能耗检测系统设计

1、1.1.1能耗检测系统1.1.1.1设计概述本工程能耗监测系统设备设于安防及消防控制室内，通过建筑物内设置的 电力、燃气、水等自动计量仪表实时采集能耗数据，通过标准通信网络及相关 设备传输至监测中心，并对数据进行汇总、统计、分析、显示、存储并发送到 上级能耗监管中心。电能计量主要分照明插座、冷冻机组、锅炉、动力及特殊用电，计量装置 采用带通信接口的数字式有功电能表。按单元出租的办公及商业场所分别设置电能表计量。燃气、水等计量装置采用带通信接口的数字水表、燃气表、热量表等将数 据传至监测中心。对大楼的冷/热量的计量暂时不考虑实施，但是在系统设计时应考虑在今后 有需求时可以方便的增加。中央控制软件

2、应有强大的功能，满足用户可能的特殊需要和今后政府关于 收费计量方面的调整，达到大楼集成管理目的。1.1.1.2系统设计依据国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统分项能耗数据传输技术导则分项能耗数据采集技术导则建设、验收与运行管理规范楼宇分项计量设计安装技术导则数据中心建设与维护技术导则公共建筑室内温度控制管理办法建科2008115号民用建筑节能条例国务院令第 530号公共机构节能条例国务院令第 531号国务院办公厅关于严格执行公共建筑空调温度控制标准的通知200742号国务院关于印发节能减排综合性工作方案的通知1.1.1.3系统结构建筑能耗监测系统以计算机、通讯设备、测控单元为基本工具，为

3、大型公 共建筑的实时数据采集、开关状态监测及远程管理与控制提供了基础平台，它 可以和检测、控制设备构成任意复杂的监控系统。该系统主要采用分层分布式 计算机网络结构，一般分为三层：站控管理层、网络通讯层和现场设备层。1）站控管理层站控管理层针对能耗监测系统的管理人员，是人机交互的直接窗口，也是 系统的最上层部分。主要由系统软件和必要的硬件设备，如工业级计算机、打 印机、UPS电源等组成。监测系统软件具有良好的人机交互界面，对采集的现 场各类数据信息计算、分析与处理，并以图形、数显、声音等方式反映现场的 运行状况。监控主机：用于数据采集、处理和数据转发。为系统内或外部提供数据接 口，进行系统管理、

4、维护和分析工作。打印机：系统召唤打印或自动打印图形、报表等。模拟屏：系统通过通讯方式与智能模拟屏进行数据交换，形象显示整个系 统运行状况。UPS:保证计算机监测系统的正常供电，在整个系统发生供电问 题时，保证站控管理层设备的正常运行。2）网络通讯层通讯层主要是由通讯管理机、以太网设备及总线网络组成。该层是数据信 息交换的桥梁，负责对现场设备回送的数据信息进行采集、分类和传送等工作 的同时，转达上位机对现场设备的各种控制命令。通讯管理机：是系统数据处理和智能通讯管理中心。它具备了数据采集与 处理、通讯控制器、前置机等功能。以太网设备：包括工业级以太网交换机。通讯介质：系统主要采用屏蔽双绞线、光纤

5、以及无线通讯等。3）现场设备层现场设备层是数据采集终端，主要由智能仪表组成，采用具有高可靠性、 带有现场总线连接的分布式I/O控制器构成数据采集终端，向数据中心上传存 储的建筑能耗数据。测量仪表担负着最基层的数据采集任务，其监测的能耗数 据必须完整、准确并实时传送至数据中心。1.1.1.4系统功能1）实时采集智能电表、水表和气表数据，并传输到管理中心，管理中心对 能耗数据进行统计、分析并上传到上级能耗监测中心；2）实现了对室内温度的实时监测和网络化管理，为精确控制中央空调的开 关机时间及温度提供可靠依据；3）实时监测门窗状态，严禁开门、开窗的状态下使用空调或供暖设备；4）有助于改善中央空调或北

