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淺談能耗監測系統在公共建筑中的設計與應用

2025-09-10 [23]

安科瑞劉邁

　　隨著“雙碳"背景下環境保護和可持續發展的重要性不斷凸顯，公共建筑的能源消耗問題成為亟待解決的重要議題。能耗監測系統作為一種重要的工具和技術手段，以數字化、信息化的手段使用戶的用能過程實現透明化、實時化監測和管理能源消耗情況，從而達到節能減碳、降本增效的效果。

　　然而在能耗監測系統實際應用中，仍面臨軟硬件等方面的一些問題，需要采取針對性的解決措施。因此，本文通過對該系統的應用需求及效果進行分析評估，并深人了解其在節能減排方面的實際作用，針對系統功能及性能完善等問題提出能耗監測技術改進建議。

　　1 公共建筑能耗情況分析

　　公共建筑能耗主要包括電氣類能耗和非電氣類能耗2種。

　　1.1 電氣類能耗

　　電氣類能耗指的是用電負荷產生的能源消耗公共建筑能耗包括生產線、照明、空調、充電樁、光伏、儲能等電能關鍵設備。

　　（1）生產線：在工業用戶生產過程中，如泵機風機、傳送帶、除塵器等生產線設備的用能消耗。

　　（2）照明：用戶建筑中的照明系統電能消耗。

　　（3）空調：公共建筑中中央空調、獨立式空調制冷、制熱過程的電能消耗。

　　（4）充電樁：用戶建筑配套的停車場充電樁提供充電服務過程中產生的電能消耗。

　　（5）光伏：用戶建筑屋頂配套的光伏發電板在日常光照下，產生的電能提供給用戶自身使用或用于上網。

　　（6）儲能：用戶建筑自身配置的儲能設備，存儲一定電量用于緊急備用，同時作為靈活調節資源設備可根據分時電價情況選擇自身供電形式。

　　1.2 非電氣類能耗

　　非電氣類能耗指的是非用電負荷產生的能源消耗。主要包括建筑用水、用氣等方面的能源消耗。

　　（1）耗水：用戶在生產經營、工作生活過程中使用的自來水資源消耗。

　　（2）耗氣：用戶在生產經營、供熱制冷過程中天然氣、燃氣等資源消耗。

　　2 目前能耗智能監測系統存在的問題

　　目前公共建筑能耗監測系統在實際應用中主要存在以下問題：數據采集與傳輸問題、數據處理與分析問題、設備與傳感器問題等。

　　2.1 數據采集與傳輸方面

　　由于公共建筑能耗數據源眾多、通信協議不統一等原因，可能會出現數據采集不完整、傳輸中斷等問題。針對此類問題，可以采用統一的數據采集標準和通信協議，優化數據傳輸的可靠性和效率確保數據的準確采集和傳輸。

　　2.2 數據處理與分析方面

　　面臨數據質量不高、算法復雜度高等問題。針對此類問題，可以引人數據清洗和校正技術，優化數據處理算法，提高數據分析的準確性和效率。

　　2.3 設備與傳感器方面

　　設備長期使用或在環境中應用可能出現故障或性能下降的問題。針對此類問題，需定期維護和檢修設備和傳感器，及時替換老化或損壞的部件，提高設備的可靠性和穩定性；選擇具備自檢驗自補償功能的高質量傳感器，確保其準確度和響應速度；引人智能診斷技術，實時監測設備和傳感器的狀態，及時發現并處理問題。

　　3 能耗智能監測系統的建設及功能應用

　　針對能耗智能監測系統建設及應用情況，圍繞系統的整體架構和軟件功能應用需求進行分析。

　　3.1 系統整體架構

　　公共建筑能耗智能監測系統架構分為感知層網絡層、應用層。

　　（1）感知層。感知層負責對的公共建筑建筑內的用水、用氣、用電等能耗過程數據進行采集，由多個采集節點組成，在每一個節點同時采集多種能耗運行指標，如用水量、用氣量、用電負荷、用電量等，然后經過無線網絡傳輸至云服務器。該層級需按公共建筑建筑內實際需監測的能耗對象群體配置信息采集單元，如用水采集表計、用氣采集表計、電量表計、電壓電流互感器、電氣量傳感器等能耗采集單元。

　　（2）網絡層。網絡層負責將感知層采集的數據傳輸至應用層，信息傳輸可通過4G無線通信網絡寬帶網絡、Wifi、Lora等手段，同時需為能耗監測的信息處理計算配置相關服務器以及保障通信安全的防火墻。系統網絡層的數據傳輸應支持有線與無線傳輸，適配兼容 MODBUS、RS-485 等多種建筑電氣設備現有采數單元廣泛使用的通信協議，并且還能對多臺耗能單元進行組網，滿足本地查看數據云端監控數據以及后臺分析處理數據等功能。

　　（3）應用層。應用層一方面對采集的能耗數據進行處理和分析，并將結果通過PC端系統界面或手機App等進行可視化展示，支持具備訪問互聯網能力的移動設備隨時訪問云服務器查看用戶建筑內的能耗監測情況。另一方面是提供應對用水、用氣、用電等能耗預警功能，通過遠程發送能耗異常預警信息傳輸到有關工作人員，以此及時發現和干預場所內可能存在的能源浪費現象。

