李茜

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：簡要介紹了建筑能耗監控的需求，結合工信部行業標準SJ-11662—2016《建筑能耗監控傳感器網絡系統技術要求》，分析了公共建筑設置能耗監控系統傳感器網絡的技術要求，詳細闡述了能耗監控傳感器網絡系統的組成、構建原則、標識體系、傳感器網絡系統分層要求、信息傳輸及接口、傳感器網絡服務層要求等，可供建筑能耗監控傳感器網絡系統的設計及實施提供參考。

關鍵詞：建筑；能耗數據；采集；傳輸；系統設計

0 前言

面向建筑能耗監控系統的傳感器網絡技術重要性突出，應用前景廣闊。在節能減排領域，建筑能耗占比顯著，對建筑能耗實施監測及節能改造效果明顯，國家也出臺了諸多相關政策、要求，如建科[2008]114 號《國家機關辦公建筑和大型公共建筑能耗監測系統分項能耗數據采集技術導則》。一些標準對能耗監測作了宏觀層面的要求，如GB/T50378—2006《綠色建筑評價標準》等綠色建筑設計、驗收及評價標準，提出建筑能耗監測是必要的選項。因此，建筑能耗監控相關技術標準的研制是實施節能減排政策、推進綠色建筑建設的關鍵。

本文對建筑能耗監控系統傳感器網絡系統技術進行研究，可為相關傳感器網絡的設計、施工、驗收提供具體要求和參考。

1 建筑能耗監控傳感器網絡需求分析

構建建筑能耗監控傳感器網絡系統，需要從能耗指標、通用要求、接口要求、網關要求、建筑能耗監控系統傳感器要求、建筑能耗監控傳感器網絡系統服務層要求等方面考慮具體技術要求，為建筑能耗監控系統中能耗參數檢測和信息傳輸所設置的傳感器網絡系統提供技術指導。

2 建筑能耗監控傳感器網絡組成

建筑能耗監控傳感器網絡系統(體系)結構由感知層、承載層、服務層3個邏輯區域組成。

建筑能耗監控傳感器網絡系統感知層分布在建筑耗能設備群中，負責各類耗能信息的采集、匯聚、處理和控制，利用傳感器網絡節點獲得相應的能耗監測數據。承載層將傳感器網絡節點的耗能數據由感知層向服務層的連接端口傳輸，可包括建筑物內的自建專用網絡、本地局域網、電信網、廣電網、互聯網等。

建筑能耗監控傳感器網絡系統服務層主要負責數據及消息管理、數據存儲、分析展示、診斷處理、信息展示功能。

3 建筑能耗監控傳感器網絡構建原則

建筑能耗監控傳感器網絡系統建立單獨的網絡，采用樹形網絡拓撲結構，在可靠性要求高的場所，設計為冗余樹形結構或網狀網絡。

網絡設計時，考慮共用建筑內設置的 BAS、P-SCADA或其他能源設備監控系統所采集的數據，盡量利用這些網絡實現能耗數據的匯聚和傳輸。

建筑能耗監控傳感器網絡傳感器的優化布置、設備選擇在已有建筑能耗系統評價的基礎上遵循按需布設、簡化、準確的原則實施配置。

感知層中各類介質傳感器的檢測精度與被檢測介質在建筑內所占能耗比重相匹配。

建筑能耗監控傳感器網絡系統承載層按照耗能設備、感知層傳感器結點的布置環境選擇有線、無線或混合的傳輸方式將感知層數據向服務層傳輸。無線傳輸方式可選用 GB15629.11—2003、ZigBee和無線網格網絡等通信技術，推薦采用基于蜂窩的窄帶物聯網(NarrowBandInternetofThings，NB-IoT)License頻段，可采用帶內、保護帶或單獨載波等構建系統，發揮其覆蓋廣、連接多、成本低及功耗低等優勢。

4 建筑能耗監控傳感器網絡技術要求

4.1感知層的接入應選擇通信可靠性高的網絡，遵循以下原則:

(1)在建筑能耗監控傳感器網絡系統中，以太網的接入交換機選用工業級產品或其他具有較高可靠性及穩定性的產品。

(2)感知層網絡在網關接入時采用工業級產品。

(3)感知層網絡在無法采用以太網結構時，優先選用支持Profibus或TIA/EIA-485-A通信類的產品。

(4)末端施工困難的場所或需采用無線通信的場所，選用工業級無線通信路由設備或租用性能可靠的專用帶寬無線公網，以確保系統通信可靠。

(5)在采用無線網絡接入時，優先選用NB-IoT、GB15629.11—2003、ZigBee和無線網格網絡等通信技術。NB-IoT滿足萬物互聯及能耗數據傳輸需求，符合國家政策導向(工信廳通信函[2017]351號文)，宜作為推薦技術。

4.2承載層遵循以下原則:

