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隨著“雙碳"背景下環(huán)境保護和可持續(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手段，以數字化、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)的應用需求及效果進行分析評估，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)測技術改進建議。
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荷產生的能源消耗公共建筑能耗包括生產線、照明、空調、充電樁、光伏、儲能等電能關鍵設備。
（1）生產線：在工業(yè)用戶生產過程中，如泵機風機、傳送帶、除塵器等生產線設備的用能消耗。
（2）照明：用戶建筑中的照明系統(tǒng)電能消耗。
（3）空調：公共建筑中中央空調、獨立式空調制冷、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過程中產生的電能消耗。
（5）光伏：用戶建筑屋頂配套的光伏發(fā)電板在日常光照下，產生的電能提供給用戶自身使用或用于上網。
（6）儲能：用戶建筑自身配置的儲能設備，存儲一定電量用于緊急備用，同時作為靈活調節(jié)資源設備可根據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荷產生的能源消耗。主要包括建筑用水、用氣等方面的能源消耗。
（1）耗水：用戶在生產經營、工作生活過程中使用的自來水資源消耗。
（2）耗氣：用戶在生產經營、供熱制冷過程中天然氣、燃氣等資源消耗。
目前公共建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)在實際應用中主要存在以下問題：數據采集與傳輸問題、數據處理與分析問題、設備與傳感器問題等。
2.1 數據采集與傳輸方面
由于公共建筑能耗數據源眾多、通信協(xié)議不統(tǒng)一等原因，可能會出現(xiàn)數據采集不完整、傳輸中斷等問題。針對此類問題，可以采用統(tǒng)一的數據采集標準和通信協(xié)議，優(yōu)化數據傳輸的可靠性和效率確保數據的準確采集和傳輸。
2.2 數據處理與分析方面
面臨數據質量不高、算法復雜度高等問題。針對此類問題，可以引人數據清洗和校正技術，優(yōu)化數據處理算法，提高數據分析的準確性和效率。
2.3 設備與傳感器方面
設備長期使用或在環(huán)境中應用可能出現(xiàn)故障或性能下降的問題。針對此類問題，需定期維護和檢修設備和傳感器，及時替換老化或損壞的部件，提高設備的可靠性和穩(wěn)定性；選擇具備自檢驗自補償功能的高質量傳感器，確保其準確度和響應速度；引人智能診斷技術，實時監(jiān)測設備和傳感器的狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)并處理問題。
針對能耗智能監(jiān)測系統(tǒng)建設及應用情況，圍繞系統(tǒng)的整體架構和軟件功能應用需求進行分析。
3.1 系統(tǒng)整體架構
公共建筑能耗智能監(jiān)測系統(tǒng)架構分為感知層網絡層、應用層。
（1）感知層。感知層負責對的公共建筑建筑內的用水、用氣、用電等能耗過程數據進行采集，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，如用水量、用氣量、用電負荷、用電量等，然后經過無線網絡傳輸至云服務器。該層級需按公共建筑建筑內實際需監(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）網絡層。網絡層負責將感知層采集的數據傳輸至應用層，信息傳輸可通過4G無線通信網絡寬帶網絡、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服務器以及保障通信安全的防火墻。系統(tǒng)網絡層的數據傳輸應支持有線與無線傳輸，適配兼容 MODBUS、RS-485 等多種建筑電氣設備現(xiàn)有采數單元廣泛使用的通信協(xié)議，并且還能對多臺耗能單元進行組網，滿足本地查看數據云端監(jiān)控數據以及后臺分析處理數據等功能。
（3）應用層。應用層一方面對采集的能耗數據進行處理和分析，并將結果通過PC端系統(tǒng)界面或手機App等進行可視化展示，支持具備訪問互聯(lián)網能力的移動設備隨時訪問云服務器查看用戶建筑內的能耗監(jiān)測情況。另一方面是提供應對用水、用氣、用電等能耗預警功能，通過遠程發(fā)送能耗異常預警信息傳輸到有關工作人員，以此及時發(fā)現(xiàn)和干預場所內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)建設投產過程，應考慮具備以下軟件功能應用及可支持條件：
（1）能耗監(jiān)測和分析。根據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)范圍內的用戶使用情況進行持續(xù)的監(jiān)測，對分類分項能耗使用情況進行分析。也可對各個回路用水、用氣、用電情況進行詳細的記錄與分析，以表格的形式進行顯示，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行數據指標的橫向和縱向比較。
