一、背景

當(dāng)前，隨著我國(guó)城市化水平不斷提高，能源的匱乏和社會(huì)對(duì)能源需求的不斷增大已成為制約社會(huì)不斷進(jìn)步發(fā)展的突出矛盾。根據(jù)發(fā)達(dá)國(guó)家的經(jīng)驗(yàn)，隨著城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)和人民生活水平的不斷提高，建筑能耗的比例將持續(xù)增加并達(dá)到總能耗的33%左右，最終將超越公共工業(yè)、交通等行業(yè)而最終成為能耗的首位。其中國(guó)家機(jī)關(guān)辦公建筑和大型公共建筑年耗電量約占全國(guó)城鎮(zhèn)總耗電量的22%，每平方米年耗電量是普通居民住宅的10～20倍，是歐洲、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家同類建筑的1.5～2倍。

在此背景下，根據(jù)近30年來能源界的研究和實(shí)踐，目前普遍認(rèn)為建筑節(jié)能是各種節(jié)能途徑中潛力最大、最為直接有效的方式，是緩解社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與能源供應(yīng)不足這對(duì)矛盾最有效的措施之一，也將成為提高社會(huì)能源使用率的首要因素。對(duì)此，提出一套全面、系統(tǒng)且有效的能耗管理一體化解決方案迫在眉睫。

二、建設(shè)目標(biāo)

本次項(xiàng)目旨在通過該建筑能耗綜合管理系統(tǒng)，搭建一個(gè)完整的集建筑能耗實(shí)時(shí)計(jì)量、統(tǒng)計(jì)分析、管理體系為一體的實(shí)時(shí)管理數(shù)字化平臺(tái)，在保障信息安全的前提下實(shí)現(xiàn)能耗數(shù)據(jù)的公開化、透明化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)能耗定額管理和無成本低成本能耗管理，建立一套科學(xué)的能耗管理制度體系。

三、總體設(shè)計(jì)方案

該方案集云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、智能安全隔離“防火墻”、集中管理模式于一體，采用分層分布式的一體化設(shè)計(jì)思路，在保障整個(gè)系統(tǒng)信息安全的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了一套可靠性強(qiáng)、效率高、共享度高的公共機(jī)構(gòu)節(jié)能監(jiān)管平臺(tái)。該平臺(tái)基于強(qiáng)大的公共建筑能耗監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)公共建筑能耗監(jiān)測(cè)信息化功能，并基于完整的用能在線綜合評(píng)價(jià)模型和節(jié)能量在線統(tǒng)計(jì)模塊逐步開展能效測(cè)評(píng)、用能標(biāo)準(zhǔn)、能效公示、用能定額、節(jié)能服務(wù)等各項(xiàng)業(yè)務(wù)。          

整體解決方案的總體架構(gòu)包括現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層、網(wǎng)絡(luò)通訊層、監(jiān)控管理層。采用分布式系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，樓宇自控系統(tǒng)接口、建筑物能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)接口利用弱電系統(tǒng)中的樓宇設(shè)備網(wǎng)絡(luò)為載體，保證了系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性，可避免重復(fù)投資。

3.1現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層：

現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)終端采集設(shè)備采用UW2100可編程控制器，該硬件設(shè)備具有強(qiáng)大的通訊能力：自帶RS485通訊接口，支持主從MODBUS-RTU協(xié)議；支持?jǐn)?shù)據(jù)定時(shí)發(fā)送；可連接電表、水表、流量計(jì)、變頻器等, 同時(shí)可作為DCS或PLC的I/O遠(yuǎn)程站使用；具有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)能力：支持以太網(wǎng)/GSM無線通訊；系統(tǒng)規(guī)模強(qiáng)大：?jiǎn)蝹€(gè)站規(guī)模AIO:32點(diǎn)/DIO:32點(diǎn)，系統(tǒng)最大規(guī)模AIO:16384點(diǎn)/DIO:16384點(diǎn)；且可做到用戶程序代碼、配置數(shù)據(jù)永久保存，不受斷電影響，CPU模塊實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)保存可選；遵循IEC61131-1國(guó)際組態(tài)語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)，保持標(biāo)準(zhǔn)靈活的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)算法的多方位轉(zhuǎn)化，支持子算法塊概念，算法圖元綁定并可提供接口支持第三方算法接入。

3.2網(wǎng)絡(luò)通訊層

基于UW2100可編程控制器硬件強(qiáng)大的通訊功能，通過標(biāo)準(zhǔn)Modbus-RTU協(xié)議主動(dòng)向安裝在受監(jiān)測(cè)點(diǎn)的各用能用水點(diǎn)的具遠(yuǎn)傳功能的計(jì)量?jī)x表采集相關(guān)數(shù)據(jù)，并通過GPRS無線模塊以GSM通訊方式傳輸匯總至公共機(jī)構(gòu)節(jié)能監(jiān)管平臺(tái)集中綜合統(tǒng)一處理。GPRS是一種新型的移動(dòng)通訊業(yè)務(wù)，在移動(dòng)用戶和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)之間建立一種連接，給移動(dòng)用戶提供高速無線IP或X.25服務(wù)，GPRS采用分組交換技術(shù)，每個(gè)用戶可同時(shí)占用多個(gè)無線信道，同時(shí)一個(gè)無線信道又可以供多個(gè)用戶共享，資源被有效的利用，數(shù)據(jù)闡述速率高達(dá)160Kbps,使用GPRS通訊方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的分組發(fā)送和接收，用戶永遠(yuǎn)在線且按流量計(jì)費(fèi)，高速且降低服務(wù)成本。