(1)信息傳輸纜線選用雙絞線或光纜，雙絞線規格不低于6類線。

(2)網絡匯聚層交換設備采用有路由功能的三層網絡結構交換機，交換機的上行交換速率不低于 1000Mb/s。

(3)核心交換層的引擎和電源模塊采用冗余設計。

(4)核心設備之間滿足1000Mb/s以上的信息傳輸和交換能力。

4.3服務層遵循以下原則:

(1)建筑能耗監控系統應通過無線傳感器網絡采集能耗指標，并通過應用軟件系統實現建筑能耗的監控，包括節能工作站和附屬打印、顯示設備、數據采集、數據存儲、數據分析應用等功能的應用軟件，節能知識存儲和節能措施等模塊。

(2)配備雙千兆網卡的企業級服務器、路由器或交換機、工作站以及防火墻、磁盤陣列、UPS電源等局域網設備。

(3)服務器具有熱備功能，熱備軟件可運行于NT、Linux和NCRUnix平臺，實現2臺服務器各自運行且相互熱備份，支持遠程災難實時復制備份恢復系統。

(4)各軟件子系統之間彼此單獨運行，便于系統維護，同時軟件接口具有一致性、擴展性和兼容性。

5 建筑能耗監控傳感器網絡系統信息傳輸及接口要求

建筑物內感知層中各個傳感器節點之間的信息傳輸方式優先選用有線點對點星形傳輸方式，采用網關、交換機或現場控制器匯聚信息;線纜敷設困難時無線網關以星形方式匯聚各個傳感器節點所采集的信息。

承載層的信息傳輸方式。優先選用建筑物內或建筑物之間敷設線纜的方式傳輸信息。不具備線纜敷設條件，采用建筑物內混合傳輸方式或建筑物之間的網狀網絡傳輸方式。

數據接口要求。傳感器與傳感器結點之間的軟件接口，包括數據格式和交互協議采用DDL、XML、API等標準數據通信接口。為保證能耗監控設備數據傳輸的高效性，對建筑內的能耗監測設備進行統一編碼。

通信接口要求。建筑能耗監控傳感器網絡系統通信規約優先選擇TCP、UDP、CDT、OPC。此外，建筑能耗監控系統傳感器包括建筑物中央空調系統運行監控適用的溫度傳感器、濕度傳感器、水壓傳感器、風壓傳感器、風速傳感器、流速傳感器、CO2傳感器、照度傳感器、能耗計量傳感器(數字水表、燃氣表、熱量表)等。依據以上傳感器的檢測值，完成建筑能耗監控系統統計，并提供建筑總能耗、總用電量及各分類、分項能耗量的月、季、年統計量。

6 安科瑞能耗在線監測系統介紹

6.1 系統概述

Acrel-5000建筑能耗監測系統是用戶端能源管理分析系統，在電能管理系統的基礎上增加了對水、氣、煤、油、熱(冷)量等集中采集與分析，通過對用戶端所有能耗進行細分和統計，以直觀的數據和圖表向管理人員或決策層展示各類能源的使用消耗情況，便于找出高耗能點或不合理的耗能習慣，有效節約能源，為用戶進一步節能改造或設備升級提供準確的數據支撐。

6.2 應用場所：

（1）辦公建筑（商務辦公、國家機關辦公建筑等）；

（2）商業建筑（商場、金融機構建筑等）；

（3）旅游建筑（賓館飯店、娛樂場所等）；

（4）科教文衛建筑（文化、教育、科研、醫療衛生、體育建筑等）；

（5）通信建筑（郵電、通信、廣播、電視、數據中心等）；

（6）交通運輸建筑（、車站、碼頭建筑等）。

6.3系統功能

（1）登陸界面

系統可以根據客戶要求定制個性化的系統登錄界面，登錄界面所用的圖片、 Logo等由用戶提供。

（2）綜合能耗展示

系統登陸成功進入主頁面，主頁面顯示該建筑的建筑圖片，建筑基本信息,建筑當月分項用電餅圖和各種能源的消耗量。

（3）支路能耗概況

系統可以根據分類能耗的支路名稱查詢用能情況，顯示當日和當月的用能峰值（電能對應大需量值）、當日用能、當月用能、當年用能以及昨天同期用能、上月同期用能、上年同期用能的比較情況。

（4）支路用能

系統可以統計各支路某段時間內逐日、逐周、逐月、逐季、逐年用能。

（5）分項能耗概況

系統可以按照動力、空調、插座等分項進行能耗統計與顯示，支持用能餅圖顯示各分項過去31天的用能占比；堆積圖顯示各分項過去31天的能耗趨勢；分項用能排名圖顯示被選中分項對應能耗值排名前10位的支路。

