安科瑞华楠：大型智慧园区综合能耗监测系统整体框架

2023-08-25

安科瑞华南

摘要：大型智慧园区已成为各类能源消耗的重要领域。 为了探索适合大型智慧园区的综合能耗监测系统，建立了综合能耗监测系统的总体框架工业能耗管理系统厂家，提出了综合能耗网络和能耗关系集。 、能量平衡等理念，以及大型智慧园区

以综合能耗监测系统为例，对采集网络进行了详细设计，为大型智慧园区综合能耗评估与分析提供了新的模型。

关键词：智慧园区； 系统框架； 多能源； 能源消耗; 监控； 收集网络

1 简介

进入21世纪以来，我国整体经济快速发展，但经济快速发展的同时也伴随着能源供应的日益紧张。 经过十多年高能源消耗带动的发展，能源供需失衡日益严重，严重制约我国社会经济可持续发展。 2012年8月6日，国务院印发国发[2012]40号《节能减排“十二五”规划》，将“节能改造项目和合同能源管理项目”列为节能减排重点项目。明确“十二五”节能减排任务，提出“建筑节能——形成600万吨标准煤节能能力。绿色照明——形成节能能力2100万吨标准煤。” 预计到2020年，我国城市人口将达到总人口的56%以上，建筑能耗大幅增加将不可避免。 目前，建筑能耗已与工业能耗、交通运输能耗并列，成为我国能源消费的前三大“用能大户”，其中建筑能耗约占能源总量的三分之一全社会的消费。 建筑能耗中，普遍存在能耗总量大、增长速度快、能耗指数高、终端用能设备综合能效水平低等问题。 大型智慧园区作为高耗能建筑的集中区域，迫切需要合理有效的综合能耗监测系统，掌握其综合能耗情况，对支撑园区健康可持续发展具有重要意义。我国社会。

2 综合能耗监测系统在大型智慧园区的应用

维持大型智慧园区的正常运行需要消耗电、水、冷、热等多种能源。 各种能源消耗具有消耗范围广、消耗时间不规律、消耗量大的特点。 其中，大型智慧园区用电主要包括：中央空调、照明、电梯、给排水、电热负荷、变压器及其他混合负荷等。用水量主要包括生活用水、空调用水等。 、景观水、绿化水、冷热消耗主要用于建筑内部的制冷和采暖调节。 大型智慧园区综合能耗监测系统是根据园区内各用能设备的运行和能耗特征来构建的。 协调控制策略以优化能源利用。 系统对建筑内各用能系统的能耗信息进行采集、显示、分析和诊断，可以在满足用户舒适度的前提下对各系统进行控制和优化管理，有效加强统计分析和节能建筑能耗效率管理系统化、科学化，提高终端能源利用效率，降低能源支出成本。

综合能耗监控系统对园区内各建筑的用电量、用水量、冷暖气等进行综合能效管理，包括建筑综合能耗管理系统和水、电、冷、热表采集系统。 水电冷热表采集系统实现园区内各建筑各种能耗数据的实时采集和上传； 建筑能耗综合管理系统 系统在数据存储、计算和应用方面采用B/S架构，通过校园局域网访问分析和显示结果。

3 主要研究内容

3.1 能耗综合监测系统框架

如图1所示，综合能耗监测系统框架包括功能应用层、逻辑处理层、数据存储层、数据采集层、数据源五层架构。 其中，功能应用层包括能源监测、能效分析、能效诊断、辅助决策、文件维护、系统管理等用户功能，通过多维度、可视化的系统功能实现与用户的信息交互界面; 对模型进行评估，利用数据挖掘、统计计算、多维度分析等手段对能耗数据进行分析，为功能应用层提供直接的数据支撑； 数据存储层采用主流结构化数据库对能耗数据进行分类存储，提高逻辑处理层的处理性能； 数据采集​​层利用终端采集设备实现智能电表、智能水表、智能冷热量表等远程终端的数据源采集，为整个综合能耗监测系统提供基础数据支撑。

图1

3.2 相关定义

能耗综合监测系统的数据来源多、层次多。 为了更好地描述能耗综合监测系统的数据处理过程，本文做出以下相关定义：

能源消耗网络：能源消耗网络是以各个能源监测点为节点形成的网络关系，其表示形式G为：

G=

其中，C表示能耗网络中的能耗节点，V表示能耗值，Cijk表示第i个能耗中第k个级别为j的能耗节点，Vijk表示能耗节点Cijk的值。 能源消耗网络能够很好地反映实践中复杂的能源消耗节点关系，能源消耗网络的建立对于实现各种能源消耗的监测和分析具有重要作用。

