基于物联网技术的智慧能耗管控平台

摘要：大型公共建筑物中通过能耗管控及改造来进行节能降耗的系统是根据建筑特点、通过运用无线物联网技术链接的、针对管理人员的能耗管理平台，结合各类、项能耗数据的可靠采集，各用能设备的科学管控，不但准确地掌握不同用途建筑、核对计算单元、特定区域和重点用能设备的能耗，使能源得到合理的利用，避免了浪费，而且能够有效指导大型公共建筑的能源管理，给使用的建筑评测和节能改造提供相关依据。该平台基于互联网技术，具有实时的能耗数据采集和通信、远方云端输送数据、自动根据不同的项目分开统计、分析数据、比对分析、报表展示和管理、数据上传和存储等一系列功能，满足大部分公共建筑能耗监测和管控的内容和要求。

关键词：节能改造物联网计量监测能耗管控

中图分类号：TM76

AnIntelligentEnergyConsumptionControlPlatformBasedonIoTTechnology

CHENZhanghong

AnhuiProvinceWENERGYPowerOperationandMaintenanceCo.，Ltd.，Hefei，AnhuiProvince，230088China

Abstract：Thesystemofenergyconservancyandconsumptionreductionbyenergyconsumptioncontrolandrenovationinlarge-scalepublicbuildingsisanenergyconsumptionmanagementplatformformanagersthatisbasedonthecharacteristicsofbuildingsandlinkedbywirelessIoTtechnology.Combinedwiththereliablecollectionofallkindsofenergyconsumptiondataandthescientificcontrolofvariousenergyconsumptionequipment，itnotonlyaccuratelygraspstheenergyconsumptionofbuildingsfordifferentpurposes，checkcalculationunits，specialareasandkeyenergyconsumptionequipment，soastoreasonablyutilizeenergyandavoidwaste，butalsoeffectivelyguidestheenergymanagementoflarge-scalepublicbuildings，soastoproviderelevantbasisfortheevaluationandenergy-savingrenovationofbuildingsinservice.ThisplatformisbasedonInternettechnologyandhasaseriesoffunctionssuchasreal-timeenergyconsumptiondatacollectionandcommunication，theremotecloudtransmissionofdata，automaticstatisticsaccordingtodifferentprojects，dataanalysis，comparisonanalysis，reportdisplayandmanagementanddatauploadandstorage，whichmeetsthecontentandrequirementsoftheenergyconsumptionmonitoringandcontrolofmostofpublicbuildings.

KeyWords：Energy-savingrenovation;InternetofThings;Metrologicalmonitoring;Energyconsumptioncontrol

结合某综合楼的用能现状，将该楼作为研究主体开展实施，以实现通过物联网平台管控的方式，改变传统人工手动和硬接改造周期长、破坏区域大等弊端，通过智慧管控的模式达到节能减耗的目的。据此，通过摸排综合楼的用能状况，分析和判别处在日常管理过程中存在的短板和问题，挖掘节能潜力，通过无线物联网能耗管控平台寻找节能方向，降低能源消耗和成本，并为后续其他项目的开展提出了相关意见建议。

1某综合楼项目现状

1.1项目基本概况

该综合楼内含办公室、会议室、办事窗口、停车场、人防等功能区域，共21层（其中，地上20层，底下1层，裙房三层），总建筑面积33243㎡。主要用能设施设备：空调、照明灯具、配电房、泵房、电梯和开水器及办公设施设备等。

1.2近3年能耗数据

根据皖管﹝2020﹞12号《关于推进公共机构合同能源管理的意见》中“三、基础工作”章节规定的合同能源管理项目能耗基准应按照前3年平均能耗消耗量计算，但2020年初受疫情影响，由于部分干部职工采取居家办公措施和办公室通风要求，导致整体综合楼用能处于非正常状态，故不作为能耗基础数据，因此，取2018年、2019年和2021年的平均能耗作为基准。

1.3当前存在的问题

（1）随着大楼办公和业务人员的体量不断加大，以及建筑使用楼层的不断扩大，各种用能设备也在不断丰富，同时因为存在大量使用不当的行为，存在很多浪费能源的情况，使得近年来能耗处于不断上升状态。

（2）大楼目前耗能设备智能化水平低，部分职工存在节能意识不强的情况，经常会出现下班或者离开办公室之后忘记关空调和其他高耗电设备的现象，而这些耗能设备又不会根据情况自动关闭调节，这就出现了大量能耗的浪费。

（3）大楼原来旧的能耗管控平台自动化程度不高，覆盖面不广，在平台设计中没有很好地将能耗信息关联，而且数据能耗的监控技术应用很少，无法实现节能降耗和可靠管控等目的。

2研究智慧能耗管控平台的目的和主要建设内容

2.1研究智慧能耗管控平台的目的

为认真贯彻落实公共机构节能相关的文件精神，做好公共机构能源资源节约和生态环境保护工作。智慧能源管控系统须将信息化平台作为基础，结合大数据等信息技术，成为集维护、管理等多种功能的一体化平台[1]。

