崇明區(qū)建筑可再生能源數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)建設研究

陳威

上海建科建筑節(jié)能技術(shù)股份有限公司

0 背景

崇明區(qū)由崇明、長興、橫沙三島組成，地處長江入?？冢瑢俦卑肭騺啛釒?，氣候溫和濕潤，太陽能和風能資源較豐富。島嶼地理位置在東經(jīng)121°09’30”至121°54’00”，北緯31°27’00”至31°51’15”。全島面積1 267平方km2，東西長80km，南北寬13至18km。島上地勢平坦，年平均日太陽輻射量12 762kJ/m2，年太陽輻射量為4 658MJ/(m2·a)，為我國太陽能資源較豐富地區(qū)，適宜太陽能熱水技術(shù)的應用。

崇明區(qū)屬于沖積島，地質(zhì)構(gòu)造與河口兩岸的沖積平原相同，屬第四紀以來的沖積地層。崇明地勢低平，在島嶼四周圍繞著廣闊的灘涂，物質(zhì)組成主要為泥沙，也稱沙島。長江的漲落潮流不一致，形成緩流區(qū)，使泥沙不斷沉積而形成。島上地勢平坦，無山崗丘陵，西北部和中部稍高，西南部和東部略低。崇明90%以上的土地標高（以吳淞標高0m為參照）在3．21m至4．20m之間，地下淺層土壤溫度保持在15-17℃左右。崇明新城以及規(guī)劃的9個新市鎮(zhèn)均位于島嶼邊緣地區(qū)，地質(zhì)松軟、地下水資源豐富、水分流動性好、土壤傳熱系數(shù)較高、位置適宜，適合地源熱泵技術(shù)的應用。

崇明區(qū)正逐步大力推廣可再生能源在建筑領域的技術(shù)應用。崇明區(qū)為了掌握可再生能源建筑應用項目的實際運行效果，為上海市可再生能源技術(shù)應用及崇明生態(tài)島項目建設提供基礎數(shù)據(jù)、技術(shù)支撐和經(jīng)驗儲備，建設了可再生能源數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)。

1 可再生能源數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)

崇明區(qū)可再生能源數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)利用RS458串行通信技術(shù)，對可再生能源項目的各參數(shù)進行采集與傳輸，通過無線網(wǎng)絡傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心的可再生能源監(jiān)測系統(tǒng)服務器進行數(shù)據(jù)存儲、分析及展示，實現(xiàn)可再生能源項目的運行情況監(jiān)測以及實時數(shù)據(jù)的在線展示。

1.1 系統(tǒng)架構(gòu)

可再生能源數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)遵循分散計量、數(shù)據(jù)匯總的架構(gòu)（如圖1所示）。項目基本信息通過人工采集方式采集。項目的各監(jiān)測探頭將監(jiān)測指標數(shù)據(jù)通過自動采集方式采集匯總到各項目內(nèi)的數(shù)據(jù)網(wǎng)關，由數(shù)據(jù)網(wǎng)關進行數(shù)據(jù)存儲、預處理。采集數(shù)據(jù)的采集頻率由數(shù)據(jù)網(wǎng)關默認，默認5min/次，再由數(shù)據(jù)網(wǎng)關將數(shù)據(jù)打包，通過自動傳輸方式上傳到示范縣項目監(jiān)測數(shù)據(jù)中心。數(shù)據(jù)中心根據(jù)相關規(guī)范及文件的要求，向縣能耗監(jiān)測數(shù)據(jù)中心、住建部數(shù)據(jù)中心上傳（如圖1和圖2所示）。

圖1 太陽能熱水系統(tǒng)數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)架構(gòu)示意圖

圖2 地源熱泵系統(tǒng)數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)架構(gòu)示意圖

1.2 可再生能源數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)設計

集中式太陽能熱水系統(tǒng)數(shù)據(jù)監(jiān)測抽檢率高于同一類型，每20個系統(tǒng)抽樣不少于1個系統(tǒng)。地源熱泵系統(tǒng)機房內(nèi)不同類型的機組抽樣大于1臺機組。以單戶為單位的熱泵系統(tǒng)，抽樣數(shù)量不少于2個系統(tǒng)，每個系統(tǒng)的機組抽樣不少于1臺機組。

1.2.1 太陽能熱水系統(tǒng)

太陽能熱水系統(tǒng)數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)由計量監(jiān)測設備、數(shù)據(jù)采集裝置和數(shù)據(jù)中心軟件組成。計量監(jiān)測設備包括室外溫度傳感器、太陽總輻射傳感器、集熱系統(tǒng)進出水溫度傳感器、集熱系統(tǒng)循環(huán)流量傳感器、輔助熱源電表等。主要設備及采集參數(shù)如下：

（1）室外溫度。太陽能熱水系統(tǒng)附近設計1個室外溫度傳感器（需有防輻射罩），當有多個太陽能熱水系統(tǒng)時，選擇1個典型系統(tǒng)設計1個室外溫度傳感器；

（2）太陽總輻射。平行于太陽能集熱器設計1個太陽總輻射傳感器，當一個系統(tǒng)的多個采光面或者傾角（傾角之差大于10°）設計有太陽能集熱器時，則平行于每個采光面或者傾角的太陽能集熱器均需設計1個太陽總輻射傳感器；