基于GPRS的建筑能耗節(jié)能監(jiān)管安全系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：

a) 永遠(yuǎn)在線：GPRS DTU一開機(jī)即可自動(dòng)附著至GPRS網(wǎng)絡(luò)上，并與數(shù)據(jù)中心建立通信鏈路，隨時(shí)接受發(fā)送用戶數(shù)據(jù)設(shè)備的數(shù)據(jù)，功能強(qiáng)大，具有高實(shí)時(shí)性；

b) 按流量計(jì)費(fèi)：GPRS DTU一直在線，按照接收和發(fā)送的數(shù)據(jù)包的數(shù)量來收取費(fèi)用，沒有數(shù)據(jù)流量傳遞時(shí)不收取費(fèi)用，節(jié)約成本；

c) 高速傳輸GPRS網(wǎng)絡(luò)的傳輸速度最快可達(dá)到160Kbps，速度的高低取決于移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)設(shè)置，根據(jù)中國(guó)移動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)情況，目前可提供20~40 Kbps的穩(wěn)定數(shù)據(jù)傳輸；

d) 組網(wǎng)簡(jiǎn)單、迅速、靈活，GPRS無線系統(tǒng)可以通過Internet網(wǎng)絡(luò)隨時(shí)隨地的構(gòu)建覆蓋全中國(guó)的虛擬移動(dòng)通信準(zhǔn)用網(wǎng)絡(luò)，為廣大中小用戶提供接入便利，節(jié)省接入投資

3.3監(jiān)控管理層

公共機(jī)構(gòu)節(jié)能監(jiān)管平臺(tái)基于杭州優(yōu)穩(wěn)自動(dòng)化系統(tǒng)有限公司全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的UWin Pro監(jiān)控管理軟件進(jìn)行集中分析、判斷、評(píng)估、管理、記錄等。UWin Pro監(jiān)控管理軟件集工程管理器（UWinWks）、系統(tǒng)硬件配置軟件（UWinCFG）、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)（UWinRDB）、歷史記錄組態(tài)（UWinHDB）、設(shè)備管理器（UWinDev）、畫面開發(fā)系統(tǒng)（UWinView）、報(bào)警組態(tài)管理軟件（UWinAlarm）、算法編輯器（UWinIEC）、時(shí)間序列分析軟件（UWinSOE）、WEB服務(wù)器（UWinWEB）于一體，單一軟件即可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、算法執(zhí)行、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和歷史數(shù)據(jù)處理、報(bào)警和安全機(jī)制、流程控制、畫面顯示、趨勢(shì)曲線和報(bào)表輸出以及監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)等功能。各部分分別運(yùn)行在不同的硬件平臺(tái)上，通過控制網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)交互各種數(shù)據(jù)、管理和控制信息，協(xié)調(diào)一致地完成整個(gè)建筑能耗節(jié)能監(jiān)管安全系統(tǒng)的各項(xiàng)功能。

四、系統(tǒng)功能

建筑能耗節(jié)能監(jiān)管安全系統(tǒng)集監(jiān)、控、管于一體。主要實(shí)現(xiàn)以下功能：

1）全面管理各類用能設(shè)備，建立全景數(shù)據(jù)庫(kù)，采集能耗監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，建立能耗數(shù)據(jù)模型，為后期能耗數(shù)據(jù)分析、節(jié)能診斷提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

2）開展能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析工作，分析、判斷和評(píng)價(jià)能源消耗的構(gòu)成、變化規(guī)律以及能源利用效率等，為后期節(jié)能改造的效果評(píng)估提供定性或定量的依據(jù)。

3）針對(duì)能耗數(shù)據(jù)分析的結(jié)果，判定能源消耗水平，對(duì)能源消耗情況提出一套完整的診斷流程，并開展節(jié)能診斷工作，得出節(jié)能診斷結(jié)果。

4）整合各類建筑管理系統(tǒng)，建立能源消耗評(píng)價(jià)體系，根據(jù)節(jié)能診斷結(jié)果，對(duì)建筑節(jié)能進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，得出節(jié)能改造方案。

5）落實(shí)節(jié)能方案，改造用能設(shè)備，管理用能習(xí)慣，通過智能化控制系統(tǒng)全面實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能目標(biāo)。

建筑能耗節(jié)能監(jiān)管安全系統(tǒng)功能樹

五、監(jiān)控界面

本次建設(shè)的公共機(jī)構(gòu)節(jié)能監(jiān)管平臺(tái)的監(jiān)控界面主要包括：能耗總覽、地圖總覽、基本信息、能耗動(dòng)態(tài)、建筑能耗分析、公共機(jī)構(gòu)能耗分析、行政區(qū)域能耗分析、能耗考核、能耗接收和上傳、系統(tǒng)管理。通過這些功能模塊，可以實(shí)現(xiàn)能耗數(shù)據(jù)的采集、監(jiān)測(cè)、統(tǒng)計(jì)、分析、診斷，為行政中心公共建筑能源管理和節(jié)能改造提供有力的數(shù)據(jù)支持和科學(xué)依據(jù)。

建筑能耗節(jié)能監(jiān)管安全系統(tǒng)總監(jiān)控界面

建筑能耗節(jié)能監(jiān)管安全系統(tǒng)區(qū)域分項(xiàng)監(jiān)控界面

實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)-數(shù)據(jù)分析截圖

采集監(jiān)測(cè)監(jiān)控界面