2.2主要建设内容

利用物联网技术对智慧管控系统进行设计，对系统做整体构思，通过分层思想，使各个区域全覆盖[2]。主要包含主楼办公楼各楼层用电量监测和计量、整个大楼总用水量总量监测计量、多联机空调远程监测与节能控制、公共区域照明节能控制和数据监测中心建设。

3智慧能耗管控平台支撑硬件具体实施方案

由于物联网需要硬件支撑节点，因此对节点硬件的设计需满足以下原则：成本低，因监测范围较广，传感器节点数量很多，必须最大程度控制成本；功耗低，传感器工作地点通常为室外，为最大程度保持网络稳定，节点设计需符合低功耗要求；可扩展性强，由于监测地点随时发生改变，当需要增加新的模块时，节点应满足需要[3]。

3.1用电计量监测

（1）楼层用电量计量，在原各楼层强电井内各安装有三相机械三相电表，分别计量楼层空调和照明插座用电，将机械表全部替换为导轨式相智能电表，可以通过GPRS数据采集器将数据到采集平台，用于实时监测各楼层用电数据。

（2）大楼配电房各开关用电量检测。现每回路已安装智能电表，需把各电表的通信线连接起来接入GPRS数据采集器，然后上传到云平台。

3.2用水计量监测

大楼总用水表位于大楼外面人行道上，属于智能水表。与市政供水部门沟通提供通信协议和地址码后可直读数据，最终通过GPES数据采集器将数据上传至平台。

3.3多联机中央空调控制系统

在每台多联机室外主机上安装中央空调集控器，通过设定空调地址来控制每台室内机。多功能通信网关与中央空调集控器通过接口连接，设定通信参数（如波特率、采集频率等），实现中央空调主控器的数据上传。该项目考虑共计安装53台多联机空调集控器，通过平台及多联机室内机控制器，实现定时开关闭空调和设定温度。

3.4公共区域照明智能控制

（1）大厅1～3层吊顶上安装“智能照明时控模块”（4路），原86壳开关面板替换为“智能触摸开关面板”，原开关控制电线改为通信线，如果有4路开关就不需要重新走线。根据现场的需要设定各回路通断时间，合理地节约用电量。

（2）地下停车场过道灯节能控制：加装微波感应器，感应车和人的运动。有人或有车过来时亮灯，并延迟一定时间后灭灯，错开安装。将原有的290盏灯常亮控制到了30余盏，有效降低了能耗。

4智慧能耗管控平台系统介绍

4.1平台主要功能

（1）实时在线监测；（2）数据采集存储；（3）统计分析；（4）预警告警；（5）定额管理；（6）通断控制；（7）自动控制；（8）图文报表；（9）能耗公示；（10）平衡分析；（11）数据填报。

系统可根据选择的用能种类自动统计能耗数据，帮助管理者替代手工填报能耗数据，提高工作效率。

4.2智慧能耗管控平台基本功能模块

（1）数据采集；（2）数据处理；（3）能耗监管；（4）能耗查询；（5）折标系数和价格管理方案；（6）分类能耗信息；（7）能耗报警。

4.3智慧能耗管控平台子系统

4.3.1用电监控管理子系统

该系统实现对用户各办公区等公共场所的电能数据采集与用电节能监管。

（1）电表实时。对每个用电单元进行电能计量实时监控网络状态、用电状态、实时电量等信息，电表档案详细查看。

（2）多功能电表实时监测。多功能电表适用于楼宇输配电系统，能够根据监测到的问题及时展示，提升了电气系统运行的安全性。

实时树型可以根据建筑层级、部门层级、电表物理安装层次展示。

（3）实时图表。可以通过柱状图、曲线图、时段对比图实时展现72h或24h的用电情况，15min数据采集一次或1h采集数据一次为楼栋用电总量提供考核、管理依据；为分析异常故障提供了分析依据，能耗电量异常短信提醒。

（4）用电能耗统计。能够按照综合、年度、季度、月度和日能耗报表来统计用户的整个用电量。

（5）用电能耗分析。可对用电能耗实现实时在线分析功能，如可列出进行对比分析时的指标（用电量/用电金额）、工作日（工作日/非工作日）、时段（上午班/下午班/午休/夜间）、对比对象（年同比/月同比/月环比/指定年/指定月）、是否进行详细对比、时间（年/月）、对比时间（年/月）、是否展现图形数值等分析功能。