（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)年的用電情況進行統(tǒng)計與打印。通過對整個系統(tǒng)數據的分析，包括故障報警及趨勢曲線圖，可以對關鍵回路的電流和功率變化進行監(jiān)控，可以實現(xiàn)故障的及時修正和預測、設備的運行調配管理。
（3）告警和應急處理。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、手機短信等形式通知相關人員，預警機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)經驗存在較大突變時，則會發(fā)出相應能源、相應設備的預警信號，由此通知工作人員及時發(fā)現(xiàn)和干預可能存在的能源浪費現(xiàn)象。
（4）歷史數據查詢。系統(tǒng)具備能耗數據存儲功能，對所有實時采樣數據均可保存到歷史數據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)測指標模板，或自定義新的監(jiān)測指標模板生成日度、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，也可手動或根據預設時間生成，通過EXCEL、pdf等格式進行報表輸出，為用戶了解自身的能耗情況提供報表自動化生成服務。
（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、用電終端設備的臺賬情況，對于后續(xù)存在的采集設備安裝或更換，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，在用戶權限管理方面也可防止未經授權的操作。同時定義不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權限，為系統(tǒng)運行維護管理提供可靠、安全的保障。
（1）通過實時監(jiān)測和分析能耗數據，該系統(tǒng)可以幫助管理者深人了解能源消耗情況，并采取相應的節(jié)能減碳措施，合理調整公共建筑自身用能習慣。
（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，通過數據分析識別出能源消耗的高峰時段、高耗能設備等。并引導管理者對高耗能時段進行用能調整、對高能設備進行優(yōu)化替換，為制定針對性的節(jié)能措施和挖掘設備節(jié)能空間提供了有力依據。
（3）節(jié)能措施的實施與評估基于能耗監(jiān)測系統(tǒng)提供的數據和分析結果，可以制定和實施具體的節(jié)能措施，如優(yōu)化設備運行策略、改善建筑能效等。同時，通過監(jiān)測系統(tǒng)的持續(xù)運行和數據分析，可以評估節(jié)能措施的效果，及時調整和改進。
（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)的運行數據進行對比分析，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，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)《關于印發(fā)國家機關辦公建筑和大型公共建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)建設相關技術導則的通知》（建科[2008]114號），組織編制“國家機關辦公建筑和大型公共建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)"一系列技術導則及驗收標準。這些導則統(tǒng)一了能耗數據的分類、分項方法及編碼規(guī)則，實現(xiàn)了分項能耗數據的實時采集、準確傳輸、科學處理、有效儲存。我司AcrelCloud-5000能耗監(jiān)測系統(tǒng)嚴格按照導則要求開發(fā)，符合導則要求的各項技術要求。
計量層：主要安裝各種類型計量儀表（電表、水表、燃氣表、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系列網關；主要特點是支持斷點續(xù)傳、支持多種協(xié)議轉換、數據機密傳輸。
服務層：能耗系統(tǒng)的中心，主要用于接收網關或4G終端傳輸的數數據，存儲數據，為用戶訪問提供數據接口。
展示層：主要為用戶提供訪問平臺數據的功能，支持跨平臺訪問，用戶可以使用PC瀏覽器、手機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，分別用紅色和藍色圖表表示。平臺可按照單位面積能耗與折標綜合能耗顯示當前平臺的建筑信息。平臺可顯示平臺接入儀表數量、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據進行大數據分析后的結果展示。
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行建筑分類分項能耗數據分析，分類分項嚴格按照平臺的標準與要求進行劃分，如圖中左側部分的樹形結構。
數據可以按照表格、柱狀圖、曲線的形式進行展示統(tǒng)計?？梢灾庇^觀察分類能耗與分項能耗的數據關聯(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?？砂粗饡r、逐日、逐月、逐年的方式查看選中建筑的分了或分項數據。數據通過曲線圖或表格形式展示。