6、方供暖系统各区域温度的均衡性，提高运行效 率，降低运行成本；5）通过对建筑物能耗系统的全参数、全过程集中管理和控制，实现公共建 筑的节能运行管理功能。系统组网功能局域网：系统在建筑物内采用无线传感网方式组成局域网进行工作，所有 采集到的监测数据均通过无线进行传输；广域网：各个建筑物内的局域网通过internet连接到上级管理中心，实现大区域（集团）的统一管理，可远程监测 和显示各个建筑物的用能信息。1.1.1.5系统特点1）系统采用无线方式，不对房间、区域原有线路进行改动和额外布线，也 不对现有耗能设备作任何改造，工程安装和维修简单方便；2）系统采用模块化结构，构架简单，扩展功能强，可方便地满

7、足用户未来 需求；3）系统功能完善：具有能耗监测、空调温度集中控制和节能运行管理的功 能；4）配置灵活：用户可以自由选择适合自己需求的功能和组件，若将来需求 发生变化，可方便地进行功能及组件的扩充或修改。可扩展性及组网灵活性建筑节能运行和改造需建立在获取照明、消防、空调等建筑用能信息的基础之上，在接收到数据进行分析之前，各类用能数据的传输是一个关键问题。现阶段主要采用综合布线进行传输，此方式在建筑内布设大量线缆，存在施工 复杂、代价高、影响建筑内部美观等缺点，这是有线传输方式固有缺陷所决定 的，而采用无线传输方式则能有效克服。相较于 CDMA GPRS WLAW传统的无 线传输方式，作为物联网

8、基础组成的 WSN（wireless sensor network ,无线传感 网）技术更适合于建筑用能信息传输的应用。WS破术是一种全新的无线网络通讯技术， 也是物联网的主要技术之一。它 由末端节点设备、路由设备和网关设备组成，末端节点设备负责信息采集和自 动控制，路由设备负责组网和通讯，网关设备负责与管理中心或外网连接。无 线传感网具有自组网、自路由、自恢复的功能和低功耗、低带宽、低成本的特 点，能够实现多业务平台的双向数据传输，非常适合于自动控制和远程监控领 域。WSME建筑能耗监测中的适用性建筑能耗监测平台的组网总体结构图，在系统的数据采集端采用WSK术进行组网。整个 WS胸络由若干个

9、终端采集器以及一个汇聚采集器构成。通常 将WS码终端采集器称为采集节点，将汇聚采集器成为汇聚节点。采集节点负 责数据的采集和传送，以及根据汇聚节点的控制命令设置相应的工作模式等；汇聚节点是网络的中心，起到协调器和网关节点的作用，汇聚节点负责整个区域 网络的维护与数据的汇集，再将数据通过Internet/GSM/CDMA上传到上级数据中心或中转站。系统最大特点就是基于 WS破术进行信息采集，利用WSW点与电表等与用能设备连接，通过无线自组 网方式自动采集分散在各处的电、水、气、冷热量等实时数据，使用户随时监 测现场耗能设备的运行数据，为今后实施节能反馈控制系统的研发提供基础， 以达到优化能源供应

10、、提高能源管理水平、提高能源利用效益、减少能源损耗、 节约能源成本的目的。基于WS破术的建筑能耗监测系统属于 WSMf节能的交叉领域，以 WS区口计算机信息处理为技术核心，建设先进、功能强大的信息采集处理平台。该系 统适用于各种既有和新建建筑，系统组网方便，不占空间，无需综合布线施工, 项目实施快速方便。在各种无线传感网技术中，ZigBee的自组网能力以及高容量特性使其非常 适合建筑能耗监测系统的应用，在节点分散、数量众多、低速率传输的能耗监 测采集端建设中，有明显的优势，是当前最适合建筑能耗监测系统数据传输的 技术。除了组网方便、安全、可靠，ZigBee还有低传输速率、低功耗、高容量、 低成