能耗关系集：能耗关系集表示能耗网络中具有直接层级关系的节点集，其表达式为：

其中，-表示节点Cijk的关系父集，-Son表示节点Cijk的关系子集，为了保证数据的完整性，用Cij+10表示不包含在节点关系子集中的能耗Cijk 但包含在 Vijk 中。

能耗指数：能耗指数可以反映能耗网络中某个节点的能耗占该节点级别的比例。 若节点Cij+1l代表节点Cijk关系子集-Son中的一个节点，则能耗指标P的计算公式为：

其中，VCij+1l表示节点Cij+1l的能耗值，Cij+1mε-+1m表示节点Cijk的关系子集中所有节点的能耗值之和。

定义四能量平衡度能量平衡度反映了能耗网络中某一层级各节点的能量消耗是否平衡，其计算公式E为：

其中，PCij+1l表示节点Cijk关系子集中各节点的平均能耗指数。 显然，能量平衡度越小，节点Cijk关系子集中各节点的能量消耗越接近，反之亦然。

4 监控网络设计

综合能耗监测系统需要海量数据支撑，因此监测网络的设计尤为重要。 本节以大型智慧园区为例，详细介绍监控网络的设计原理和实现方法。

4.1 监控网络设计原则

4.1.1 中继线优先级

首先，监控网络的设计应满足骨干线路优先的原则。 智慧园区内骨干线路的监测数据往往直观地展现园区整体能耗情况，可以为园区整体能耗分析提供直接的数据支撑。

4.1.2 优先考虑重要领域

其次，监控网络的设计应符合重要区域优先的原则。 所谓重要区域直接影响智慧园区的正常运行，比如智慧园区变配电站的用电监测、供水站的用水监测等。

4.1.3 经济原理

根据实际情况，对于可以通过计算得出的不重要节点，可以尽量不安装或少装电表，以节省实施成本。 如果需要汇总的数据可以通过分表进行计算，则无需安装总表。

例如：如果可以通过已安装的普通电表和其他分表计算出分表的数据，则无需安装电表。

4.1.4 节能潜力高优先

能耗监测的目的是为了节约能源，因此应选择能耗高、节能潜力大的设备进行监测。 高耗能设备一般是指中央空调、各种水泵、锅炉、换热压力容器、电梯、起重机械等消耗能源较多、用途较多、能源消耗较大的特种设备。 - 节约潜力。

4.2 监控网络架构设计

如图2所示。

图2

5 安科瑞能耗监测系统简介

Acrel-5000能耗在线监测系统是用户端的能源管理和分析系统。 在电能管理系统的基础上，增加了水、气、煤、油、热（冷）等的集中采集和分析。 对能源消耗进行细分统计，以直观的数据和图表向管理者或决策者展示各类能源的使用和消耗情况，轻松发现高耗能点或不合理的能源消费习惯，有效节约能源，服务用户为进一步的节能改造或设备升级提供准确的数据支持。 用户可以按照国家有关规定实施能源审计，分析现状，查找问题，挖掘节能潜力，提出可行的节能措施，并向所在地人民政府节能主管部门提交能源审计报告。县级以上。

5.1 平台架构

Acrel-5000能耗在线监测系统以计算机、通讯设备、测控单元为基本工具。 为建筑物的实时数据采集和远程管理与控制提供了基础平台，可以与检测设备组成任何复杂的监控系统。 开放性、网络化、单元化、配置化，采用面向对象的分层、分层、分布式智能集成结构。 创建以下层次结构：

5.2 平台功能

（1）系统可以根据使用年份计算出各类别建筑的能耗——电、水、气、集中供热、集中制冷等能源消耗量，并自动换算成相应的标准煤耗，从而反映当年各类别建筑能耗及综合能耗。 系统以饼图的形式显示建筑物四大用电项目的能耗占比。 系统以曲线图显示各种能源消耗的消耗趋势，方便业主实时、直观地掌握能源消耗情况。

（2）系统可根据分类用能的分支名称查询用能情况，并显示当日、当月的用能峰值。 显示当日能耗、当月能耗、当年能耗与昨天同期能耗、上月同期能耗、同期能耗上一年的。 以条形显示过去48小时、31天、12个月、3年的能源消耗情况。 右上角显示过去15分钟的曲线（功率计显示功率曲线，流量计显示流量曲线）。

(3)系统根据建筑能耗分布情况选择和设置能耗计量点，使能耗监测系统覆盖整个建筑。 系统用户可以通过相关接口调出大楼各能耗节点的能耗统计报表，减少能耗的“跑、漏、滴、漏”和计量误差。

