浅析基于物联网技术的建筑能耗监测系统研究与应用

程瑜

安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：物联网技术与建筑节能减排相结合具有广阔的应用前景。对建筑能耗监测系统和物联网技术在建筑节能中的运用进行分析，从物联网技术专业角度，剖析建筑能耗监测系统目前存在的问题，展望两者结合的发展前景。基于物联网技术对现有建筑能耗监测技术进行升级换代，将成为建筑节能领域新的发展方向。

关键词:建筑能耗；监测系统；物联网；建筑节能

0引言

建筑节能工作应以实际的建筑能耗数据为依据来评价建筑节能工作效果。对于实际运行的能耗数据，传统的人工按月抄表方式不仅费时、费力，而且数据的及时性和准确性得不到保证。缺少足够准确能耗数据支撑，将无法更深层次地分析和策划节能工作，因此建立建筑能耗监测系统可大大减小数据不足带来的影响。物联网的技术应用，可以提升现有监测系统的监测水平，也是对监测平台建设直接的技术支撑。本文从物联网技术角度分析建筑能耗监测系统功能以及发展方向。

1建筑能耗监测系统运用分析

为了更深层次地分析和策划建筑节能工作，制定更加合理的用能额度管理方式，就需要建立建筑能耗监测系统。这样可以实现能耗数据的在线监测和动态决策分析。目前基于物联网技术的建筑能耗监测系统由软、硬件两部分组成，其中：硬件主要由各种计量表具、能耗数据采集器、Zigbee无线节点模块、数据服务器等其他计量和网络设备构成；系统软件是监控主站软件，主要功能包括参数设置、数据采集、实时监测、数据分析以及数据报表等多模块。该建筑能耗监测系统具有以下特点。

（1）可以对建筑能耗数据的实时监测和报警，定时采集参数并上传，用户可实时查询能耗状态，能够全面监测能耗，提高节能管理工作水平。

（2）能够直接显示建筑能耗节能量，可方便用户和节能工作监管部门了解建筑节能效果，为制定建筑能耗决策方案提供依据。

（3）采用Zigbee技术可以减少布线工作量，尤其对于建筑内部不方便布线的地方，工程实施更为便捷，而且该技术网络扩展性强，方便后期维护。

2物联网技术在建筑节能中的运用分析

物联网技术及产业规模迅速扩增，在目前可持续发展和低碳经济的社会背景下，物联网和建筑节能技术相结合已经列入重点发展并支持的专项计划。物联网技术在建筑节能中的研究与运用主要体现在以下几个方面。

（1）物联网对现有的建筑能耗监测平台建设具有直接的技术支撑和功能提升作用，可以实现能耗能效对标、能耗报警、节能量核算、节能诊断、使能源管理量化可评价并能够提供能源管理数据依据。

（2）物联网技术在建筑能源各子系统的运行状态监测、安全防护与预测报警等方面具有十分重要的作用，可提升和完善现有能耗监测系统。

（3）物联网技术运用在建筑能源系统上，可为建筑各能源系的优化运行机节能改造提供更加的计量数据，同时也是节能效果考量的重要平台和保障措施。

3问题与方向

从物联网技术专业角度来分析，目前的建筑能耗监测系统还存在以下问题，需要进一步探讨及解决。

（1）从网络架构的角度来看，现有的建筑能耗监测系统仅实现了建筑能耗数据的采集，能耗数据只能从终端采集设备向数据平台的单向传输，还应该考虑增加信息反馈控制功能，以迅速调控建筑设备使用情况。

（2）目前的建筑能耗监测系统主要是针对建筑机电设备系统的监测和感知，只能满足工程建设要求，因此还需要进一步研究从建筑能耗数据挖掘的角度，感知层物联网传感器的配置依据。

（3）基于物联网技术的建筑能耗监测系统具有海量数据的特征，对该类数据的分析、挖掘与利用直接关系到系统建成后的使用功能及进一步开发。

4 Acrel-EIOT能源物联网云平台

（1）概述

Acrel-EIoT能源物联网开放平台是一套基于物联网数据中台，建立统一的上下行数据标准，为互联网用户提供能源物联网数据服务的平台。用户仅需购买安科瑞物联网传感器，选配网关，自行安装后扫码即可使用手机和电脑得到所需的行业数据服务。

