大型公共建筑水耗远程实时监测及节能评估.docx

图 1 西安市部分大型公共建筑年水耗大型公共建筑水耗远程实时监测及节能评估*宫夏屹 1， 于军琪 1， 杨柳 2(1.西安建筑科技大学信控学院，西安 710055；2.西安建筑科技大学建筑学院，西安 710055)摘要： 通过对西安市近 200 家大型公共建筑能耗实地调研情况的分析和评价，探讨实践分项计量必要性，提出了一种大型公共建筑无线远程实时监测抄表系统，既能为政府决策提供数据基础，又能为自己找到节能潜力与途径，利于国家建筑节能运行管理制 度落到实处，实现大型公共建筑节能降耗目标。关键词： 能耗； 大型公共建筑； 实时监测； 能耗评价中图分类号： tu991.62文献标志码： a文章编号： 1673-7237(2009)07-0067-03energy-saving evaluation and long-distance real-time supervision of large-scale water consumption public buildinggong xia-yi1, yu jun-qi1, yang liu2(1.information and control engineering school, xian university, architecture and technology, xian 710055, china;2.architecture school, xian university of architecture and technology, xian 710055, china)abstract: through analysis and evaluation of energy consumption on-site survey near 200 large-scale public building in xian, the ne cessity of subentry measure was discussed. the program of wireless long -distance real -time supervision was put forward, which not only provides the data foundation for government policy decision, but finds the method and potential for energy-saving. at the same time, it can implement national building energy-saving management system and come up to the aim of energy-saving of large public building.key words: energy consumption; large-scale public building; real-time supervision; evaluation of energy consumption引言国家中长期科技发展规划纲要中指出：“我国已 进入快速城镇化时期。实现城镇化和城市协调发展， 对科技提出迫切需求”。“以城镇区域科学规划为重 点，促进城乡合理布局和科学发展，以节能和节水为 先导，发展资源节约型城市，加强信息技术应用，提 高城市综合管理水平，发展城市生态人居环境和绿 色建筑”。国家建设部、国家发改委、财政部、监察部及审计 署联合下发了 关于加强大型公共建筑工程建设管 理的若干意见，同时提出：“要对政府办公建筑和大 型公共建筑进行能效测评，并将测评结果予以公示， 接受社会监督，对其中能耗高的要逐步实施节能改 造。要研究制定公共建筑能耗定额和超定额加价制 度。各地应结合实际，研究制定大型公共建筑单位能 耗限额”。建筑业是我国社会经济发展的基础产业, 但同时 也是能源消耗大户。我国建筑总能耗占社会终端能耗 的比例约为 20.7%，节能形势严峻。目前我国有 5 亿 左右的大型公共建筑，其水耗为住宅水耗的 1020倍，是建筑能源消耗的高密度领域。调查结果表明这类建筑有较大的节能潜力。