（4）根据住房和城乡建设部分类分项能耗数据采集指南，系统将建筑用电分为照明插座、空调、动力和特种用电进行计量装置选择和设置，并按照能源消耗区域或功能区域以报表和同年及环比柱状图的形式展示该区域的能源消耗情况。

（5）系统可以准确定位能耗较大的设备或区域，便于管理层制定节能绩效考核制度，促进节能降耗的有效实施。 建立重要用能设备的运行记录档案，跟踪记录设备运行过程中的长期能效分析和评价结果，并结合设备维护记录，为设备运行和维护提供依据。

(6)系统提供分级权限管理功能，为具有权限的用户提供开放的信息维护接口。 用户可以添加、删除、修改、查询建筑物及系统监控范围内的测量点信息。 建筑信息包括建筑类型。 、建筑年限、建筑面积、建筑人员数量等。系统还对无法自动采集的计量信息提供手动输入功能，方便用户掌握建筑整体能耗情况。

5.3 数据上传

安科瑞能源消耗在线监测系统根据重要用能单位能耗在线监测系统技术规范定义的系统平台接口协议规范的要求，上传用能企业基本信息、计量信息等。仪器仪表、能耗数据和能效数据向省级或国家级平台上传数据经过加密并通过HTTPS协议传输。 如果数据传输失败或超时（网络故障），则会重新发送数据，直到收到成功的反馈消息。

5.4 电能表的选型

6 对未来工作的展望

针对大型智慧园区能耗大、结构复杂的特点，建立了综合能耗监测系统框架。 提出了均衡等相关概念、监控网络的设计原则，并以大型智慧园区为例详细阐述了监控网络的架构设计。 未来的主要研究包括在实际数据支持下进行深入实验，探索影响大型智慧园区能耗水平的主要因素，建立综合能耗评价机制，实现对各类园区能耗的客观评价。大型智慧园区能耗水平。

【参考】

[1] 董敖. 基于能效监测平台的能源管理与优化[D]. 上海交通大学，2013。

[2] 于龙，袁建凡，张小飞，吴心玲，王静。 基于多能源的综合能耗监测系统研究与应用[J]. 电力电子

[3]安科瑞企业微电网设计与应用手册。 2020.06版

近日，河北省住房和城乡建设厅发出通知，在全省开展超低能耗建筑建设试点示范。

试点示范数量和范围

1.每个城市（含定州、辛集）和雄安新区原则上每年不少于2个试点示范项目； 条件允许的，可计划扩大试点示范项目数量。

2.试点示范项目从三类项目范围内优先筛选：

主要指标及技术要求

试点示范项目在设计时应严格执行标准要求，控制主要指标和技术要求：

1、严格计算年能源消耗量。

2、重点控制屋顶、外墙、透光围护结构、导热部位的传热系数或热阻，确保符合相关标准。

3、采取有效措施，提高建筑物的气密性，确保满足标准的气密性要求。

4、注重高效节能设备的选用。

5、全面采用可再生能源建筑应用技术，应安装太阳能系统，并协调地源热泵系统和空气源热泵系统的技术集成，设计应与主体同步。 对于符合条件的项目，可考虑采用可再生能源替代建筑热源需求，不再接入城市供热管网。

工程建设具体要求

1、建设单位应组织设计单位将专项节能设计情况向建设、监理项目部技术管理人员详细交底。

2、建设单位应编制专项施工方案，监理单位应制定专项监理细则，并明确节能分区工程相应的质量控制措施。

3、施工单位应先搭建实体模型，验收合格后按模型标准进行综合施工。

4、施工单位应做好各工序、专业工种的日常自检、互检和交接检查工作； 监理单位应当加强过程质量控制。 做好关键工序的相关记录和影像资料保存工作，作为工程验收的重要依据。

原始文件：

关于在全省开展超低能耗建筑建设试点示范工作的通知

各市（含定州、辛集）住房城乡建设局（建设局），雄安新区管委会建设交通管理局：

按照城乡建设领域碳达峰工作要求，省住建厅颁布了《超低能耗住宅建筑节能设计标准》和《节能设计标准》 《超低能耗公共建筑节约工程》将于2023年6月1日正式实施。按照先行先试、以点带面的原则，拟对符合条件的超低能耗建筑建设开展试点示范省内项目。 现将有关事项通知如下：

一、充分认识试点示范的意义

提高新建建筑节能标准是降低建筑能耗的重要举措。 《河北省城乡建设领域碳达峰实施方案》提出，“到2030年，新建住宅建筑体达到节能83%的要求，新建公共建筑体达到节能78%的要求” ”。 同时，随着京津冀协同发展战略的实施，客观上要求同步实施新的建筑节能标准。 因此，推进超低能耗建筑建设将是今后一个时期建筑节能的首要任务。