该平台提供数据驾驶舱、电气安全监测、电能质量分析、用电管理、预付费管理、充电桩管理、智能照明管理、异常事件报警和记录、运维管理等功能，并支持多平台、多语言、多终端数据访问。

（2）应用场所

本平台适用于公寓出租户、连锁小超市、小型工厂、楼管系统集成商、小型物业、智慧城市、变配电站、建筑楼宇、通信基站、工业能耗、智能灯塔、电力运维等领域。

（3）平台结构

（4）平台功能

◆电力集抄

电力集抄模块可以实现对各种监测数据的查询、分析、预警及综合展示，以保证配电室的环境友好。在智能化方面实现供配电监控系统的遥测'、遥信、遥控控制，对系统进行综合检测和统一管理；在数据资源管理方面，可以显示或查询供配电室内各设备运行（包括历史和实时参数，并根据实际情况进行日报、月报和年报查询或打印，提高工作效率，节约人力资源。

变压器监控

配电图

◆能耗分析

能耗分析模块采用自动化、信息化技术，实现从能源数据采集、过程监控、能源介质消耗分析、能耗管理等全过程的自动化、科学化管理，使能源管理、能源生产以及使用的全过程有机结合起来，运用的数据处理与分析技术，进行离线生产分析与管理，实现全厂能源系统的统一调度，优化能源介质平衡、有效利用能源，提高能源质量、降低能源消耗，达到节能降耗和提升整体能源管理水平的目的。

能耗概况

◆预付费管理

1）登陆管理：管理操作员账户及权限分配，查看系统日志等功能；

2）系统配置：对建筑、通讯管理机、仪表及默认参数进行配置；

3）用户管理：对商铺用户执行开户、销户、远程分合闸、批量操作及记录查询等操作；

4）售电管理：对已开户的表进行远程售电、退电、冲正及记录查询等操作；

5）售水管理：对已开户的表进行远程售水、退水、记录查询等操作；

6）报表：提供售电、售水财务报表、用能报表、报警报表等查询，本系统所有的报表及记录查询，都支持excel格式导出。

预付费看板

◆充电桩管理

通过物联网技术，对接入系统的充电桩站点和各个充电桩进行不间断地数据采集和监控，同时对各类故障如充电机过温保护、充电机输入输出过压、欠压、绝缘检测故障等一系列故障进行预警。云平台包含了充电收费和充电桩运营的所有功能，包括城市级大屏、交易管理、财务管理、变压器监控、运营分析、基础数据管理等功能。

充电桩看板

◆智能照明

智能照明通过物联网技术对安装在城市各区域的室内照明、城市路灯等照明回路的用电状态进行不间断地数据监测，也可以实现定时开关策略配置及后台远程管理和移动管理等，降低路灯设施的维护难度和成本，提升管理水平，并达到一定节能减挂的效果。

监控页面

◆安全用电

安全用电采用的剩余电流互感器、温度传感器、电气火灾探测器，对引发电气火灾的主要因素（导线温度、电流和剩余电流）进行不间断的数据跟踪与统计分析，并将发现的各种隐患信息及时推送给企业管理人员，指导企业实现及时的排查和治理，达到消除潜在电气火灾安全隐患，实现“防患于未然”的目的。

◆智慧消防

通过云平台进行数据分析、挖掘和趋势分析，帮助实现科学预警火灾、网格化管理、落实多元责任监管等目标。填补了原先针对“九小场所”和危化品生产企业无法有效监控的空白，适应于所有公建和民建，实现了无人化值守智慧消防，实现智慧消防“自动化”、“智能化”、“系统化”、用电管理“精细化”的实际需求。

