重慶市建筑可再生能源運行監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用

摘要：探討重慶市建筑可再生能源運行監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用，重點介紹系統(tǒng)的架構(gòu)、功能及其在悅來生態(tài)城項目中的實際應(yīng)用。系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)采集、存儲、處理和展示，實時監(jiān)測太陽能熱水系統(tǒng)和地源熱泵系統(tǒng)的運行狀態(tài)，提高能效，降低運營成本。系統(tǒng)具備實時數(shù)據(jù)監(jiān)測、歷史數(shù)據(jù)記錄與分析、能效評估與優(yōu)化、故障診斷與預(yù)警、報表生成與導(dǎo)出、遠程監(jiān)控與管理、用戶權(quán)限管理及數(shù)據(jù)可視化等功能，確?？稍偕茉丛O(shè)備的高效、安全運行。

關(guān)鍵詞：可再生能源；運行；監(jiān)測系統(tǒng)

中圖分類號：TU855 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1008-9500（2024）08-0-03

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2024.08.066

Design and Application of Renewable Energy Operation Monitoring System for Buildings in Chongqing

SONG Lianjie1， LIN Xueshan2

（1. China 19th Metallurgical Corporation， Chengdu 610031， China;

2. Chongqing Polytechnic University of Electronic Technology， Chongqing 401331， China）

Abstract： The threads explore the design and application of a renewable energy operation monitoring system for buildings in Chongqing， with a focus on the system’s architecture， functions， and practical application in the Yuelai ecological city project. The system monitors the real-time operation status of solar water heating systems and ground source heat pump systems through data collection， storage， processing， and display， improving energy efficiency and reducing operating costs. The system has functions such as real-time data monitoring， historical data recording and analysis， energy efficiency evaluation and optimization， fault diagnosis and warning， report generation and export， remote monitoring and management， user permission management， and data visualization， ensuring the efficient and safe operation of renewable energy equipment.

Keywords： renewable energy ; operation ; monitoring system

目前，重慶市已建成多個太陽能熱水系統(tǒng)、地源熱泵系統(tǒng)、分布式光伏發(fā)電項目等建筑用可再生能源，能夠有效降低建筑物對傳統(tǒng)能源依賴，顯著減少溫室氣體排放，提升城市環(huán)境質(zhì)量[1]。此外，隨著綠色建筑理念的普及和相關(guān)政策的推動，建筑可再生能源的推廣已成為實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。重慶市渝北區(qū)悅來生態(tài)城建筑可再生能源集中供能項目，服務(wù)建筑面積超過100萬m2，建有3個集中能源站點，保證片區(qū)供能[2]。隨著建筑可再生能源項目規(guī)模的擴大，如何高效地監(jiān)測和管理建筑可再生能源系統(tǒng)，確保其穩(wěn)定運行和最佳效能，成為急需解決的問題。在建筑可再生能源系統(tǒng)管理過程中，系統(tǒng)運行及數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)扮演著至關(guān)重要的角色[3]。基于重慶市建筑可再生能源，設(shè)計了可再生能源運行監(jiān)測系統(tǒng)，能夠提高能源管理水平，為實現(xiàn)區(qū)域能源轉(zhuǎn)型和綠色發(fā)展提供有力支撐。

1 可再生能源運行監(jiān)測系統(tǒng)架構(gòu)

1.1 總體設(shè)計

重慶市建筑可再生能源運行監(jiān)測系統(tǒng)的總體設(shè)計基于高效、穩(wěn)定、可擴展原則，旨在綜合監(jiān)測與管理多種可再生能源系統(tǒng)[4]。系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，主要包括平臺層、應(yīng)用層、數(shù)據(jù)層以及展示層，如圖1所示。

在數(shù)據(jù)采集層，系統(tǒng)利用各種傳感器和儀表，實時采集太陽能熱水系統(tǒng)、地源熱泵系統(tǒng)等設(shè)備的運行狀態(tài)和能效參數(shù)。數(shù)據(jù)傳輸層通過無線網(wǎng)絡(luò)、有線網(wǎng)絡(luò)等多種傳輸方式，將采集的數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)中心。在數(shù)據(jù)存儲與處理層，系統(tǒng)利用大數(shù)據(jù)技術(shù)和云計算平臺，高效存儲、處理以及分析海量數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)展示層通過友好的用戶界面，以圖表、報表等形式直觀地展示分析結(jié)果，便于管理人員進行決策和優(yōu)化。

