公共建筑能耗监测平台研究和示范项目

作者：江湖笑笑生目 录1 绪论11.1选题背景11.2国内外研究现状11.2.1 相关领域国外技术现状、发展趋势11.2.2 国内现有工作现状21.3本文研究的内容和目标41.3.1 研究目标41.3.2 研究与开发的具体内容42 能耗监测计量管理系统总体设计52.1 能耗监测计量管理系统论述52.2 系统组成52.3 能耗监测计量管理102.3.1 图形化监视系统102.3.2 能耗数据采集102.3.3 能耗检测计量管理112.3.4 数据显示、统计、分析和预警功能122.3.5 联网温控器设计依据及应用133 能耗监测系统设备分析163.1能耗监测管理平台软件163.2能耗数据采集器163.3空调冷热量表193.4联网温控器203.5网络直读水表、电表214 能耗监测数据的开发利用225 结论231 绪论1.1选题背景2009年4月29日，世界可持续发展工商理事会在北京发布报告称，全球建筑物的能源消耗约占全社会能源消耗的 40%，是工业能源消耗的 1.5 倍。时至今日，已有研究表明，全球建筑物能源消耗约已达全球能耗消耗的 50%，其中的45%用于为建筑物提供采暖、制冷、供电和照明等，其余的 5%消耗在建筑物的建造过程。在我国，建筑能耗目前也已占全国能源消耗的 20%左右。近年来，我国的建筑业发展神速，平均每年新建成的建筑面积约 20 亿平方米，用于建筑能耗的能源消耗每年大约达到 6亿吨标准煤。目前，我国社会总能耗的中，28%左右为建筑业能耗消耗。如果按照这种趋势发展下去，2020年我国建筑新增量相当于目前建筑总量的1.3倍。因此，要实现城市建设的可持续发展，就要大幅降低建筑能耗。随着我国经济体制改革的深入和对外开放领域的扩大，截止到 2012 年，公共建筑面积约为 83.3亿平方米，能耗（不含北方采暖）为1.82亿吨标准煤,占建筑总能耗的 26.4%，其中电力消耗为 4900亿kWh。2001-2012年，公共建筑单位面积能耗从 16.5kgce/m2增长到 21.916.5kgce/m2，能耗强度增长33%，能耗总量增长近1.6倍。自2000年以来，我国大中型公共建筑的数量越来越多，同时过于追求奢华，（如各地政府大楼，高档文化设施，高档交通设施和高档写字楼等），各种造型另类，能耗巨大的“政绩工程”成为某种体现经济发展水平的“标签”，势必会影响我国经济和社会发展战略目标的实现。因此，对公共建筑能耗进行监测、节能分析与优化的研究，有着重大的意义。1.2国内外研究现状1.2.1 相关领域国外技术现状、发展趋势西方国家对公共建筑能耗的统计起步较早，自20世纪70年代起就陆续开始采用统计的方法在全国范围内进行公共建筑能耗统计。二十世纪80年代，美国为正确预测未来的电力需求，对大量公共建筑进行了建筑能耗监测，获取了相当多的监测数据。1976年，英国也开始对部分建筑物进行能耗的监测并对数据进行详分析。在英国和美国之后，印度对首都新德里的50多幢公共建筑进行了能耗统计工作。目前，国际能源署（IEA）、美国能源信息署（EIA）和日本能源经济研究所 (IEEJ)的数据库由于收集建筑物数量较多而使用广泛，又对其能源类型统计分析并公布，拥有比较细致全面的数据。随着数字通信技术的发展，数据的采集和传输采用标准的双铰屏蔽线作为传输介质，不仅抗干扰能力强，且传输介质价廉物美因。1.2.2 国内现有工作现状我国也积极推进建筑能耗监测系统建设，根据清华大学建筑节能研究中心建立的中国建筑能耗模型（CBEM）的研究结果，可以对我国从2001-2012年的建筑能耗状况进行系统的分析，从相关统计监测数据中寻找科学管理建筑用能的依据，以此来制定建筑用能制度和建筑节能改造政策。通过几年来的工作，已经形成相当多的成果。