（6）分項用能

系統可以統計各分項某段時間內逐日、逐周、逐月、逐季、逐年用能（這里的支路須通過基礎數據中分類分項的配置。） 

（7）部門能耗概況

系統可以按照部門進行能耗統計與顯示，并進行日同比分析圖，餅圖顯示各部門過去31天的用能占比；堆積圖顯示各部門過去31天的能耗趨勢；部門績效考核對比圖顯示實際用能和用能目標值，當實際用能值大于目標值時，實際值標為紅色。

（8）區域能耗概況

系統可以按照區域進行能耗統計與顯示，日分項用能同比分析圖顯示不同區域的當日與昨日能耗柱狀圖；餅圖顯示各區域過去31天的用能占比；堆積圖顯示各區域過去31天的能耗趨勢；區域用能排名圖中顯示被選中區域對應能耗值排名前10位的支路。

（9）參數查詢

查詢各回路戓支路某段時間內的參數，以曲線的形式反映趨勢（具體可以查詢的參數與安裝的儀表有關，查詢時不能跨月，且繪制曲線時以1分鐘為間隔），電力參數可以多選。

（10）數據檢查

系統可以統計某段時間內各回路與下級支路的用能差值，超過一定百分比后醒目顯示（紅色區域），確保計量體系的完整性、準確性。 

（11）非工作日用能分析

系統可統計各支路工作日與非工作日的能耗情況。此處的工作日和非工作日是在基礎數據中非工作日設置中配置的非工作日。

（12）能耗數據同比環比分析

系統可將各種類型（電、水、氣）和各主要耗能設備的能耗與去年同期值和上月值進行同比環比分析，檢驗節能效果，根據分析結果執行節能績效考核，以及節能目標的修正。 

（13）分時段用能統計

在儀表帶有復費率統計功能的前提下，系統可以采集電表內尖、峰、平、谷參數，并將數據存儲到數據庫中方便后期查詢。不同時段可以分別設置用電單價，統計報表會呈現出分時段電能值與電費。 

（14）日月年報表

系統提供方便的日月年報表統計功能，通過選擇不同回路，報表類型，查詢日期，生成對應報表。選中報表中的某一行數據，會自動顯示對應的柱狀圖。

（15）儀表網關斷線報警

系統通過能耗網關采集數據時，可以獲得儀表的通訊狀態。當系統判斷儀表通訊中斷時間大于10分鐘時或網關通訊中斷時間大于20分鐘時，系統會彈窗或者通過鈴鐺報警，顯示當前通訊中斷的儀表或者網關。

（16）圖表導出

系統可將分析統計的曲線、棒圖、報表導出到Excel格式文件，以便于用戶數據二次利用。

（17）用戶管理

系統用戶權限管理采用分級模式，為系統管理員、后勤管理人員、設備維護人員三級，進行訪問權限管理，防止未授權的訪問，并對所有操作自動進行帶時標事件記錄，可建立良好的反事故措施。

（18）基礎信息配置與維護

系統可根據項目實際情況配置每塊智能儀表所屬的能耗類型和分項、歸屬區域、設備類型，這些數據將作為用能分析的基礎信息。

（19）人工錄入數據

系統提供數據手工錄入功能，可錄入儀表每天的抄表值與每天的用能值，用于后期報表統計。

（20）遠程訪問功能(C/S模式)

系統采用C/S架構設計，在任意一臺連接廣域網的計算機上安裝Acrel-5000建筑能耗監測系統客戶端軟件即可實時訪問該能耗監測系統。

6.4 系統網絡結構

AcrelCloud-5000能耗管理云平臺采用分層組網架構，將系統分為設備層、網絡層、應用層。

設備層：設備層作為平臺數據來源的基礎，通過儀表與傳感器對參數進行監測和計量。

網絡層：網絡層通過強大的協議轉換功能將采集到的設備層的數據傳遞到應用層，起到承上啟下的作用。

應用層：應用層對設備層的數據進行分類、存儲、統計分析，通過友好的人機界面為用戶提供優質的體驗。

圖5 系統結構

6.5 能耗監測系統產品選型

7 結束語
建筑能耗監控傳感器網絡系統技術是建筑能耗監控系統中能耗參數檢測和信息傳輸的關鍵技術，可為傳感器網絡的配置及實施提供技術指導，并促進建筑能耗監控系統向產業化方向發展，有益于提升建筑功能，高效便捷地提高建筑能源利用效率，降低建筑的 CO2 排放量。建筑能耗監控傳感器網絡系統技術的制訂和推廣應用，將在生態城市建設方面發揮顯著作用，相關技術可為構建能耗監測傳感器網絡提供參考或借鑒。

【參考文獻】

[1]建筑能耗監控傳感器網絡系統技術要求:SJ/T11662—2016[S].

[2]馬瑞紅. 建筑能耗數據采集與傳輸系統設計及實現．

[3]安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2020.06版.

作者簡介：李茜，女，本科，現就職于安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為重點用能單位能耗在線監測。郵箱:3008713918@qq.com；QQ：3008713918