（6）用电明细查询。电能明细查询可以按照楼栋、楼层、区域等条件按照时间段显示出来。

4.3.2用水监测管理子系统

该系统可以根据用水量的监测进行分析，快速发现跑冒滴漏现象。它将水表用水信息结合到一起，通过对水表数据的统计，直观地进行图形展现。

可以通过柱状图、曲线图、时段对比图实时展现三天或者一天的用水情况，15min数据采集一次或1h采集数据一次。

水表实时、实时图标、用水统计、用水明细、用水分析等功能与用电功能相同，目前正在完善中。

4.3.3智能照明系统

该系统实现对政务服务大厅1～3层的公共部分进行区域控制，来实现节能降耗的目的。不同的开关控制不同的区域进行精细化管控，同时通过平台的时间策略控制来进行定时和远程控制，使能耗管控更加精准有效。

4.3.4后期停车场光伏及智慧照明的预留展示

该系统为后续即将建成的车棚光伏和停车场智慧照明系统预留了衔接端口，为将来全系统展示做了前期铺垫。

5后续推广智慧能耗管控平台的提升和相关建议

随着城市的发展，我国公共机构的能耗在建筑总能耗中的比重越来越大，特别是近10年来我国公共机构的规模和数量都增长极快，成为建筑中的用能大户。因此，进行公共机构能耗状况监测以及节能技术在公共机构中运用的研究十分必要[4]。

5.1加大智能化硬件的投入

该综合楼作为研究主体，鉴于其能耗托管费用处于中等水平，且大楼前期没有经过完好的验收导致动力线路排布凌乱复杂，当前情况下没有条件实施更加精细化的能耗监测分类。通过构建数字化系统单线图，系统拓扑可以实时展示与分析，通过下钻对应的电表或者设备，可以综合看到设备的健康指数、用电情况[5]。面对将来其他能耗托管费用高且线路排布清晰的建筑楼宇，可更加细致化地投入监测硬件设备，按照楼宇→楼层→房间的三级管控，同时将空调、照明、插座等用能设备进一步精细区分，更加精准地对能耗进行监测和管控，进而达到深层次的节能降耗。

5.2要有相应的节能规章制度支撑辅助

物联网的技术运用是一个庞大而复杂的系统，包含的各个领域内容都很广，它集成了多项跨学科的技术，可以对复杂的现实场景达到监测、监测、存储、传送和应用的服务[6]。除了基于物联网技术的智慧能耗管控平台自身，也不能完全依赖于能耗管控平台进行管理，以该楼为例，节能规章制度建设不完善，缺乏科学的节能奖励机制。随着后续办公人数和设备的日益扩大，办公人员和办事群众数量的迅速增加，使得用能量和用能种类的范围不断扩大和庞杂，但能源管理方面的规章制度没有得到修订，节能规章制度需要相辅相成地跟进。

5.3技术的开发和推广需同步进行

末端监测包括配电室、重点设备和一般设备的监测。末端监测系统的底端为智能电表、智能水表等分项计量设备，也是物联网的最原始数源，数据的真实性对后续各方面处理有很大决策作用。

5.4提高全民的节能意识至为关键

无论是推广智慧能耗管控平台的搭建，还是倡导节能降耗的宣传，全民节能意识的提高是关键，如同安全生产工作一样，人员的安全意识没有提高，那么安全培训的教育也是不成功的。以政务服务大楼为例，广大工作人员对节能工作的意识有待提高，所以才出现“人走灯还亮”“空调无人空转”等现象。通过基于物联网技术的智慧能耗管控平台，在实现能耗降低的同时，提高全民的节能环保意识，从而发挥全民在节能减排中的重要作用，使用能更清楚、直观地达到降低的效果，同时也为能源综合改革和绿色示范节约型机关创建带来新的机遇，使党政机关、医院、学校等公共机构成为绿色友好型、资源节约型的可持续发展生态典范。

6结语

未来，将有更多的单位建立物联网的智慧能耗管理和控制平台。基于掌握能源使用的实时数据，整合了各种能源使用项目的业务流程，建立了高效灵活的管理系统，将数据转化为价值，实现绿色低碳提供基础，保障能源安全。通过智慧能源系统运行的多方协调控制及优化调节技术以及智能能源系统管理的综合服务分析技术等能源监控、节约的诊断和能源效率分析的手段，可以进一步推进节能减排措施的有效落地。

参考文献

[1]温克欢，唐义锋，薛冰，等.基于能源管理的智慧能源网关技术研究[J].电测与仪表，2019，56（16）：123-128.

[2]王宁，郭水文.智慧能源系统研究的学术进展及其应用述评[J].重庆大学学报（社会科学版），2019，25（5）：123-133.

[3]王宇强，田苗，张一，等.基于物联网技术的智慧能源管控系统设计[J].内蒙古电力技术，2022，40（5）：120-123.

[4]张孝军，吴军，毛林伟.公共机构能源动态管控系统介绍[J].上海计量测试，2020，47（6）：51-53.

[5]张晓慧，洪晟，黄柯茗，等.低碳视角下的工业能源管控研究与应用实践[J].网络安全与数据治理，2023，3（43）：27-33.

[6]张晶.基于物联网架构的图书馆书目智能管理系统设计[J].自动化技术与应用，2022，41（3）：109-112，127.