　　3.2 軟件功能需求

　　上述公共建筑能耗智能監測系統建設投產過程，應考慮具備以下軟件功能應用及可支持條件：

　　（1）能耗監測和分析。根據用戶能耗不同選用智能電表、智能水表、智能氣表、智能熱量表等高精度計量監測終端表具實現精確計量。系統可對整個系統范圍內的用戶使用情況進行持續的監測，對分類分項能耗使用情況進行分析。也可對各個回路用水、用氣、用電情況進行詳細的記錄與分析，以表格的形式進行顯示，同時可以切換成以柱狀圖、面積堆疊圖、折線等更為直觀的形式進行數據指標的橫向和縱向比較。

　　（2）能耗統計和分析。系統為用戶提供綜合的分類分項能耗統計報表，可以隨時對日、月、季節年的用電情況進行統計與打印。通過對整個系統數據的分析，包括故障報警及趨勢曲線圖，可以對關鍵回路的電流和功率變化進行監控，可以實現故障的及時修正和預測、設備的運行調配管理。

　　（3）告警和應急處理。系統可以在用水、用氣用電等用能過程發生突變時，發出信息語音提示報警信息將通過郵件、手機短信等形式通知相關人員，預警機制可基于用戶歷史常規狀態下的用能情況與實際情況對比，若發現實際情況與常規經驗存在較大突變時，則會發出相應能源、相應設備的預警信號，由此通知工作人員及時發現和干預可能存在的能源浪費現象。

　　（4）歷史數據查詢。系統具備能耗數據存儲功能，對所有實時采樣數據均可保存到歷史數據庫為建筑用戶提供可隨時查閱的能耗監測功能。

　　（5）報表自動生成。既可基于系統已有能耗監測指標模板，或自定義新的監測指標模板生成日度、月度、季度、年度等不同時間尺度范圍的能耗監測統計報表，也可手動或根據預設時間生成，通過EXCEL、pdf等格式進行報表輸出，為用戶了解自身的能耗情況提供報表自動化生成服務。

　　（6）臺賬及用戶賬號管理。系統收錄統計所接人的所有用水、用氣、用電終端設備的臺賬情況，對于后續存在的采集設備安裝或更換，均可在臺賬功能中有所體現。同時為了系統安全穩定運行，在用戶權限管理方面也可防止未經授權的操作。同時定義不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權限，為系統運行維護管理提供可靠、安全的保障。

　　4 節能減排效果評估分析

　　（1）通過實時監測和分析能耗數據，該系統可以幫助管理者深人了解能源消耗情況，并采取相應的節能減碳措施，合理調整公共建筑自身用能習慣。

　　（2）能耗監測系統可以實時監測公共建筑的能源消耗情況，通過數據分析識別出能源消耗的高峰時段、高耗能設備等。并引導管理者對高耗能時段進行用能調整、對高能設備進行優化替換，為制定針對性的節能措施和挖掘設備節能空間提供了有力依據。

　　（3）節能措施的實施與評估基于能耗監測系統提供的數據和分析結果，可以制定和實施具體的節能措施，如優化設備運行策略、改善建筑能效等。同時，通過監測系統的持續運行和數據分析，可以評估節能措施的效果，及時調整和改進。

　　（4）節能效果的評估通過對節能措施的實施和監測系統的運行數據進行對比分析，可以評估系統在節能減排方面的實際效果，包括能源消耗的降低程度、碳排放的減少量等指標，以客觀評估系統在節能減排方面的作用。

　　5 AcrelCloud-5000安科瑞能耗管理系統解決方案

　　為貫徹落實國發[2007]15號的精神，住建部印發《關于印發國家機關辦公建筑和大型公共建筑能耗監測系統建設相關技術導則的通知》（建科[2008]114號），組織編制“國家機關辦公建筑和大型公共建筑能耗監測系統"一系列技術導則及驗收標準。這些導則統一了能耗數據的分類、分項方法及編碼規則，實現了分項能耗數據的實時采集、準確傳輸、科學處理、有效儲存。我司AcrelCloud-5000能耗監測系統嚴格按照導則要求開發，符合導則要求的各項技術要求。

　　6 系統架構

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　　計量層：主要安裝各種類型計量儀表（電表、水表、燃氣表、冷熱量計等）；支持RS485、LORA、4G直傳等方式。

　　傳輸層：傳輸層核心是使用ANet系列網關；主要特點是支持斷點續傳、支持多種協議轉換、數據機密傳輸。

　　服務層：能耗系統的中心，主要用于接收網關或4G終端傳輸的數數據，存儲數據，為用戶訪問提供數據接口。

　　展示層：主要為用戶提供訪問平臺數據的功能，支持跨平臺訪問，用戶可以使用PC瀏覽器、手機APP隨時了解項目能耗情況。

　　7 系統主要功能介紹

　　7.1 綜合看板

　　包含GIS地圖，可用顯示所有建筑的分布情況。針對建筑本周與上周用能出現增加或下降的情況，分別用紅色和藍色圖表表示。平臺可按照單位面積能耗與折標綜合能耗顯示當前平臺的建筑信息。平臺可顯示平臺接入儀表數量、平臺接入建筑總面積、平臺接入建筑上月總能耗等。同時，該頁面還有針對不同維度數據進行大數據分析后的結果展示。

　　7.2 單建筑能耗對比分析