物聯(lián)網技術下的公共建筑能源管理系統(tǒng)
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摘要:在能源形勢緊張的大趨勢下，高能耗的大型公共建筑能源管理系統(tǒng)的建設逐漸受到重視，以物聯(lián)網技術及基礎的建筑能源管理平臺可以提供即時、準確、高效的能源管理策略。系統(tǒng)闡述了結合物聯(lián)網技術的建筑能源管理構建方法，對物聯(lián)網體系結構與建筑能源管理系統(tǒng)的相關性進行了分析，并從能耗數據收集、能源審計、能源管理這三個層級探討了這兩者的應用結合方法，為公共建筑能源管理系統(tǒng)的升級與優(yōu)化提供了一定的思路。
關鍵詞:物聯(lián)網;公共建筑;能耗監(jiān)測;建筑能源管理
隨著我國經濟的快速發(fā)展，城市化進程不斷加快，能源的使用量也出現快速上漲的趨勢。而建筑能耗、工業(yè)能耗和交通運輸能耗是我國能源消耗的三大主力，其中建筑能耗大約占據了總能耗的30%。黨的十八大提出了建設資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會的目標，在這樣的背景下，尋找新的建筑能源管理方法和技術，對建筑耗能設備進行整體管理優(yōu)化是當前節(jié)能工作的趨勢所在。當前，我國信息科技的快速發(fā)展，互聯(lián)網技術成為國家各產業(yè)結構轉型改革的切入點和帶動者，基于互聯(lián)網技術發(fā)展的物聯(lián)網研究逐漸成為各領域關注的焦點。物聯(lián)網技術是信息科技技術非常重要的部分，利用物聯(lián)網技術進行建筑能源管理平臺的研究，結合物聯(lián)網技術對建筑耗能設備的能源數據進行實時采集和管理，可以更加有效的實現建筑能源精細化管理，為大型公共建筑節(jié)能減排提供技術支撐。
1新時代背景下的建筑能源管理需求
多項研究表明，在所有的建筑能耗中，大型公共建筑的能源消耗大、能源利用率低，尤其是運行能耗的控制水平整體偏低，已經逐漸成為我國目前能源問題的關鍵。建筑能源管理指的是，通過系統(tǒng)化的控制建筑物能源消耗及能源消耗模式的策略，在滿足建筑內舒適度等各方面要求的前提下，使得能耗量和能耗費用最小化［1］。建筑能源管理的前提是對建筑能源消耗的監(jiān)測和統(tǒng)計，高效的能源管理必須建立在充分的能耗監(jiān)測和精確的能源統(tǒng)計之上。這就包括了對建筑用能系統(tǒng)，包括暖通空調系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)等的全面監(jiān)測，以及對各類設備分類分項的能耗數據的采集、整理與分析。而過往采用傳統(tǒng)方法進行能耗統(tǒng)計與分析，由于公共建筑設備數量和種類多樣，設備數量、規(guī)格、型號、功率等各不相同(見表1，表2)，因此能源統(tǒng)計獲取的數據量龐大、數據類型多種多樣，進行能源審計的工作量和工作難度都較高，這在一定程度上阻礙了相關能源管理工作的開展。尤其是對于建筑集群來說，傳統(tǒng)的建筑能耗統(tǒng)計無法滿足多棟建筑同時展開的綜合能源管理。因此，隨著公共建筑的類型和體量的不斷增加，在建筑能源管理的體系中，亟需引入一種高效率、低成本，同時可以實現大規(guī)模建筑集群能源消耗的實時監(jiān)測與能耗數據收集的新型技術。隨著現代網絡技術的快速發(fā)展，物聯(lián)網成為解決這一問題的重要選擇，物聯(lián)網技術可以對建筑中各類設備的大量能耗數據進行實時監(jiān)測和收集，并整合到統(tǒng)一的能源管理平臺，對其進行數據處理與分析，從而幫助管理者對區(qū)域化的建筑集群能源消耗展開統(tǒng)籌管理。
2物聯(lián)網技術的概念
物聯(lián)網的概念在1985年由PeterT．Lewis提出后，經過多年的發(fā)展已經日趨成熟。物聯(lián)網，即InternetofThings，它的本質是物體和物體之間相互進行連接所建立的網絡，它是互聯(lián)網的一部分，同時還可以與互聯(lián)網進行并網的處理。物聯(lián)網技術可以通過多種不同的傳感器模塊，對需要的監(jiān)控、連接、互動的設備的各項數據進行實時采集，它主要用于企業(yè)之間的緊密聯(lián)系，可以實現供應鏈中各個節(jié)點，包括物與物、物與人等的網絡連接和信息共享，從而實現高效快捷的管理。物聯(lián)網在本質上是通過局域網進行設備識別和數據交互的，這也就意味著物聯(lián)網必然是以互聯(lián)網網絡為基礎的，同時它也是在互聯(lián)網網絡基礎上的延伸，此外，物聯(lián)網的用戶擴張到了互聯(lián)網中的設備和設備之間，這些在同一個網絡下的設備也可以進行數據交互。物聯(lián)網實際上是一種將物與物相連，并將多種感知設備和傳輸設備相融合的聚合性復雜系統(tǒng)，它的體系結構在技術上包含三層，傳感層、傳輸網絡層和應用網絡層。傳感層是基層，包含各類傳感器設備并提供泛在的感知網絡;傳輸網絡層在物聯(lián)網層次中處在中間層，它由信息和管理中心組成;應用網絡層則是物聯(lián)網的最頂層，它是用戶終端，通過用戶的操作可以進行網絡中相關設備的信息交互。
