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隨著“雙碳"背景下環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展的重要性不斷凸顯，公共建筑的能源消耗問題成為亟待解決的重要議題。能耗監(jiān)測系統(tǒng)作為一種重要的工具和技術(shù)手段，以數(shù)字化、信息化的手段使用戶的用能過程實現(xiàn)透明化、實時化監(jiān)測和管理能源消耗情況，從而達(dá)到節(jié)能減碳、降本增效的效果。
然而在能耗監(jiān)測系統(tǒng)實際應(yīng)用中，仍面臨軟硬件等方面的一些問題，需要采取針對性的解決措施。因此，本文通過對該系統(tǒng)的應(yīng)用需求及效果進(jìn)行分析評估，并深人了解其在節(jié)能減排方面的實際作用，針對系統(tǒng)功能及性能完善等問題提出能耗監(jiān)測技術(shù)改進(jìn)建議。
公共建筑能耗主要包括電氣類能耗和非電氣類能耗2種。
1.1 電氣類能耗
電氣類能耗指的是用電負(fù)荷產(chǎn)生的能源消耗公共建筑能耗包括生產(chǎn)線、照明、空調(diào)、充電樁、光伏、儲能等電能關(guān)鍵設(shè)備。
（1）生產(chǎn)線：在工業(yè)用戶生產(chǎn)過程中，如泵機(jī)風(fēng)機(jī)、傳送帶、除塵器等生產(chǎn)線設(shè)備的用能消耗。
（2）照明：用戶建筑中的照明系統(tǒng)電能消耗。
（3）空調(diào)：公共建筑中中央空調(diào)、獨立式空調(diào)制冷、制熱過程的電能消耗。
（4）充電樁：用戶建筑配套的停車場充電樁提供充電服務(wù)過程中產(chǎn)生的電能消耗。
（5）光伏：用戶建筑屋頂配套的光伏發(fā)電板在日常光照下，產(chǎn)生的電能提供給用戶自身使用或用于上網(wǎng)。
（6）儲能：用戶建筑自身配置的儲能設(shè)備，存儲一定電量用于緊急備用，同時作為靈活調(diào)節(jié)資源設(shè)備可根據(jù)分時電價情況選擇自身供電形式。
1.2 非電氣類能耗
非電氣類能耗指的是非用電負(fù)荷產(chǎn)生的能源消耗。主要包括建筑用水、用氣等方面的能源消耗。
（1）耗水：用戶在生產(chǎn)經(jīng)營、工作生活過程中使用的自來水資源消耗。
（2）耗氣：用戶在生產(chǎn)經(jīng)營、供熱制冷過程中天然氣、燃?xì)獾荣Y源消耗。
目前公共建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)在實際應(yīng)用中主要存在以下問題：數(shù)據(jù)采集與傳輸問題、數(shù)據(jù)處理與分析問題、設(shè)備與傳感器問題等。
2.1 數(shù)據(jù)采集與傳輸方面
由于公共建筑能耗數(shù)據(jù)源眾多、通信協(xié)議不統(tǒng)一等原因，可能會出現(xiàn)數(shù)據(jù)采集不完整、傳輸中斷等問題。針對此類問題，可以采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)采集標(biāo)準(zhǔn)和通信協(xié)議，優(yōu)化數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院托蚀_保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確采集和傳輸。
2.2 數(shù)據(jù)處理與分析方面
面臨數(shù)據(jù)質(zhì)量不高、算法復(fù)雜度高等問題。針對此類問題，可以引人數(shù)據(jù)清洗和校正技術(shù)，優(yōu)化數(shù)據(jù)處理算法，提高數(shù)據(jù)分析的準(zhǔn)確性和效率。
2.3 設(shè)備與傳感器方面
設(shè)備長期使用或在環(huán)境中應(yīng)用可能出現(xiàn)故障或性能下降的問題。針對此類問題，需定期維護(hù)和檢修設(shè)備和傳感器，及時替換老化或損壞的部件，提高設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性；選擇具備自檢驗自補(bǔ)償功能的高質(zhì)量傳感器，確保其準(zhǔn)確度和響應(yīng)速度；引人智能診斷技術(shù)，實時監(jiān)測設(shè)備和傳感器的狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)并處理問題。