（3）集熱系統(tǒng)進出口溫度。在集熱系統(tǒng)的進出管路上各設計1個水溫度傳感器；

（4）集熱系統(tǒng)循環(huán)流量。在集熱系統(tǒng)的進水管或出水管路上設計1個水流量傳感器；

（5）輔助熱源。系統(tǒng)采用電熱鍋爐、電加熱器、空氣源熱泵機組等作為輔助熱源時，在系統(tǒng)輔助熱源的配電輸入端布置電能表，電能表的數(shù)量根據(jù)系統(tǒng)輔助熱源的配電系統(tǒng)情況確定；

（6）數(shù)據(jù)采集裝置。每個示范項目原則上只設計1個數(shù)據(jù)采集裝置，當項目的計量監(jiān)測設備分散設置時，需根據(jù)實際情況設計數(shù)據(jù)采集裝置。數(shù)據(jù)采集裝置應具有采集包括溫度傳感器、總輻射傳感器、流量傳感器和功率傳感器等信號的功能。數(shù)據(jù)采集裝置通道數(shù)應根據(jù)項目具體監(jiān)測要求確定，應預留2個以上數(shù)據(jù)采集通道。

1.2.2 地源熱泵系統(tǒng)

地源熱泵系統(tǒng)數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)由計量監(jiān)測設備、數(shù)據(jù)采集裝置和數(shù)據(jù)中心軟件組成。計量監(jiān)測設備包括室外溫度傳感器、系統(tǒng)用戶側(cè)進出水溫度傳感器、系統(tǒng)熱源側(cè)進出水溫度傳感器、系統(tǒng)用戶側(cè)循環(huán)流量傳感器、系統(tǒng)熱源側(cè)循環(huán)流量傳感器、系統(tǒng)耗電量監(jiān)測電表、機組用戶側(cè)進出水溫度傳感器、機組熱源側(cè)進出水溫度傳感器、機組用戶側(cè)循環(huán)流量傳感器、機組熱源側(cè)循環(huán)流量傳感器、機組輸入功率傳感器等。主要設備及采集參數(shù)如下：

（1）室外溫度。在地源熱泵系統(tǒng)機房附近設計1個室外溫度傳感器（應有防輻射罩），當有多個地源熱泵系統(tǒng)機房時，選擇1個典型機房設計1個室外溫度傳感器；

（2）系統(tǒng)熱源側(cè)、系統(tǒng)用戶側(cè)進出水溫度。在地源熱泵系統(tǒng)的熱源側(cè)和用戶側(cè)總進出水管各設計一個水溫度傳感器；

（3）系統(tǒng)熱源側(cè)、系統(tǒng)用戶側(cè)循環(huán)水流量。在地源熱泵系統(tǒng)的熱源側(cè)和用戶側(cè)總進出水管各設計一個循環(huán)水流量傳感器；

（4）系統(tǒng)耗電量。在地源熱泵系統(tǒng)的配電系統(tǒng)設計有獨立的配電回路時，在總配電回路輸入端設計1個普通電能表，當?shù)卦礋岜孟到y(tǒng)的配電回路分散設計時，需根據(jù)配電系統(tǒng)的實際情況確定普通電能表的設計數(shù)量；

（5）機組熱源側(cè)、機組用戶側(cè)進出水溫度。在地源熱泵機組的熱源側(cè)和用戶側(cè)進出水管各設計一個水溫度傳感器；

（6）機組熱源側(cè)、機組用戶側(cè)循環(huán)水流量。在地源熱泵機組的熱源側(cè)和用戶側(cè)進出水管各設計一個循環(huán)水流量傳感器；

（7）機組輸入功率。在地源熱泵機組配電輸入端設計一個功率傳感器或者普通電能表；

（8）數(shù)據(jù)采集裝置。每個示范項目原則上只設計1個數(shù)據(jù)采集裝置，當項目的計量監(jiān)測設備分散設置時，需根據(jù)實際情況設計數(shù)據(jù)采集裝置。數(shù)據(jù)采集裝置應具有采集包括溫度傳感器、流量傳感器和功率傳感器等信號的功能。數(shù)據(jù)采集裝置通道數(shù)應根據(jù)項目具體監(jiān)測要求確定，應預留2個以上數(shù)據(jù)采集通道。

1.3 可再生能源數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)設備參數(shù)

可再生能源數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)采用的計量設備和數(shù)據(jù)采集裝置性能參數(shù)滿足表1和表2的規(guī)定。

表1 計量設備性能參數(shù)選擇

表2 數(shù)據(jù)采集裝置性能參數(shù)要求

2 可再生能源數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)平臺展示

太陽能熱水系統(tǒng)及地源熱泵系統(tǒng)實時運行參數(shù)如圖3和圖4所示。

圖3 太陽能熱水系統(tǒng)環(huán)境溫度及進出水溫實時數(shù)據(jù)

圖4 地源熱泵系統(tǒng)水泵能耗實時數(shù)據(jù)圖

3 結(jié)論

崇明區(qū)可再生能源數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)建成后，用于崇明區(qū)的太陽能熱水系統(tǒng)以及地源熱泵系統(tǒng)的數(shù)據(jù)監(jiān)測，可在平臺上實時查詢太陽能熱水系統(tǒng)以及地源熱泵系統(tǒng)各參數(shù)的實時數(shù)據(jù)，分析各項目的運行狀態(tài)，為崇明可再生能源系統(tǒng)應用效果評價提供了有力的技術(shù)支撐。