建筑用能分項計量與監(jiān)測系統(tǒng)

【摘要】建筑用能分項計量與監(jiān)測系統(tǒng)對建筑電能耗實現(xiàn)動態(tài)實時監(jiān)測，對建筑電能耗分項實現(xiàn)動態(tài)實時計量。本系統(tǒng)建立了對建筑電能耗數(shù)據(jù)的分析處理技術(shù)；系統(tǒng)軟件采用VB6.0平臺實現(xiàn)，其內(nèi)含豐富的函數(shù)庫，可方便進行模塊化編程。系統(tǒng)軟件按照功能模塊劃分為：串口通信模塊、數(shù)據(jù)顯示和存儲模塊以及數(shù)據(jù)分析和展示模塊；系統(tǒng)硬件由一臺PC機和多個單片機終端組成，單片機采集系統(tǒng)即下位機采用RS485總線與PC及進行串口通訊數(shù)據(jù)傳輸；系統(tǒng)通信采用主從通信控制方法，即系統(tǒng)中每一個下位機被賦予惟一的本機地址，采用上位機輪詢，下位機應答的通訊方式。

【關(guān)鍵詞】動態(tài)實時監(jiān)測；串口通信模塊；數(shù)據(jù)顯示和存儲模塊；數(shù)據(jù)分析和展示模塊

第一章 緒論

隨著我國工業(yè)化和城市化進程的加速，高速發(fā)展的建筑業(yè)以及不斷擴大的建筑規(guī)模使得建筑能耗增長越來越凸顯。據(jù)統(tǒng)計，目前建筑業(yè)在建造和使用過程中直接消耗的能源占全社會總能耗的30%，建筑耗能現(xiàn)與工業(yè)耗能、交通耗能并列，成為我國能源消耗的3大“耗能大戶”。

就建筑能耗而言，國家機關(guān)辦公建筑和大型公共建筑高耗能[2]的問題日益突出。目前，國家機關(guān)辦公建筑和大型公共建筑單位面積年耗電量達到70-300度，為普通居民住宅的10-20倍，占全國城鎮(zhèn)總耗電量的22%。根據(jù)國家建筑節(jié)能目標要求，到“十一五”期末建筑節(jié)能實現(xiàn)節(jié)約1億噸標準煤的目標，其中加強國家機關(guān)辦公建筑和大型公共建筑節(jié)能運行管理與改造，實現(xiàn)節(jié)能1100萬噸標準煤。為科學、規(guī)范地建設國家機關(guān)辦公建筑和大型公共建筑用能分項計量與監(jiān)測系統(tǒng)，統(tǒng)一能耗數(shù)據(jù)的分類、分項方法及編碼規(guī)則，實現(xiàn)分項能耗數(shù)據(jù)的實時采集、準確傳輸、科學處理、有效儲存，為確定建筑用能定額和制定建筑用能超定額加價制度提供數(shù)據(jù)支持，指導國家機關(guān)辦公建筑和大型公共建筑節(jié)能管理和節(jié)能改造，建筑用能實時監(jiān)測和動態(tài)分析系統(tǒng)應運而生。

建筑用能分項計量與監(jiān)測系統(tǒng)是指通過國家機關(guān)辦公建筑和大型公共建筑安裝分類和分項能耗計量裝置，采用遠程傳輸?shù)仁侄渭皶r采集能耗數(shù)據(jù)，實現(xiàn)重點建筑能耗的在線監(jiān)測和動態(tài)分析功能的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)的統(tǒng)稱。

建筑用能分項計量與監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)了建筑物用電能耗的遠程監(jiān)測與數(shù)據(jù)采集和分析。該系統(tǒng)減少了人工抄表的工作量，實現(xiàn)了對建筑物內(nèi)用戶的用電進行全面、實時地監(jiān)測和記錄，掌握負荷的變化情況，為建筑物管理人員提供用電管理和改造措施建議[1]。

第二章 系統(tǒng)架構(gòu)

建筑用能分項計量與監(jiān)測系統(tǒng)包括采集層、傳輸層、管理層和應用層四部分[4]，具體結(jié)構(gòu)框架圖如圖1所示：

其中采集層、傳輸層、管理層主要為硬件系統(tǒng)，完成數(shù)據(jù)采集、傳輸、發(fā)送、存儲等功能，應用層為系統(tǒng)的軟件部分，主要完成數(shù)據(jù)糾錯、統(tǒng)計、展示、分析等功能[3]。

1.系統(tǒng)軟件設計

軟件采用的是VB6.0，VB6.0是一個很好的監(jiān)測系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境，內(nèi)含豐富的函數(shù)庫，可方便的進行模塊化編程。系統(tǒng)軟件按照功能模塊劃分為：串口通信模塊、數(shù)據(jù)顯示和存儲模塊、數(shù)據(jù)分析模塊。