3物聯(lián)網技術在建筑能源管理中的應用
公共建筑能源管理系統(tǒng)包含了設置在建筑中不同位置的物聯(lián)網終端、物聯(lián)網能源管理平臺以及通信設施，而物聯(lián)網獨特的體系結構剛好可以對應滿足建筑能源管理系統(tǒng)的多層需求(見圖1)。其中，傳感層主要是通過各終端設備實時采集建筑能源消耗數據，它也是物聯(lián)網能源管理的前提和基礎，通過傳感器完成能耗數據信息的采集。對于建筑能源管理系統(tǒng)來說，傳感層數據實現高效收集和精細化管理的前提是能耗分項計量，因此，需要在能源管理系統(tǒng)建立之初就完成能耗分項計量的相關設備。計量對象包括:耗電量、耗水量、耗熱量，耗冷量，耗煤氣量等，其中，電能消耗是公共建筑主要能耗，需進一步根據耗能設備等進行細分，也可以根據實際運行情況進行分時段計量等［2］。目前建筑智能化系統(tǒng)設計中一般沒有分項計量功能，難以實現能耗精細化管理，因而實現能耗分項計量是搭建物聯(lián)網智能建筑能源管理平臺很重要的需求。分項計量需要利用物聯(lián)網等相關技術首先安裝分項計量裝置，按電、水、油、氣等能源形態(tài)分類后，再根據不同的能源用途和用能區(qū)域進行分項計量，也可以根據實際需要對能耗情況進行分時段的計量。分項數據傳輸到能源管理平臺后，可以實現對能耗設備運行狀況實時監(jiān)測;根據分項數據不同辦公區(qū)域或者不同時段的能耗比較，可以準確詳細地掌握一個單位或系統(tǒng)的能源消費結構，對建筑存在的節(jié)能潛力做出診斷;在此基礎上，提出節(jié)能改造方案。能耗分項計量為開展能源審計工作提供了前提，能源管理系統(tǒng)可以實時監(jiān)測各個耗能設備的狀況。同時，通過物聯(lián)網傳輸網絡層將建筑能耗數據傳輸至物聯(lián)網平臺，這一數據傳輸途徑主要是通過匯聚網的短距離通信技術獲取傳感層信息，通過接入網完成數據接入，最后由承載網將能耗數據傳輸至應用網絡層［3］。在物聯(lián)網應用網絡層，對接收到的分項能耗數據進行處理和分析，獲取建筑用能特點、重點耗能單位，以及建筑能源消耗結構等，并對建筑能源利用效率進行評價，對建筑的節(jié)能潛力做出評估。此外，還可以在完成能耗數據的綜合計量與分析的基礎上，利用應用層完成物聯(lián)網平臺能源管理系統(tǒng)應用的開發(fā)，包括建筑耗能設備遠程管理、能耗數據管理等。
4融入物聯(lián)網的建筑能源管理系統(tǒng)發(fā)展方向
從目前的研究來看，物聯(lián)網技術在我國建筑能源管理體系中的應用并不算普遍，而目前的建筑能耗監(jiān)測與能源管理系統(tǒng)還存在著很多問題。1)從技術角度來說，當前的建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)主要覆蓋的是建筑物電器設備系統(tǒng)對于建筑耗能數據的采集，所采集到的數據也只能實現從終端設備到數據平臺的單向傳輸，具有信息反饋和控制功能的雙向對接還需要進一步的研究;2)當前基于物聯(lián)網技術的建筑物能耗監(jiān)測系統(tǒng)依然具有海量數據的特征，如何對海量數據進行進一步的分析挖掘和利用是建筑能源管理系統(tǒng)的重要研究方向。
5結語
在我國城市化進程不斷推進的大背景下，建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)和建筑能源管理系統(tǒng)都在不斷的發(fā)展和完善，將物聯(lián)網技術引入到建筑能耗監(jiān)測體系中，對現有建筑能源管理系統(tǒng)的技術升級和智能化發(fā)展具有非常重要的意義，與此相關的各項研究具有廣闊的應用前景，隨著物聯(lián)網技術的不斷進步，建筑能源管理體系也會變得更加完善。
參考文獻:
［1］中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部．智能建筑行業(yè)發(fā)展綱要［Z］．2008．
［2］中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部．國家機關辦公建筑和大型公共建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)分項數據能耗采集技術導則［Z］．2008．
［3］趙明強．基于物聯(lián)網技術的公共建筑能耗監(jiān)控系統(tǒng)優(yōu)化研究［D］．西安:西安建筑科技大學碩士學位論文，2016．
作者：王潔瑜楊婉寧趙江峰蘇鋒劉曉東權鋒單位：中國電建集團西北勘測設計研究院有限公司