11、本等特点。ZigBee非常适合有大量终端设备的网络，如能耗监测、楼宇自 动化等场合。自组网过程对某个能耗监测区域而言，WS啊络包含一个ZigBee 汇聚节点和若干ZigBee采集节点。汇聚节点在通信状态下，每隔一段时间发送 一次时标帧，在汇聚节点通信范围内的采集节点在侦听状态下侦听到汇聚节点 发送的时标帧，确定汇聚节点为目标父节点，并在下面的接入状态向目标父节 点发送接入请求之后组成一个 WS恻络。已经接入网络的节点通过转发时标帧， 向周围节点表明自己的存在，其他未入网的节点在侦听状态下，发现已经入网 的节点并作为自身的目标父节点，然后在接入状态下通过这些最先加入网络的 节点作为中继加入网络。

12、依次类推，若干的 ZigBee采集节点和一个ZigBee汇 聚节点构成了 WS丽络。为了延长网络生存时间，降低节点功耗，所有节点都 会定时进入休眠阶段，关闭射频收发器，保持超低功耗工作，最大限度地节省 节点能量，在定时器到期后节点被唤醒恢复正常工作状态并开启射频收发器。WS啊络中的所有节点定时在通信阶段和休眠阶段交替工作，以保证网络的生存时间要求和通信要求。各WS丽络数据再通过无线网由将采集数据推送到数据 中心进行分析处理。WS畋时优势1）内网组网灵活，可随时增加或减少传感节点；2）无需综合布线，减少工程量与布线成本、提高安装速度；3）与多种通信主干网融合，方便用户实现远程监控；4） WS湍机

13、体积小、功耗低，价格低；5）根据WS附议自动组成通讯内部网络；6）系统易于维护，任意节点的故障不会影响系统工作；7）具有本地数据存储功能，确保数据完整性；8）减少建立建筑能耗及环境监测系统所带来的施工量以及综合布线对环境的影响，减少投资和工期，特别适用于既有建筑和设施。设备改造方式如果用户已有电表、水表等，且带有 485 0,则可直接接入采集器，如已 有仪表不支持485 0,则需要改造和更换设备。每户的总表最后统一为带485口的多功能表，外接带无线传感模块的采集器，可以每15分钟上送一次电量、电压、电流、功率因素等数据。数据采集频率可根据具体需要灵活设置，数据 采集频率可在15分钟/次到1小时

14、/次之间调整。设备改造原则：在一定投资成本和不改动已有配电线路前提下，以最大程 度地获得能耗公示需求数据为目标，在既有配电支路上无拆换、无干扰方式安 装。成果及应用实例建筑所必须的电梯动力、照明、空调、消防、通风、高低压配电等用能信 息的传递是建筑节能和工业节能的基础，高效实现建筑节能信息化的关键问题 之一是解决这些信息的传输问题。在建筑大楼中，特别是既有建筑，遇到的最 大问题是需要综合布线，工程量大、成本高昂、对大楼环境具有破坏性。因此 对建筑大楼最佳的信息传递方式是通过无线方式，传统的GSM WLAN SCAD序无线系统存在功耗高、设备和运行成本高、组网不灵活等局限，而无线传感网 技术正是解决这一难题的最佳解决方案。基于无线传感网技术开发的建筑能耗监测系统应运而生。系统的特点是基 于无线传感网技术进行信息的采集和传输，一方面无线传感网节点自身采集温 度参数，另一方面它们与各种用能设备连接，通过无线自组网方式自动采集分 散在各地的电、水、冷、暖等实时数据，使用户能随时监测现场耗能设备的运 行数据，并且通过数据存储和处理实施能耗诊断、能耗评估和能耗改造。该系 统已成功应用于上海浦东图书馆、上海华山医院、北京华贸大酒店、