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淺析基于物聯網技術的建筑能耗監測系統研究與應用

更新時間：2024-07-12

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安科瑞陳聰

摘要：物聯網技術與建筑節能減排相結合具有廣闊的應用前景。對建筑能耗監測系統和物聯網技術在建筑節能中的運用進行分析，從物聯網技術專業角度，剖析建筑能耗監測系統目前存在的問題，展望兩者結合的發展前景。基于物聯網技術對現有建筑能耗監測技術進行升級換代，將成為建筑節能領域新的發展方向。

關鍵詞:建筑能耗；監測系統；物聯網；建筑節能

0引言

建筑節能工作應以實際的建筑能耗數據為依據來評價建筑節能工作效果。對于實際運行的能耗數據，傳統的人工按月抄表方式不僅費時、費力，而且數據的及時性和準確性得不到保證。缺少足夠準確能耗數據支撐，將無法更深層次地分析和策劃節能工作，因此建立建筑能耗監測系統可大大減小數據不足帶來的影響。物聯網的技術應用，可以提升現有監測系統的監測水平，也是對監測平臺建設直接的技術支撐。本文從物聯網技術角度分析建筑能耗監測系統功能以及發展方向。

1建筑能耗監測系統運用分析

為了更深層次地分析和策劃建筑節能工作，制定更加合理的用能額度管理方式，就需要建立建筑能耗監測系統。這樣可以實現能耗數據的在線監測和動態決策分析。目前基于物聯網技術的建筑能耗監測系統由軟、硬件兩部分組成，其中：硬件主要由各種計量表具、能耗數據采集器、Zigbee無線節點模塊、數據服務器等其他計量和網絡設備構成；系統軟件是監控主站軟件，主要功能包括參數設置、數據采集、實時監測、數據分析以及數據報表等多模塊。該建筑能耗監測系統具有以下特點。

（1）可以對建筑能耗數據的實時監測和報警，定時采集參數并上傳，用戶可實時查詢能耗狀態，能夠全面監測能耗，提高節能管理工作水平。

（2）能夠直接顯示建筑能耗節能量，可方便用戶和節能工作監管部門了解建筑節能效果，為制定建筑能耗決策方案提供依據。

（3）采用Zigbee技術可以減少布線工作量，尤其對于建筑內部不方便布線的地方，工程實施更為便捷，而且該技術網絡擴展性強，方便后期維護。

2物聯網技術在建筑節能中的運用分析

物聯網技術及產業規模迅速擴增，在目前可持續發展和低碳經濟的社會背景下，物聯網和建筑節能技術相結合已經列入重點發展并支持的專項計劃。物聯網技術在建筑節能中的研究與運用主要體現在以下幾個方面。

（1）物聯網對現有的建筑能耗監測平臺建設具有直接的技術支撐和功能提升作用，可以實現能耗能效對標、能耗報警、節能量核算、節能診斷、使能源管理量化可評價并能夠提供能源管理數據依據。

（2）物聯網技術在建筑能源各子系統的運行狀態監測、安全防護與預測報警等方面具有十分重要的作用，可提升和完善現有能耗監測系統。

（3）物聯網技術運用在建筑能源系統上，可為建筑各能源系的優化運行機節能改造提供更加的計量數據，同時也是節能效果考量的重要平臺和保障措施。

3問題與方向

從物聯網技術專業角度來分析，目前的建筑能耗監測系統還存在以下問題，需要進一步探討及解決。

（1）從網絡架構的角度來看，現有的建筑能耗監測系統僅實現了建筑能耗數據的采集，能耗數據只能從終端采集設備向數據平臺的單向傳輸，還應該考慮增加信息反饋控制功能，以迅速調控建筑設備使用情況。

（2）目前的建筑能耗監測系統主要是針對建筑機電設備系統的監測和感知，只能滿足工程建設要求，因此還需要進一步研究從建筑能耗數據挖掘的角度，感知層物聯網傳感器的配置依據。

（3）基于物聯網技術的建筑能耗監測系統具有海量數據的特征，對該類數據的分析、挖掘與利用直接關系到系統建成后的使用功能及進一步開發。

4 Acrel-EIOT能源物聯網云平臺

（1）概述

Acrel-EIoT能源物聯網開放平臺是一套基于物聯網數據中臺，建立統一的上下行數據標準，為互聯網用戶提供能源物聯網數據服務的平臺。用戶僅需購買安科瑞物聯網傳感器，選配網關，自行安裝后掃碼即可使用手機和電腦得到所需的行業數據服務。