2.系統(tǒng)硬件設計

系統(tǒng)硬件由一臺PC機和多個單片機采集終端組成。單片機采集系統(tǒng)即下位機采用RS485總線與PC機進行串口通訊數(shù)據(jù)傳輸。系統(tǒng)網(wǎng)絡通信采用主從通信控制方法，即系統(tǒng)中每一個下位機被賦予惟一的本機地址，采用上位機輪詢，下位機應答的通訊方式。

單片機采集系統(tǒng)對各分項電量進行采集。所選用的電能表應具有計量有功電能、有功功率和電流的功能，由測量單元和數(shù)據(jù)處理單元等組成，并能顯示、儲存和輸出數(shù)據(jù)，具有標準通訊接口。

3.建筑用能分項計量與監(jiān)測系統(tǒng)由以下幾個系統(tǒng)所組成：

（1）現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實現(xiàn)對各類建筑的各種儀表（電、氣、水等）的數(shù)據(jù)采集、存儲以及傳送，完成儀表更換的相關(guān)數(shù)據(jù)處理，達到對建筑能耗數(shù)據(jù)遠程實時動態(tài)分項計量監(jiān)測。

（2）數(shù)據(jù)傳輸接收系統(tǒng)的“雙通道”設計

數(shù)據(jù)傳輸接收系統(tǒng)采用了雙通道技術(shù)。雙通道指在一個物理鏈路上創(chuàng)建的兩個邏輯通道，即數(shù)據(jù)傳輸通道和信息控制通道。數(shù)據(jù)通道主要用于上傳采集系統(tǒng)采集的儀表數(shù)據(jù)；信息控制通道主要用于采集器和數(shù)據(jù)中心服務器進行雙向的通信。

（3）數(shù)據(jù)通信工作站

負責與現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集設備通信，建立通信信道連接，向數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)下達命令，對上傳來的數(shù)據(jù)進行處理和存儲。

（4）數(shù)據(jù)服務器

采用windows平臺，運行ORACLE大型商用數(shù)據(jù)庫，負責數(shù)據(jù)存儲和管理，為確保數(shù)據(jù)服務器配置冗余磁盤陳列RAD5[5]。

（5）異步消息中間件

隨著樓宇數(shù)量的不斷增加，服務器的負載逐步加大，數(shù)據(jù)庫的吞吐量可能會成為系統(tǒng)的瓶頸。針對這一問題，我們采用將數(shù)據(jù)通信層直接面對數(shù)據(jù)庫的形式，改為由信息中間件進行緩沖。

第三章 系統(tǒng)成果

圖2是對一棟建筑進行建筑用能分項計量與監(jiān)測后，得到的實時數(shù)據(jù)統(tǒng)計圖。從圖中可以直觀的看出，分項計量工作將本棟建筑的用電分成了照明插座用電、空調(diào)用電、動力用電、特殊用電這四大類型。其中，空調(diào)用電比例44.4%、照明插座用電比例45.3%，這兩項的用電比例就占到了本棟建筑總用電量的90%左右。因此，通過對這兩個項目的用電量進行實時監(jiān)測，將監(jiān)測數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫中以往的數(shù)據(jù)進行對比，可以及時發(fā)現(xiàn)異常的電力損耗點。

本系統(tǒng)總得來說有以下幾個方面的優(yōu)點：

（1）從大的應用方向

該系統(tǒng)給出我國建筑物所消耗終端能源的具體數(shù)據(jù)，定量描述我國建筑能耗的具體特點（如發(fā)展變化的特點、不同功能建筑能耗的特點、不同地域的建筑能耗、建筑內(nèi)不同終端的用能特點等），是建筑節(jié)能工作的重要基礎。為節(jié)能改造，節(jié)能管理提供正確的數(shù)據(jù)，明確節(jié)能改進方向。為同類建筑指定能耗指標奠定基礎根據(jù)對建筑能耗數(shù)據(jù)的監(jiān)測與統(tǒng)計，進行該建筑的能耗分析，從而得到建筑能源分配存在哪些問題，進而為節(jié)能方案提供真實可靠的依據(jù)。

（2）從小的應用方向

對于業(yè)主該系統(tǒng)可以為其提供：1）自動抄表，為物業(yè)管理公司節(jié)省人力和物力。2）進行能耗統(tǒng)計，自動打印報表，以方便物業(yè)管理人員直觀地了解電能耗分布情況，針對該電能耗分布進行能源調(diào)整，從而為節(jié)省能源提供有力依據(jù)。

通過以上的總結(jié)，可以看出無論是國家節(jié)能還是企業(yè)節(jié)能，建筑電能耗分項計量與監(jiān)測系統(tǒng)都發(fā)揮著重要的作用，該系統(tǒng)可以得到廣泛的應用，有著較好的應用前景。

參考文獻

[1]劉暢，張永堅等.公共建筑用電能耗的數(shù)據(jù)采集技術(shù)研究.單片機與嵌入式系統(tǒng)應用，2011，（10）

[2]劉暢，張永堅等.基于ARM的公共建筑用電能耗數(shù)據(jù)采集器.微計算機信息 2012，（5）

[3]標題：建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)