針對能耗智能監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)及應(yīng)用情況，圍繞系統(tǒng)的整體架構(gòu)和軟件功能應(yīng)用需求進(jìn)行分析。
3.1 系統(tǒng)整體架構(gòu)
公共建筑能耗智能監(jiān)測系統(tǒng)架構(gòu)分為感知層網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層。
（1）感知層。感知層負(fù)責(zé)對的公共建筑建筑內(nèi)的用水、用氣、用電等能耗過程數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，由多個采集節(jié)點組成，在每一個節(jié)點同時采集多種能耗運行指標(biāo)，如用水量、用氣量、用電負(fù)荷、用電量等，然后經(jīng)過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸至云服務(wù)器。該層級需按公共建筑建筑內(nèi)實際需監(jiān)測的能耗對象群體配置信息采集單元，如用水采集表計、用氣采集表計、電量表計、電壓電流互感器、電氣量傳感器等能耗采集單元。
（2）網(wǎng)絡(luò)層。網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)將感知層采集的數(shù)據(jù)傳輸至應(yīng)用層，信息傳輸可通過4G無線通信網(wǎng)絡(luò)寬帶網(wǎng)絡(luò)、Wifi、Lora等手段，同時需為能耗監(jiān)測的信息處理計算配置相關(guān)服務(wù)器以及保障通信安全的防火墻。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)支持有線與無線傳輸，適配兼容 MODBUS、RS-485 等多種建筑電氣設(shè)備現(xiàn)有采數(shù)單元廣泛使用的通信協(xié)議，并且還能對多臺耗能單元進(jìn)行組網(wǎng)，滿足本地查看數(shù)據(jù)云端監(jiān)控數(shù)據(jù)以及后臺分析處理數(shù)據(jù)等功能。
（3）應(yīng)用層。應(yīng)用層一方面對采集的能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，并將結(jié)果通過PC端系統(tǒng)界面或手機(jī)App等進(jìn)行可視化展示，支持具備訪問互聯(lián)網(wǎng)能力的移動設(shè)備隨時訪問云服務(wù)器查看用戶建筑內(nèi)的能耗監(jiān)測情況。另一方面是提供應(yīng)對用水、用氣、用電等能耗預(yù)警功能，通過遠(yuǎn)程發(fā)送能耗異常預(yù)警信息傳輸?shù)接嘘P(guān)工作人員，以此及時發(fā)現(xiàn)和干預(yù)場所內(nèi)可能存在的能源浪費現(xiàn)象。
3.2 軟件功能需求
上述公共建筑能耗智能監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)投產(chǎn)過程，應(yīng)考慮具備以下軟件功能應(yīng)用及可支持條件：
（1）能耗監(jiān)測和分析。根據(jù)用戶能耗不同選用智能電表、智能水表、智能氣表、智能熱量表等高精度計量監(jiān)測終端表具實現(xiàn)精確計量。系統(tǒng)可對整個系統(tǒng)范圍內(nèi)的用戶使用情況進(jìn)行持續(xù)的監(jiān)測，對分類分項能耗使用情況進(jìn)行分析。也可對各個回路用水、用氣、用電情況進(jìn)行詳細(xì)的記錄與分析，以表格的形式進(jìn)行顯示，同時可以切換成以柱狀圖、面積堆疊圖、折線等更為直觀的形式進(jìn)行數(shù)據(jù)指標(biāo)的橫向和縱向比較。
（2）能耗統(tǒng)計和分析。系統(tǒng)為用戶提供綜合的分類分項能耗統(tǒng)計報表，可以隨時對日、月、季節(jié)年的用電情況進(jìn)行統(tǒng)計與打印。通過對整個系統(tǒng)數(shù)據(jù)的分析，包括故障報警及趨勢曲線圖，可以對關(guān)鍵回路的電流和功率變化進(jìn)行監(jiān)控，可以實現(xiàn)故障的及時修正和預(yù)測、設(shè)備的運行調(diào)配管理。