截止到2012年底，全国共完成国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗统4000栋，完成能源审计9675栋，公示了近8342栋建筑的能耗状况，已对3860余栋建筑的能耗进行了动态监测。在这些研究中，清华大学江亿院士主持、清华大学建筑节能研究中心开发的“大型公共建筑电耗分项计量与实时分析系统”针对具体建筑物进行数据采集及系统的分析，取得了一定的成果。同济大学、山东建筑大学等高校研发的能耗监测系统或相关技术也相继投入运行。在建筑节能的大趋势和政府的导向下，国内发展了近百个建筑能耗监测平台，其99%的性质是能耗监测，而不是能量管理。目前上海的市级政府办公建筑和大型公共建筑能耗监测平台已经接入了1200栋以上建筑的能耗数据。能耗监测平台以为政府获取实时、可靠的建筑用能设备统计数据、进行能耗总量分析为目的，长期目标是获得各类别公共建筑的用能基准，优化建筑用能的宏观管理，建立用能约束机制，为决策能源生产和计划调度提供可靠依据，但其本身不为决策能源生产和计划调度提供可靠依据，但其本身不能直接节能，需要通过人工宏观管理节能；支撑的数据类别和频度过于简单，难于满足节能的需求；平台要求建筑物业主上传数据，而尚没有建立反馈机制，即对于建筑物的运行指导少，因而在推行中遇到了一定的困难。相比之下，国外早在十几年之前就推行针对建筑物的能量管理平台。在拓扑结构上更强调与第三方系统的接口，特别建立了与BA的双向通信和平台对于BA的反馈机制，以实现优化控制策略；其上传的数据类别远多于能耗监测系统平台，除了能耗数据还包括设备状态数据；其业务层功能远远超出建筑能耗监测平台的统计和分析，更关注于用能系统系统级和设备级的能效的深度分析以及用能系统的诊断和优化控制策略。其中，包括了大量的定量分析和数学模型，通过对建筑物负荷的预测按需供能，对运行起到了良好的指导作用；其节能手段更多地注重控制策略节能，而不仅仅是更换效率低下的用能设备，因而得到了业主的支持和欢迎。由于建筑能量管控系统上传了大量的用能系统和设备的状态数据，非常有利于实现设备的远程运行和维护。因此远程设备维护平台成为建筑能量管控平台延伸的一个新的方向。远程设备系统维护平台可以为弱电集成商施工过或正在施工后期的项目提供技术服务，可以节省工程部门竣工后“三保”服务成本，是集成商产值的新增长点；远程设备系统维护平合适合于大型设备供应商建立世界级的技术服务体系；远程设备系统维护平台也非常符合物业管理的能源托管服务的新方向。建立远程设备维护平台要注意建立设备编码规则，实现设备编码规则的标准化。远程建筑设备维护平台要注意与BIM的关系。但目前BIM的模型主要关注结构和安装，关于设备模型则不够成熟。所以设计远程设备维护平台时主要应考虑与BIM的接口。智慧城市能量管控平台将城市级能耗监测平台和建筑级能量管控平台融合为一体智慧城市建设的发展将城市一级的能源管理平台提上日程，并且把上述能耗监测平台和建筑能量管理平台融合在一起。城市建筑能源管理模块将采用二级结构，即每一栋公共建筑或建筑群将建设能源管控系统。智慧城市能源管理平台将不限于建筑，而囊括工业、交通、电力及输配电、城市热力网、区域能源中心、物流、环境、服务等领域的能源管理。城市能源管理系统也将和城市安全防范系统关联在起。由于数据量的巨大，传统架构将不能适应城市级的智慧能源管理平台。因此，城市级的智慧能源管理平台将采用Hadoop的大数据架构和分布式存储体系，以保障数据的可靠和良好的响应速度。为了降低雏护成本，平台有可能采用DC或信息中心托管方式，以便提高硬件的成本，同时有利于采用云技术和虚拟技术。目前建筑能耗监测平台采用的城市、区的两级架构可能不复存在，代之以城市级的智慧能源管理平台和针对建筑或建筑群的能量管控系统平台。由于目前公网带宽等因素的制约，针对建筑和建筑群的能量管控平台可以采用传统IT架构。