7.4 數據異常判定
平臺接入并維護多棟建筑的數據，建筑現(xiàn)場情況多種多樣，為保證系統(tǒng)持續(xù)穩(wěn)定的運行以及數據的準確與可靠，平臺中增加了數據異常檢查功能，當數據檢查時不符合預定的情況時，及時產生報警并生成工單派發(fā)到維護管理人員郵箱中。
7.5 用戶報告
用戶報告主要內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，還包含數據異常統(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； 數據穩(wěn)定可靠，使用ANet網關支持斷點續(xù)傳； 功能豐富，支持能耗分析可滿足大部分客戶后期擴展的需求； 方案成熟，調試簡單，調試周期短。 | ||||
通信管理機 | ANet-2E4S1 |
| 2 路 10/100M 自適應以太網接口； 4 路；光耦隔離 RS485 + 1 路 RS232（調試口）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（需定制）、遠程預付費、運維云平臺、串-網透傳等； Socket 方式，支持 XML 格式壓縮上傳，提供 AES 加密及 MD5 身份認證等安全需求。 | ||||
模塊化智能網關 主模塊 | ANet-2E4SM |
| 2 路 10/100M 自適應以太網接口； 4 路光耦隔離 RS485 + 1 路 RS232（調試口）串行接口； 模塊化設計，可搭配485模塊拓展串行接口數量，可搭配4G模塊實現(xiàn)4G上傳； 標配8路無源干接點可實時采集開關量信息。 | ||||
模塊化智能網關 擴展模塊 | ANet-M485 |
| ANet-2E4SM的拓展模塊，拓展4路RS485串行接口 | ||||
模塊化智能網關 擴展模塊 | 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；支持復費率計量（歷史12月），復費率可設置4個時區(qū)、10時段、四種費率（尖峰平谷）； 支持電能質量分析功能：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、電話波峰因子、電流K系數測量；支持事件記錄（128條，支持TF卡擴展）、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路開關量輸出（選配MD82模塊可擴至8路）及2路開關量輸入（選配MD82模塊可擴至26路），開關量輸出可配置為報警輸出或遠程遙控，DO用作報警輸出時可自由關聯(lián)報警內容；支持TF卡存儲，可用于電參量、電能、諧波等數據定時存儲，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（支持凍結功能）自適應； | |||||
配電柜多功能儀表 | AEM96 |
| 集成三相電力參數測量及電能計量 及考核管理，提供上 24 時、上 31 日以及上 12 月的電能數據統(tǒng)計。具有 31 次分次諧波與總 諧波含量檢測，帶有開關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，可廣泛應用于多種控制系統(tǒng)，SCADA 系統(tǒng)和能源管理系統(tǒng)中。產品符合國家標準 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。； 三相電力參數測量、電壓和電流的相角、 四象限電能計量、復費率、需量、歷史電能統(tǒng)計、開關量事件記錄、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）、開關量、報警輸出、RS485（MODBUS或 DL/T645-2007 協(xié)議）。 | ||||
配電箱導軌式儀表 | DTSD1352 |
| 該系列產品采用DIN35mm導軌式安裝結構，體積小巧，能測量電能及其他電參量，可進行時鐘、費率時段等參數設置，精度高、可靠性好、性能指標符合國標GB/T17215-2002、GB/T17883-1999和電力行業(yè)標準DL/T614-2007對電能表的各項技術要求，并且具有電能脈沖輸出功能；可用RS485通訊接口與上位機實現(xiàn)數據交換。適用于政府機關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)網計量儀表 | ADW300 |
| 主要用于計量低壓網絡的三相有功電能，具有RS485通訊和LORA、4G無線通訊功能，方便用戶進行用電監(jiān)測、集抄和管理。可靈活安裝于配電箱內，實現(xiàn)對不同區(qū)域和不同負荷的分項電能計量，統(tǒng)計和分析。 ADW300方便用戶進行用電監(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，隨著我國經濟的不斷發(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。為了進一步降低能源消耗，保證我國經濟能夠長期穩(wěn)定發(fā)展，應當將建筑能耗監(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。