該平臺提供數據駕駛艙、電氣安全監測、電能質量分析、用電管理、預付費管理、充電樁管理、智能照明管理、異常事件報警和記錄、運維管理等功能，并支持多平臺、多語言、多終端數據訪問。

（2）應用場所

本平臺適用于公寓出租戶、連鎖小超市、小型工廠、樓管系統集成商、小型物業、智慧城市、變配電站、建筑樓宇、通信基站、工業能耗、智能燈塔、電力運維等領域。

（3）平臺結構

（4）平臺功能

◆電力集抄

電力集抄模塊可以實現對各種監測數據的查詢、分析、預警及綜合展示，以保證配電室的環境友好。在智能化方面實現供配電監控系統的遙測'、遙信、遙控控制，對系統進行綜合檢測和統一管理；在數據資源管理方面，可以顯示或查詢供配電室內各設備運行（包括歷史和實時參數，并根據實際情況進行日報、月報和年報查詢或打印，提高工作效率，節約人力資源。

變壓器監控

配電圖

◆能耗分析

能耗分析模塊采用自動化、信息化技術，實現從能源數據采集、過程監控、能源介質消耗分析、能耗管理等全過程的自動化、科學化管理，使能源管理、能源生產以及使用的全過程有機結合起來，運用的數據處理與分析技術，進行離線生產分析與管理，實現全廠能源系統的統一調度，優化能源介質平衡、有效利用能源，提高能源質量、降低能源消耗，達到節能降耗和提升整體能源管理水平的目的。

能耗概況

◆預付費管理

1）登陸管理：管理操作員賬戶及權限分配，查看系統日志等功能；

2）系統配置：對建筑、通訊管理機、儀表及默認參數進行配置；

3）用戶管理：對商鋪用戶執行開戶、銷戶、遠程分合閘、批量操作及記錄查詢等操作；

4）售電管理：對已開戶的表進行遠程售電、退電、沖正及記錄查詢等操作；

5）售水管理：對已開戶的表進行遠程售水、退水、記錄查詢等操作；

6）報表：提供售電、售水財務報表、用能報表、報警報表等查詢，本系統所有的報表及記錄查詢，都支持excel格式導出。

預付費看板

◆充電樁管理

通過物聯網技術，對接入系統的充電樁站點和各個充電樁進行不間斷地數據采集和監控，同時對各類故障如充電機過溫保護、充電機輸入輸出過壓、欠壓、絕緣檢測故障等一系列故障進行預警。云平臺包含了充電收費和充電樁運營的所有功能，包括城市級大屏、交易管理、財務管理、變壓器監控、運營分析、基礎數據管理等功能。

充電樁看板

◆智能照明

智能照明通過物聯網技術對安裝在城市各區域的室內照明、城市路燈等照明回路的用電狀態進行不間斷地數據監測，也可以實現定時開關策略配置及后臺遠程管理和移動管理等，降低路燈設施的維護難度和成本，提升管理水平，并達到一定節能減掛的效果。

監控頁面

◆安全用電

安全用電采用的剩余電流互感器、溫度傳感器、電氣火災探測器，對引發電氣火災的主要因素（導線溫度、電流和剩余電流）進行不間斷的數據跟蹤與統計分析，并將發現的各種隱患信息及時推送給企業管理人員，指導企業實現及時的排查和治理，達到消除潛在電氣火災安全隱患，實現“防患于未然”的目的。

◆智慧消防

通過云平臺進行數據分析、挖掘和趨勢分析，幫助實現科學預警火災、網格化管理、落實多元責任監管等目標。補了原先針對“九小場所”和危化品生產企業無法有效監控的空白，適應于所有公建和民建，實現了無人化值守智慧消防，實現智慧消防“自動化”、“智能化”、“系統化”、用電管理“精細化”的實際需求。