1.2 系統(tǒng)組成部分

1.2.1 平臺層

平臺層是系統(tǒng)的基礎(chǔ)支撐部分，提供實時數(shù)據(jù)服務(wù)、歷史數(shù)據(jù)服務(wù)、信息發(fā)布服務(wù)、通用圖形服務(wù)以及通用計算服務(wù)等基礎(chǔ)服務(wù)。通過這些服務(wù)，確保系統(tǒng)穩(wěn)定運行，并支持其他各層的數(shù)據(jù)處理和應(yīng)用需求。

1.2.2 數(shù)據(jù)層

數(shù)據(jù)層是系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理中心，主要負責(zé)數(shù)據(jù)的采集、存儲和管理。該層包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲以及數(shù)據(jù)管理模塊，利用分布式數(shù)據(jù)庫和大數(shù)據(jù)處理平臺，高效存儲、清洗、分析以及挖掘采集到的海量數(shù)據(jù)。利用機器學(xué)習(xí)和人工智能算法，預(yù)測系統(tǒng)運行狀況和診斷系統(tǒng)故障，從而提高系統(tǒng)的智能化管理水平。

1.2.3 應(yīng)用層

應(yīng)用層是系統(tǒng)的數(shù)據(jù)應(yīng)用和分析部分，提供綜合用電分析、高級應(yīng)用分析及統(tǒng)計報表生成等功能。深入分析數(shù)據(jù)層的數(shù)據(jù)，應(yīng)用層能夠?qū)崿F(xiàn)對系統(tǒng)運行狀態(tài)和能效的全面分析與評估，幫助管理人員優(yōu)化系統(tǒng)運行策略，提高能源利用率。

1.2.4 展示層

展示層是系統(tǒng)的用戶交互界面，通過在線監(jiān)測、系統(tǒng)門戶、運行管理以及監(jiān)測管理等功能模塊，將復(fù)雜的數(shù)據(jù)分析結(jié)果以圖表、報表等形式直觀地展示給用戶。用戶可以通過這些工具實時查看系統(tǒng)的運行狀態(tài)、能效分析結(jié)果和歷史數(shù)據(jù)趨勢，便于實時監(jiān)控和做出決策。

2 可再生能源運行監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

2.1 太陽能熱水系統(tǒng)運行監(jiān)測

太陽能熱水系統(tǒng)運行監(jiān)測由計量監(jiān)測、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)中心軟件3部分組成，采用多種傳感器和數(shù)據(jù)采集設(shè)備，實時監(jiān)測輻射度、環(huán)境溫度、循環(huán)流量、進口溫度以及出口溫度等運行參數(shù)，形成完整監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)。

太陽能熱水系統(tǒng)運行監(jiān)測流程如下。一是輻射度監(jiān)測，將JTBQ-2太陽總輻射傳感器安裝在太陽能集熱器附近位置，實時監(jiān)測輻射度[5]。二是環(huán)境溫度監(jiān)測，將帶防輻射罩的室外溫度傳感器安裝在太陽能熱水系統(tǒng)附近位置，實時監(jiān)測環(huán)境溫度。三是循環(huán)流量監(jiān)測，在集熱系統(tǒng)出水管路上安裝水流量傳感器，實時監(jiān)測循環(huán)流量。四是進出口溫度監(jiān)測，集熱系統(tǒng)進出管路上安裝水溫度傳感器，實時監(jiān)測系統(tǒng)進出口水溫，確保系統(tǒng)在最佳溫度范圍內(nèi)運行。五是數(shù)據(jù)采集裝置，安裝一個總數(shù)據(jù)采集裝置，實時采集監(jiān)測參數(shù)。六是數(shù)據(jù)傳輸與存儲，采用無線傳感網(wǎng)絡(luò)（Wireless Sensor Networks，WSN）或有線傳輸方式，將采集的數(shù)據(jù)傳輸至中央控制系統(tǒng)或云平臺進行存儲和處理，確保數(shù)據(jù)的可靠傳輸和安全存儲。七是數(shù)據(jù)分析與預(yù)警，利用大數(shù)據(jù)分析和機器學(xué)習(xí)算法深入分析數(shù)據(jù)，及時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)運行中的異常情況，并提供預(yù)警和故障診斷支持，確保系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

2.2 地源熱泵系統(tǒng)運行監(jiān)測

地源熱泵系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測方法旨在全面掌握系統(tǒng)的運行狀態(tài)和能效表現(xiàn)，確保系統(tǒng)高效和穩(wěn)定地運行。地源熱泵系統(tǒng)運行監(jiān)測如圖2所示。