0大型公共建筑能源管理现状11.1目前现状大型公共建筑是指单幢建筑面积超过 2 万 m2 以 上且采用中央空调系统的高级写字楼、星级饭店、大 型商场、政府办公大楼、医院门诊及住院大楼、体育 馆、博物馆、广播及电视台等公共建筑。随着我国经济 的发展，国家机关办公建筑和大型公共建筑高耗能的 问题日益突出，做好国家机关办公建筑和大型公共建 筑的节能管理工作，对实现“十一五”建筑节能规划目 标具有重要意义。如图 1 所示，在对西安市近 200 家公共建筑的能 耗调查中发现，不同类型公共建筑的能耗差异较大，收稿日期：2009-05-31； 修回日期：2009-06-10* 基金项目：国家自然科学基金（50678148）；陕西省教育厅专项科研计划项目（08jk321）；陕西省自然科学基础研究基金（sj08f30）76图 2 大型公共建筑水耗远程实时监测系统尤其是商场建筑，其能耗比其他类型公共建筑高出许多，对大型公共建筑进行节能降耗是目前亟待解决的 重大问题。目前，人们对大型公共建筑节能的自觉性、意识 相对较差，特别是节水问题，若没有一套应用信息化 技术的先进管理，根本无法杜绝资源及能源浪费的现 状。只有达到了能耗的准确计量、及时通报、科学化管 理，才能使国家制订的有关节能审查制度和能耗的定 额管理制度落到实处。在能耗数据的采集方面，大多数公司或厂矿企业 由于担心在国家节能降耗旗帜下能耗超标或接近超 标，想尽一切办法来互相推脱责任，拒绝提供数据；能耗管理粗放，由于担心因浪费而受到惩罚，实际中仍存在能耗管理中的弄虚作假现象；甚至水司也因为涉 及各个单位的隐私而拒绝提供数据。在获取用电、用水数据时大部分还处于人工抄表阶段、纸制文件形式进行保存，误差难以避免；更无法及时掌握整个城市 能耗状况，预测资源及能源的使用，达到科学用能、优 化用能、提高能源使用效率。在信息的管理方面，缺少 一个规范的自来水信息统一管理平台(自来水企业信 息门户)；在自来水系统的信息化过程中，户表数据的 自动抄送具有十分重要的意义，也是行业单位迫切想 要解决的问题。1.2 解决方法项目组于 2007 年开始对西安市的大型公共建筑 用电及用水量进行了初步调研，调研中发现的普遍现象是被调研单位对能耗问题没有采取足够的重视，调 研还发现，一些单位既无保存相应的建筑物资料，又 对建筑物的设备不熟悉，表明其对建筑物的设备运行缺乏有效的管理。针对调研中发现的这些普遍现象，我们可以想 象，一个不关心能耗计量的人，也就不会在乎建筑的 总能耗，我们如何去实现国务院下达我省“十一五”期 间生产总值能源消耗降低 16%的指标呢? 没有计量 措施，又如何体现我们完没完成规定的指标呢?因此，加强大型公共建筑的能耗计量和监测，细 分内部各耗能点，对建筑物内部整个用能情况做出整 体的测评，为其综合性节能检测、计量、统计和分析提供良好的技术支持。大型公共建筑水耗无线远程实时监测就是用无线水表采集大型公共建筑实时用水数据，避免人为抄 表的麻烦，通过对住户数据的分析掌握建筑能耗的现 状，建立能耗模型，预测能耗使用，从而科学管理，达 到大型公建的节能。2.1大型公共建筑能耗远程水耗实时监测系统能耗监测系统涉及软件和硬件，软件主要包括数 据采集软件、数据监测软等；硬件设备主要包括数据采集仪表、网关、服务器等。数据采集网关会定时地向 数据采集仪表发送命令，接收到命令后数据采集仪表会把数据发送到网关内储存，再定时发送到数据中心， 数据中心的数据会定时向上一级数据中心上报数据， 直到上报到最高一级的数据中心为止。在数据传输的 各个环节，数据传输的方式通过无线(gprs)的方式。数据的监测软件采用网页浏览器的架构，相关人 员通过网页的形式访问监测系统，基于网页浏览器的 既容易实现数据人工采集和自动采集相结合的需求， 还可能省去软件的安装和升级的麻烦。2.2系统的整体结构大型公共建筑水耗远程实时监测系统如图 2 所 示。考虑到大型公共建筑中有的无线智能水表离中心 节点较远,数据传输可靠性低, 因此，无线通信技术部 分采用 zigbee 的 mesh 网络结构，该网络结构具有网 络容量大、可以跨越很大的物理空间等特点，适合距 离较远比较分散的建筑结构。系统中 zigbee 中继器对数据信号的重新发送或 者转发，扩大网络传输的距离，网络协调器通过 zig- bee 中继器存储智能水表所采集的数据与转发数据 信息。