（3）告警和應(yīng)急處理。系統(tǒng)可以在用水、用氣用電等用能過程發(fā)生突變時，發(fā)出信息語音提示報警信息將通過郵件、手機(jī)短信等形式通知相關(guān)人員，預(yù)警機(jī)制可基于用戶歷史常規(guī)狀態(tài)下的用能情況與實際情況對比，若發(fā)現(xiàn)實際情況與常規(guī)經(jīng)驗存在較大突變時，則會發(fā)出相應(yīng)能源、相應(yīng)設(shè)備的預(yù)警信號，由此通知工作人員及時發(fā)現(xiàn)和干預(yù)可能存在的能源浪費現(xiàn)象。
（4）歷史數(shù)據(jù)查詢。系統(tǒng)具備能耗數(shù)據(jù)存儲功能，對所有實時采樣數(shù)據(jù)均可保存到歷史數(shù)據(jù)庫為建筑用戶提供可隨時查閱的能耗監(jiān)測功能。
（5）報表自動生成。既可基于系統(tǒng)已有能耗監(jiān)測指標(biāo)模板，或自定義新的監(jiān)測指標(biāo)模板生成日度、月度、季度、年度等不同時間尺度范圍的能耗監(jiān)測統(tǒng)計報表，也可手動或根據(jù)預(yù)設(shè)時間生成，通過EXCEL、pdf等格式進(jìn)行報表輸出，為用戶了解自身的能耗情況提供報表自動化生成服務(wù)。
（6）臺賬及用戶賬號管理。系統(tǒng)收錄統(tǒng)計所接人的所有用水、用氣、用電終端設(shè)備的臺賬情況，對于后續(xù)存在的采集設(shè)備安裝或更換，均可在臺賬功能中有所體現(xiàn)。同時為了系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行，在用戶權(quán)限管理方面也可防止未經(jīng)授權(quán)的操作。同時定義不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權(quán)限，為系統(tǒng)運行維護(hù)管理提供可靠、安全的保障。
（1）通過實時監(jiān)測和分析能耗數(shù)據(jù)，該系統(tǒng)可以幫助管理者深人了解能源消耗情況，并采取相應(yīng)的節(jié)能減碳措施，合理調(diào)整公共建筑自身用能習(xí)慣。
（2）能耗監(jiān)測系統(tǒng)可以實時監(jiān)測公共建筑的能源消耗情況，通過數(shù)據(jù)分析識別出能源消耗的高峰時段、高耗能設(shè)備等。并引導(dǎo)管理者對高耗能時段進(jìn)行用能調(diào)整、對高能設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化替換，為制定針對性的節(jié)能措施和挖掘設(shè)備節(jié)能空間提供了有力依據(jù)。
（3）節(jié)能措施的實施與評估基于能耗監(jiān)測系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)和分析結(jié)果，可以制定和實施具體的節(jié)能措施，如優(yōu)化設(shè)備運行策略、改善建筑能效等。同時，通過監(jiān)測系統(tǒng)的持續(xù)運行和數(shù)據(jù)分析，可以評估節(jié)能措施的效果，及時調(diào)整和改進(jìn)。
（4）節(jié)能效果的評估通過對節(jié)能措施的實施和監(jiān)測系統(tǒng)的運行數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，可以評估系統(tǒng)在節(jié)能減排方面的實際效果，包括能源消耗的降低程度、碳排放的減少量等指標(biāo)，以客觀評估系統(tǒng)在節(jié)能減排方面的作用。
為貫徹落實國發(fā)[2007]15號的精神，住建部印發(fā)《關(guān)于印發(fā)國家機(jī)關(guān)辦公建筑和大型公共建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)相關(guān)技術(shù)導(dǎo)則的通知》（建科[2008]114號），組織編制“國家機(jī)關(guān)辦公建筑和大型公共建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)"一系列技術(shù)導(dǎo)則及驗收標(biāo)準(zhǔn)。這些導(dǎo)則統(tǒng)一了能耗數(shù)據(jù)的分類、分項方法及編碼規(guī)則，實現(xiàn)了分項能耗數(shù)據(jù)的實時采集、準(zhǔn)確傳輸、科學(xué)處理、有效儲存。我司AcrelCloud-5000能耗監(jiān)測系統(tǒng)嚴(yán)格按照導(dǎo)則要求開發(fā)，符合導(dǎo)則要求的各項技術(shù)要求。
