓宇智能化建設更為科學、合理。本文中具體闡述了物聯網的大型樓宇建筑能耗管理的一種實施參考方案，以推進樓宇的智能化建設取得理想效果，促使大型樓宇建設更為科學化、人性化、智能化。
【參考文獻】
[1]牛沖麗,王濤.基于物聯網的大型公共建筑能耗監測與節能服務[J].物聯網技術,2015,(07):29-31+34.
[2]尹勇,倪敏,楊燁.基于物聯網的樓宇能耗智能管理研究.
[3]安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2020.06版.
作者簡介：
宋兵兵，男，本科，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為絕緣監測及剩余電流監測， QQ：3007723194 手機：13482141563（微信同號）