（5）系統硬件配置

分類	產品型號	外觀	產品功能
無線測溫	ARTM-Pn		可監測電壓、電流、頻率、有功功率、無功功率、電能，可接收60個無線溫度傳感器溫度
無線測溫	ATC600	$C:\Users\wangshihui\Desktop\智能配電產品圖品2019.12.13\ARTM\ATC\ATC600\7E7A9790.jpg7E7A9790$	ATC600有2種工作模式：終端(-C)、中繼(-Z)，可根據項目布局選擇配置。可接收240個無線溫度傳感器溫度
光伏監控	AGF		光伏電池串開路報警，可以配合組串電壓進行綜合判斷；帶3路開關量狀態監測，用于采集直流斷路器、防雷器等輸出空接點狀態；一次電流采用穿孔方式接入，安裝方便；測量元件采用霍爾傳感器，隔離測量電流20A；電壓測量功能可測量母線電壓DC1500V
電力監控	AEM96		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、歷史電能統計、開關量事件記錄、歷史值記錄、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
電力監控	APM系列		全電量測量，四象限電能，復費率電能，儀表內部溫度測量，總有功、總無功、總視在電能脈沖輸出、秒脈沖等可選。三相電流、有功功率、無功功率、視在功率實時需量及需量(包含時間戳)。電流、線電壓、相電壓、有功功率、無功功率、視在功率、功率因數、頻率、電流總諧波、電壓總諧波的本月值和上月值(包含時間戳)。中文顯示，有功電能0.2s級。
預付費	DDSY		單相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量。有功電能計量（正、反向），A、B、C分相正向有功電能，支持4個時區、2個時段表、14個日時段、4個費率需量及發生時間，實時需量，歷史凍結數據購電記錄；8位段式LCD顯示、背光顯示；有功電能脈沖輸出；有功電能精度1級，無功電能0.5s級。
預付費	DTSY		三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量。有功電能計量（正、反向），A、B、C分相正向有功電能，支持4個時區、2個時段表、14個日時段、4個費率需量及發生時間，實時需量，歷史凍結數據購電記錄；8位段式LCD顯示、背光顯示；有功電能脈沖輸出；有功電能精度1級，無功電能0.5s級。
智能抄表	ADL200		單相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量。總電能計量（反向計入正向），3個月歷史電能數據凍結存儲；8位段式LCD顯示；有功電能脈沖輸出；有功電能精度1級，無功電能2級。
	ADL400		三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量。（正、反向）有功、無功電能計量；A、B、C分相正向有功電能計量；2-31次諧波電壓電流；12位段式LCD顯示、背光顯示，電能精度0.5s級。
	ADW210		4路三相電壓、電流、功率、功率因數、頻率測量；電壓電流相角、電壓電流不平衡度測量；電壓電流2-31次分次諧波及總畸變測量；當月及上三月的電壓、電流、功率值記錄；需量及上十二月歷史需量記錄；事件記錄、復費率、四象限電能及歷史電能記錄；支持12路開關量輸入4路開關量輸出；支持12路測溫4路剩余電流測量；有功電能精度1級。
	ADW300		三相電壓、電流、功率、功率因數、頻率測量；電壓電流相角、電壓電流不平衡度測量；電壓電流2-31次分次諧波及總畸變測量；當月及上三月的電壓、電流、功率值記錄；需量及上十二月歷史需量記錄；事件記錄、復費率、四象限電能及歷史電能記錄；支持4路開關量輸入、2路開關量輸出；支持4路測溫；支持1路剩余電流測量；支持本地顯示及按鍵設置；有功電能精度1級。通訊方式：支持RS485通訊、Lora無線通訊、4G通訊；WIFI通訊
直流電能表	DJSF1352		1.精度：1級或0.5級，帶±12V電壓輸出用于霍爾傳感器供電 2.測量：電壓、電流、功率、正反向電能，支持雙路計量。
電氣	ARCM300-Z		三相（I、U、Kw、Kvar、Kwh、Kvarh、Hz、cosΦ），視在電能、四象限電能計量，單回路剩余電流監測，4路溫度監測，2路繼電器輸出，2 路開關量輸入，支持斷電報警上傳
電氣	AAFD-DU		監測故障電弧、漏電、溫度兩路無源干接點（開關量）輸入兩路無源常開觸點（開關量）輸出
充電樁	ACX系列		充滿自停、斷電記憶、短路保護、過載保護、空載保護、故障回路識別、遠程升級、功率識別、獨立計量、告警上報。支持投幣、刷卡，掃碼、免費充電，
充電樁	AEV_AC007		額定功率7kW,單相三線制，防護等級IP65,具備防雷保護、過載保護、短路保護、漏電保護、智能監測、智能計量、遠程升級，支持刷卡、掃碼、即插即用。通訊方式：4G、藍牙、Wifi
智慧照明	ASL200		遙控輸出兩路無源干接點（開關量）輸入兩路無源常開觸點（開關量）輸出