計量層：主要安裝各種類型計量儀表（電表、水表、燃?xì)獗?、冷熱量計等）；支持RS485、LORA、4G直傳等方式。
傳輸層：傳輸層核心是使用ANet系列網(wǎng)關(guān)；主要特點是支持?jǐn)帱c續(xù)傳、支持多種協(xié)議轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)機(jī)密傳輸。
服務(wù)層：能耗系統(tǒng)的中心，主要用于接收網(wǎng)關(guān)或4G終端傳輸?shù)臄?shù)數(shù)據(jù)，存儲數(shù)據(jù)，為用戶訪問提供數(shù)據(jù)接口。
展示層：主要為用戶提供訪問平臺數(shù)據(jù)的功能，支持跨平臺訪問，用戶可以使用PC瀏覽器、手機(jī)APP隨時了解項目能耗情況。
7.1 綜合看板
包含GIS地圖，可用顯示所有建筑的分布情況。針對建筑本周與上周用能出現(xiàn)增加或下降的情況，分別用紅色和藍(lán)色圖表表示。平臺可按照單位面積能耗與折標(biāo)綜合能耗顯示當(dāng)前平臺10的建筑信息。平臺可顯示平臺接入儀表數(shù)量、平臺接入建筑總面積、平臺接入建筑上月總能耗等。同時，該頁面還有針對不同維度數(shù)據(jù)進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析后的結(jié)果展示。
7.2 單建筑能耗對比分析
單建筑能耗主要是針對單一建筑進(jìn)行建筑分類分項能耗數(shù)據(jù)分析，分類分項嚴(yán)格按照平臺的標(biāo)準(zhǔn)與要求進(jìn)行劃分，如圖中左側(cè)部分的樹形結(jié)構(gòu)。
數(shù)據(jù)可以按照表格、柱狀圖、曲線的形式進(jìn)行展示統(tǒng)計。可以直觀觀察分類能耗與分項能耗的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)是否正常。
7.3 多建筑對比分析
多建筑能耗分析主要是將多棟建筑的分類或分項用能情況放到統(tǒng)一界面中。可按逐時、逐日、逐月、逐年的方式查看選中建筑的分了或分項數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)通過曲線圖或表格形式展示。
7.4 數(shù)據(jù)異常判定
平臺接入并維護(hù)多棟建筑的數(shù)據(jù)，建筑現(xiàn)場情況多種多樣，為保證系統(tǒng)持續(xù)穩(wěn)定的運行以及數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確與可靠，平臺中增加了數(shù)據(jù)異常檢查功能，當(dāng)數(shù)據(jù)檢查時不符合預(yù)定的情況時，及時產(chǎn)生報警并生成工單派發(fā)到維護(hù)管理人員郵箱中。
7.5 用戶報告
用戶報告主要內(nèi)容包含各分類能源消耗量的趨勢分析、對比分析、占比分析等，還包含數(shù)據(jù)異常統(tǒng)計情況與派單情況。
名稱 | 型號 | 圖片 | 功能 | ||||
安科瑞能耗管理系統(tǒng) | AcrelCloud-5000 |
| 支持電、水、氣等多種能源計量表計的接入； 數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠，使用ANet網(wǎng)關(guān)支持?jǐn)帱c續(xù)傳； 功能豐富，支持能耗分析可滿足大部分客戶后期擴(kuò)展的需求； 方案成熟，調(diào)試簡單，調(diào)試周期短。 | ||||
通信管理機(jī) | ANet-2E4S1 |
| 2 路 10/100M 自適應(yīng)以太網(wǎng)接口； 4 路；光耦隔離 RS485 + 1 路 RS232（調(diào)試口）串行接口； 歷史庫存儲（斷點續(xù)傳）； GBT19582-2008（Modbus、ModbusTCP）、IEC60870-5（101、103、104）、電力需求側(cè)（需定制）、遠(yuǎn)程預(yù)付費、運維云平臺、串-網(wǎng)透傳等； Socket 方式，支持 XML 格式壓縮上傳，提供 AES 加密及 MD5 身份認(rèn)證等安全需求。 | ||||
模塊化智能網(wǎng)關(guān) 主模塊 | ANet-2E4SM |
| 2 路 10/100M 自適應(yīng)以太網(wǎng)接口； 4 路光耦隔離 RS485 + 1 路 RS232（調(diào)試口）串行接口； 模塊化設(shè)計，可搭配485模塊拓展串行接口數(shù)量，可搭配4G模塊實現(xiàn)4G上傳； 標(biāo)配8路無源干接點可實時采集開關(guān)量信息。 | ||||