新的建筑节能标准在实施过程中，会受到不同地区条件、经济发展水平、社会认可度等多种因素的影响，标准本身需要不断修订和完善，以适应实际。结合我省实际，实现科学有效的节能减排。 的目标。 开展好试点示范，可以积累建设经验，提高标准的科学性，增强社会认可度，为全省全面实施超低能耗建筑节能标准奠定坚实的基础。

二、试点示范数量和范围

各市（含定州、辛集）和雄安新区原则上每年不少于2个试点示范项目； 条件允许的，可计划扩大试点示范项目数量。 试点示范项目应当符合建设单位自愿申报、符合法定建设程序、建设资金有保障等条件，并优先从以下项目范围中选择：

（一）政府投资或者主要投资的学校、医院、保障性住房等建筑物，且单体建筑面积不少于5000平方米。

（二）其他具有代表性的公共建筑、宿舍，单体建筑面积不少于3000平方米。

（三）建筑面积5万平方米以上的住宅小区。

三、主要指标及技术要求

试点示范项目设计时，应严格执行标准要求，控制好以下主要指标和技术要求：

（一）严格执行年运行能耗计算。

（2）重点控制屋顶、外墙、透光围护结构以及导热部位的传热系数或热阻河北企业能耗管理服务，确保符合相关标准。

（3）采取有效措施，提高建筑物的气密性，确保满足标准的气密性要求。

(4)注重选用高效节能设备。

（5）全面采用可再生能源建筑应用技术，应安装太阳能系统，并协调地源热泵系统和空气源热泵系统的技术集成，并与主体同步设计。 对于符合条件的项目，可考虑采用可再生能源替代建筑热源需求，不再接入城市供热管网。

4、保证工程节能分区的施工质量

（一）严格控制设计质量。 设计单位要突出性能化设计，相关专业设计要有节能专题文章，确保达到施工图设计的深度。 施工图审查机构必须严格按照超低能耗建筑设计标准进行节能审查，确保设计依据正确、设计内容符合标准要求。 项目所在地城乡建设主管部门应当组织专家对建筑节能部分的设计进行专项评审。 评估不合格的，责令限期改正，重新组织评估。 按照职责和有关规定，严格落实施工图设计变更，并履行变更手续。

（二）保证施工质量。 加强节能专项设计公开，建设单位应当组织设计单位向建设、监理项目部技术管理人员详细说明设计意图、技术指标、详细方法和质量控制措施。 建设单位应编制专项施工方案，监理单位应制定专项监理细则，明确相应的节能分区工程质量控制措施，并加强人员岗前培训。 坚持建设模式引领。 施工单位首先要搭建实体模型，验收合格后，按照实体模型的质量标准进行整体施工。 加强企业质量内部控制，施工单位应加强日常质量检验，做好各工序、专业工种的自检、互检和交接检验； 监理单位要严格执行节能专项设计要求，加强过程质量控制。 需做好相关记录，保留关键工序的图像数据，作为工程验收的重要依据。

（三）强化质量监管。 住房和城乡建设主管部门应当将超低能耗建筑试点示范纳入质量重点监管范围，对影响建筑质量的墙体、门窗、屋顶、地面等子工程实施质量重点监管。热工性能和气密隐蔽工程。 落实节能材料抽查检验制度，依法加大对违反节能标准的责任方和相关责任人员的处罚力度和信用处罚力度。

五、加强组织实施

（一）加强跟踪管理。各市（含定州、辛集）及雄安新区

要建立超低能耗建筑试点示范项目台账，定期掌握项目进展情况，及时解决存在问题，完善管理制度和完善工作措施，并向省住建厅报告每年6月25日和12月25日前进行城乡建设。 建筑节能司和科技司提交了试点示范工作进展情况的书面报告。

（二）做好指导服务。 各级住房和城乡建设主管部门要定期组织专家深入项目现场调查研究，加强工作指导和技术服务。 各地要通过召开现场会、座谈会等方式组织学习借鉴好的经验和做法。标准编制单位要畅通渠道，做好标准相关技术咨询工作

（三）注重培训宣传。 各地要组织好标准宣传实施工作，加强对建设、设计、施工、监理单位和主管部门技术管理人员的培训，使其准确掌握标准的实质要求。 坚持传统媒体与新媒体相结合，加大典型案例宣传力度，推广可复制、可借鉴的做法，营造促进超低能耗建筑发展的良好氛围。

实施中如有问题，请及时向省住房和城乡建设厅建筑节能技术处报告。

河北省住房和城乡建设厅

2023 年 6 月 26 日