（5）系统硬件配置

分类	产品型号	外观	产品功能
无线测温	ARTM-Pn		可监测电压、电流、频率、有功功率、无功功率、电能，可接收60个无线温度传感器温度
	ATC600		ATC600有2种工作模式：终端(-C)、中继(-Z)，可根据项目布局选择配置。可接收240个无线温度传感器温度
光伏监控	AGF		光伏电池串开路报警，可以配合组串电压进行综合判断；带3路开关量状态监测，用于采集直流断路器、防雷器等输出空接点状态；一次电流采用穿孔方式接入，安装方便；测量元件采用霍尔传感器，隔离测量电流20A；电压测量功能可测量母线电压DC1500V
电力监控	AEM96		三相电力参数测量、电压和电流的相角、四象限电能计量、复费率、需量、历史电能统计、开关量事件记录、历史值记录、31次分次谐波及总谐波含量分析、分相谐波及基波电参量（电压、电流、功率）、开关量、报警输出
	APM系列		全电量测量，四象限电能，复费率电能，仪表内部温度测量，总有功、总无功、总视在电能脉冲输出、秒脉冲等可选。三相电流、有功功率、无功功率、视在功率实时需量及需量(包含时间戳)。电流、线电压、相电压、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、频率、电流总谐波、电压总谐波的本月值和上月值(包含时间戳)。中文显示，有功电能0.2s级。
预付费	DDSY		单相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量。有功电能计量（正、反向），A、B、C分相正向有功电能，支持4个时区、2个时段表、14个日时段、4个费率需量及发生时间，实时需量，历史冻结数据购电记录；8位段式LCD显示、背光显示；有功电能脉冲输出；有功电能精度1级，无功电能0.5s级。
	DTSY		三相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量。有功电能计量（正、反向），A、B、C分相正向有功电能，支持4个时区、2个时段表、14个日时段、4个费率需量及发生时间，实时需量，历史冻结数据购电记录；8位段式LCD显示、背光显示；有功电能脉冲输出；有功电能精度1级，无功电能0.5s级。
智能抄表	ADL200		单相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量。总电能计量（反向计入正向），3个月历史电能数据冻结存储；8位段式LCD显示；有功电能脉冲输出；有功电能精度1级，无功电能2级。
	ADL400		三相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量。（正、反向）有功、无功电能计量；A、B、C分相正向有功电能计量；2-31次谐波电压电流；12位段式LCD显示、背光显示，电能精度0.5s级。
	ADW210		4路三相电压、电流、功率、功率因数、频率测量；电压电流相角、电压电流不平衡度测量；电压电流2-31次分次谐波及总畸变测量；当月及上三月的电压、电流、功率值记录；需量及上十二月历史需量记录；事件记录、复费率、四象限电能及历史电能记录；支持12路开关量输入4路开关量输出；支持12路测温4路剩余电流测量；有功电能精度1级。
	ADW300		三相电压、电流、功率、功率因数、频率测量；电压电流相角、电压电流不平衡度测量；电压电流2-31次分次谐波及总畸变测量；当月及上三月的电压、电流、功率值记录；需量及上十二月历史需量记录；事件记录、复费率、四象限电能及历史电能记录；支持4路开关量输入、2路开关量输出；支持4路测温；支持1路剩余电流测量；支持本地显示及按键设置；有功电能精度1级。 通讯方式：支持RS485通讯、Lora无线通讯、4G通讯；WIFI通讯
直流电能表	DJSF1352		1.精度：1级或0.5级，带±12V电压输出用于霍尔传感器供电 2.测量：电压、电流、功率、正反向电能，支持双路计量。
电气	ARCM300-Z		三相（I、U、Kw、Kvar、Kwh、Kvarh、Hz、cosΦ），视在电能、四象限电能计量，单回路剩余电流监测，4路温度监测，2路继电器输出，2 路开关量输入，支持断电报警上传
	AAFD-DU		监测故障电弧、漏电、温度 两路无源干接点（开关量）输入 两路无源常开触点（开关量）输出
充电桩	ACX系列		充满自停、断电记忆、短路保护、过载保护、空载保护、故障回路识别、远程升级、功率识别、独立计量、告警上报。 支持投币、刷卡，扫码、免费充电，
	AEV_AC007		额定功率7kW,单相三线制，防护等级IP65,具备防雷保护、过载保护、短路保护、漏电保护、智能监测、智能计量、远程升级，支持刷卡、扫码、即插即用。 通讯方式：4G、蓝牙、Wifi
智慧照明	ASL200		遥控输出 两路无源干接点（开关量）输入 两路无源常开触点（开关量）输出

5结语

当前，建筑能耗监测系统建设已取得一系列进展。将物联网技术运用于建筑节能监测系统，对现有监测技术的升级换代以及平台的建设具有直接的技术支撑作用，而与此相关的研究与示范将具有广阔的应用前景。

参考文献

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[5]陈永攀.建筑能源系统物联网架构与实现技术研究[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2011.

[6]企业微电网设计与应用手册2022.05版.

审核编辑 黄宇