模塊化智能網(wǎng)關(guān) 擴(kuò)展模塊 | ANet-M485 |
| ANet-2E4SM的拓展模塊，拓展4路RS485串行接口 | ||||
模塊化智能網(wǎng)關(guān) 擴(kuò)展模塊 | ANet-M4G |
| ANet-2E4SM的拓展模塊，拓展4G上傳功能 | ||||
配電柜多功能儀表 | APM810 | 支持全電力參數(shù)測量（U、I、P、Q、S、PF、F）； 支持雙向有功、無功電能計量，支持有功、無功脈沖輸出；支持復(fù)費率計量（歷史12月），復(fù)費率可設(shè)置4個時區(qū)、10時段、四種費率（尖峰平谷）； 支持電能質(zhì)量分析功能：電壓電流不平衡度測量、電壓電流相角測量、2-63次分次諧波、總（奇、偶）諧波測量、電壓波峰系數(shù)、電話波峰因子、電流K系數(shù)測量；支持事件記錄（128條，支持TF卡擴(kuò)展）、報警記錄（包含66種報警，各種報警可記錄16條，支持TF卡擴(kuò)展）、需量（歷史12月，正反向）以及極值統(tǒng)計（本月和上月）； 支持2路開關(guān)量輸出（選配MD82模塊可擴(kuò)至8路）及2路開關(guān)量輸入（選配MD82模塊可擴(kuò)至26路），開關(guān)量輸出可配置為報警輸出或遠(yuǎn)程遙控，DO用作報警輸出時可自由關(guān)聯(lián)報警內(nèi)容；支持TF卡存儲，可用于電參量、電能、諧波等數(shù)據(jù)定時存儲，波形存儲等； 支持12路模擬量輸出（選配MA84模塊），可任意配置對應(yīng)輸出電參量；RS485通訊； 支持Modbus RTU規(guī)約/DL/T645-07規(guī)約（支持凍結(jié)功能）自適應(yīng)； | |||||
配電柜多功能儀表 | AEM96 |
| 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 31 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，并具備報警 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。產(chǎn)品符合國家標(biāo)準(zhǔn) GB/T 17215.322-2008《第 22 部分：0.2S 級和 0.5S 級靜止式有功電能表》和協(xié)議 MODBUS-RTU 的要求。； 三相電力參數(shù)測量、電壓和電流的相角、 四象限電能計量、復(fù)費率、需量、歷史電能統(tǒng)計、開關(guān)量事件記錄、歷史極值記錄、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）、開關(guān)量、報警輸出、RS485（MODBUS或 DL/T645-2007 協(xié)議）。 | ||||
配電箱導(dǎo)軌式儀表 | DTSD1352 |
| 該系列產(chǎn)品采用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。適用于政府機(jī)關(guān)和大型公建中對電能的分項計量，也可用于企事業(yè)單位作電能管理考核。 | ||||
物聯(lián)網(wǎng)計量儀表 | ADW300 |
| 主要用于計量低壓網(wǎng)絡(luò)的三相有功電能，具有RS485通訊和LORA、4G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。 ADW300方便用戶進(jìn)行用電監(jiān)測、集抄和管理，可靈活安裝在配電箱中，可用于電力運維、能耗管理等在線監(jiān)測類平臺中。 | ||||
智能遠(yuǎn)傳水表 | LXSY系列 |
| NB-IOT、4G無線通訊或RS485有線通訊、有線MBus通信。 |
總之，隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，建筑行業(yè)也不斷發(fā)展，但是在建筑工程的建設(shè)過程中，需要消耗大量的能源，對我國能源安全造成一定的威脅。為了進(jìn)一步降低能源消耗，保證我國經(jīng)濟(jì)能夠長期穩(wěn)定發(fā)展，應(yīng)當(dāng)將建筑能耗監(jiān)測和管理工作納入到建筑智能化系統(tǒng)中，從而實現(xiàn)對建筑能耗的監(jiān)測與管理。