1.3本文研究的内容和目标1.3.1 研究目标主要研究目标：依托绿地汉口一号建设项目，研究公共建筑能耗监测系统建设有关的数据采集、数据传输、节能分析。通过对公共建筑中，末端计量采集表具的能耗分项监测，实现建筑的分项计量、能源管理等工作，并最终与省级数据中心相连。1.3.2 研究与开发的具体内容关于数据应用的研究主要集中在几个方向，一是数据质量提升的研究， 由于能耗监测数据从建筑采集到传输都有可能出现一些问题， 如监测电表损坏、网络通信中断、数据丢包等， 从而导致监测平台收到的数据有误， 这对后续数据的挖掘与研究都有着重大的影响， 因此数据质量提升是数据应用的前提， 是至关重要的一个环节；二是宏观管理层面的数据应用研究， 利用监测数据为政府部门政策制定、标准制定等提供数据支撑； 三是面向单体建筑的节能管理与优化运行研究， 通过建筑自身能耗监测数据进行预测， 发现建筑运行问题， 提出优化策略等。但目前，能耗监测数据的应用仍在探索发展阶段， 具有很大的发展空伺， 本文公共建筑能耗监测平台近几年的运行实践情况， 运用大数据分析思路， 对公共建筑能耗监测数据应用方法及应用方向进行探讨， 希望由点到面带动全国公共建筑节能领域的智能化和产业化发展， 为建筑节能减排、城市精细化管理提供助力。（1）数据采集 （2）数据远程传输（3）数据库建设与管理 （4）数据中心的建设（5）数据监测及误差分析2 能耗监测计量管理系统总体设计2.1 能耗监测计量管理系统论述数据是能耗监测计量管理分析的基础，对于建筑物来说，需要采集的数据指标分为建筑基本情况数据和能耗数据采集指标两大类。能耗监测计量管理系统的分析基础来自于建筑内的各种能耗数据的采集，依据建筑物的不同功能区域和系统设计，针对能耗监测计量管理系统的分析需要进行选择性的数据采集。能耗数据采集指标包括各分类能耗和分项能耗的逐时、逐日、逐月和逐年数据，以及各类相关能耗指标。建筑用能是节能工作的重点。能够定量描述建筑能耗具体状况的能耗具体数据便是建筑节能工作的重要基础。若得不到建筑能耗具体数据，就无从谈起节能的成效。以后还要执行用能定额和超定额加价制度，并推行各种节能管理和节能改造，核心的问题就是必须建立能耗监测平台，实现各个用能子系统的分项计量，监测平台对各类重点建筑进行建筑用能的实时监测，建立重点建筑能耗数据库。能耗监测是指通过对国家机关办公建筑和大型公共建筑安装类和分项能耗计量装置，采用远程传输等手段及时采集能耗数据，实现重点建筑能耗的在线监测和动态分析功能的硬件系统和软件系统的统称。能耗监测平台系统由现场监测子系统、远程传输网络、能耗监测平台3部分组成。其中，现场监测子系统由各种计量装置所组成，构成建筑内部的监测传输网络；远程传输网络是指实现建筑现场计量装置与后方能耗监测平台的数据通信的网络；能耗监测平台由数据库服务器、web服务器等组成，完成能耗数据的动态监听及分析处理工作。2.2 系统组成能耗监测计量管理计量系统结构如下图所示：整个能耗监测计量管理系统由管理中心、主干通信网络、数据采集器、前端智能仪表等组成，实现对医院各公共建筑现场及远程能耗（电、水、气、冷、热量的分类计量以及电能的分项计量，动力、空调和照明节能控制）实时动态监测、能耗管理及能效分析工作，帮助业主实现持续管理能源并降低能耗，同时为与上一级能耗监测计量管理和管理系统连接预留系统接口。采用远程传输等手段及时采集能耗数据，对建筑能耗进行分类、分项精确计量，计量数据远程传输，数据采集与存贮，数据统计与分析，数据发布与远传；支持DL/T645-1997、CJ/T188-2004、GB/T19582-2008，全面采集各种计量仪表的实时数据。分类计量根据建筑消耗的主要能源种类划分进行采集和整理的能耗数据，如：电、气、水、空调等。分项计量根据建筑消耗的各类能源的主要用途划分进行采集和整理的能耗数据，如：空调用电、动力用电、照明用电等。大数审核对数据进行分析对比审查，审查数