地源熱泵系統(tǒng)運行監(jiān)測流程如下。一是在系統(tǒng)機房附近位置安裝帶防輻射罩的室外溫度傳感器，監(jiān)測室外溫度。二是在系統(tǒng)熱源及用戶側(cè)總進出水管路上安裝水溫度傳感器，實時監(jiān)測進出口水溫，確保系統(tǒng)在最佳溫度范圍內(nèi)運行。三是在系統(tǒng)熱源及用戶側(cè)總進出水管路上，安裝循環(huán)水流量傳感器，實時監(jiān)測水流量。四是在配電系統(tǒng)安裝普通電能表，監(jiān)測系統(tǒng)耗電量。五是在機組熱源及用戶側(cè)進出水管路上安裝水溫傳感器，實時監(jiān)測機組進出口水溫，確保機組在最佳溫度范圍內(nèi)運行。六是在機組熱源及用戶側(cè)進出水管路上安裝循環(huán)水流量傳感器，實時監(jiān)測機組的循環(huán)水流量，了解機組供熱和供冷情況。七是在機組配電輸入端安裝功率傳感器，實時監(jiān)測機組功率。八是安裝數(shù)據(jù)采集裝置，采集監(jiān)測參數(shù)。

3 可再生能源運行監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用

該建筑可再生能源運行監(jiān)測系統(tǒng)是一套集成化管理工具，能夠有效為管理人員提供全面、準確、實時的數(shù)據(jù)監(jiān)測和分析服務(wù)。建筑可再生能源運行監(jiān)測系統(tǒng)完成設(shè)計后，接入重慶市渝北區(qū)悅來生態(tài)城項目，用于監(jiān)測該項目中的太陽能熱水系統(tǒng)以及地源熱泵系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)，分析項目的運行狀態(tài)，通過采集、存儲、處理和展示太陽能熱水系統(tǒng)、地源熱泵系統(tǒng)等可再生能源設(shè)備的數(shù)據(jù)，有助于優(yōu)化可再生能源運行，提高能效，降低運營成本。

建筑可再生能源運行監(jiān)測系統(tǒng)具備實時數(shù)據(jù)監(jiān)測、歷史數(shù)據(jù)記錄與分析、能效評估與優(yōu)化、故障診斷與預(yù)警、報表生成與導(dǎo)出、遠程監(jiān)控與管理、用戶權(quán)限管理以及數(shù)據(jù)可視化等功能。該系統(tǒng)能夠?qū)崟r采集并展示設(shè)備的運行數(shù)據(jù)，如溫度、壓力、流量和能量消耗，并通過圖表、報表直觀呈現(xiàn)。

該系統(tǒng)具有以下功能：一是存儲并分析歷史數(shù)據(jù)，評估長期表現(xiàn)；二是集成能效評估算法，識別低效環(huán)節(jié)并優(yōu)化系統(tǒng)；三是具備智能故障診斷和預(yù)警功能，確保系統(tǒng)穩(wěn)定運行；四是支持生成多種報表，便于記錄和分享；五是通過互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)遠程監(jiān)控和管理；六是提供多級權(quán)限管理，保障數(shù)據(jù)安全并促進團隊協(xié)作；七是采用多種數(shù)據(jù)可視化工具，使數(shù)據(jù)更易理解和分析。通過以上功能，可再生能源數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)平臺能夠有效提高管理效率，確?？稍偕茉丛O(shè)備的高效、安全運行，為用戶提供全面的能源管理方案。

4 結(jié)論

本研究通過設(shè)計和應(yīng)用建筑可再生能源運行監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)對重慶市建筑可再生能源設(shè)備的全面監(jiān)測和高效管理。應(yīng)用結(jié)果表明，重慶市建筑可再生能源運行監(jiān)測系統(tǒng)通過實時數(shù)據(jù)采集和智能分析，可以顯著提高可再生能源系統(tǒng)能效，降低運營成本，并保障設(shè)備穩(wěn)定運行。未來，研究應(yīng)繼續(xù)優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計，探索更多智能化功能，以進一步提高管理效率和系統(tǒng)可靠性。此外，加強系統(tǒng)的推廣應(yīng)用，有助于推動重慶市乃至全國的可再生能源利用和綠色建筑發(fā)展，助力實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。

參考文獻

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