无线网络互联通过网关和适配器把 gprs 和 zigbee 无线局域网连接起来，适配器把网络协调器中 的数据通过网关传送到无线通信网络 gprs 中。有线 无线网络互联中 gprs 网络通过移动路由网关与 in- ternet 连接，数据从无线网络转换到有线网络。管理中 心计算机通过 internet 在本地读取存储在智能水表所 采集的数据，从而对建筑物内各点的水耗进行实时监大型公共建筑水耗远程实时监测传统的手工抄表费时、费力，准确性和及时性得 不到可靠的保障，这导致了相关营销和企业管理类软 件不能获得足够详细和准确的原始数据；人工按月抄表，对于用户计量来说是可行的，但对于相关供应部 门进行更深层次的分析和管理决策却不够，行业的实际需求催生着远程实时监测无线自动抄表技术的不 断发展。268图 4 中心节点框图控和计量。通过采用高质量的数据集中器，无线通信模块， 智能水表 mcu 和主控计算机，能够及时捕捉上述大 型公共建筑用户实时用水量，通过在其无线网络传输 中采取 8bit 数据方式传输，以及定时发送、巡检和报 警输出的 3 种传输方式进行协调工作，可以使信息数 据能够在第一时间进行网络传输；充分保证了数据的 准确性，有效避免了大型公共建筑用户用水量的误报 和漏报，避免人为抄表的不准确。2.2.1系统的网络通信结构 本系统中心节点与终端智能表之间采用信标使能方式通信。中心节点定时广播信标帧，网络中的设备均 通过中心节点发出的信标帧完成同步，且设备之间按 基于时槽的 csma- ca 信道访问机制进行通信。2.2.2基于 zigbee 的智能水表 智能水表主要由传感器、信号调理电路、mcu、zigbee 模块、电源部分等组成，如图 3 所示。其中 mcu 通过传感器、相应的信号调理电路, 对计量对象 的脉冲信号进行采集、处理并存储。mcu 与无线通信 模块间构成呈双向通道通信模式，zigbee 通信与脉冲 计数间也构成了双向通道通信模式；数据集中器与 zigbee 通信模块间构成呈双向通信模式。的水耗远程实时监测系统，可以实现用能实时监测、历史查询、统计分析、统计报表、综合管理等功能，并 且从实时数据中发现各建筑的真正用能问题，并取得 节能效果，极大的便利了物业管理人员的能耗监测和 管理，同时也为日后的节能分析提供了良好的平台。结语我国执行建筑节能设计标准的新建建筑的面积 只占我国城镇民用建筑总面积的 5%左右。大量的既 有建筑尤其是大型公共建筑,通过科学的能源管理可 以实现实质性的节能。本文介绍大型公共建筑水耗远 程实时监测系统，该系统基于 zigbee 的无线通信技 术，已在西安市部分大型公共建筑中得到实现。随着 zigbee 技术的逐步成熟及计算机通信网络技术的发 展，无线抄表系统将更加成熟和实用。4参考文献：1龙惟定. 我国大型公共建筑能源管理的现状与前景j.暖通空调,2007,34 (4):19-23. 2李俊,张明,何影. 深圳大型公共建筑能耗实时监测系统j.建设科技,2008(7):28-29 3叶倩,丁剑红,朱伟峰,等.既有大型公共建筑节能改造应用研究j.节 能技术,2008(4):51-554连瑞红,薛毓强.基于 zigbee 的远程无线抄表系统设计j.福建电力 与电工,2007,27(1):25-275王凯, 彭瑜,郑丽国,等.基于 zigbee 无线水表自动抄表系统的研究与 设计j .自动化仪表,2006(1):166-169.6原羿,苏鸿根.基于 zigbee 技术的无线网络应用研究j.计算机应用 与软件,2004,21(6):90-92. 7国家建设部国家机关办公建筑和大型公共建筑能源审计导则s.2007.8zigbee alliance:network specification,version 2006-zigbee document053474r13 december 1th,200基于 zigbee 的数据中心节点数据中心节点是 zigbee 网络中的协调器，负责 启动、配置、协调整个 zigbee 无线网络以及大型公共 建筑与抄表中心数据的传输。中心节点通过 gprs 把 数据上传到管理中心，即中心节点是负责终端智能表 的管理及协调 zigbee 无线网与其他