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1、建筑能耗监控传感器网络系统技术要求研究 肖宾杰 陈洪 上海市城市建设设计研究总院(集团)有限公司 摘 要： 简要介绍了建筑能耗监控的需求, 结合工信部行业标准 SJ-116622016建筑能耗监控传感器网络系统技术要求, 分析了公共建筑设置能耗监控系统传感器网络的技术要求, 详细阐述了能耗监控传感器网络系统的组成、构建原则、标识体系、传感器网络系统分层要求、信息传输及接口、传感器网络服务层要求等, 可供建筑能耗监控传感器网络系统的设计及实施提供参考。关键词： 建筑能耗监控; 传感器网络系统; 标识体系; 网络服务层; 作者简介：肖宾杰 (1979) , 男, 高级工程师, 从事电气工程设计及研
2、究工作。作者简介：陈洪 (1947) , 男, 教授级高级工程师, 从事电气工程设计及研究工作。收稿日期：2017-07-18基金：上海市人才发展基金 (201324) Research on Technical Requirements of Building Energy Monitoring Sensor Network SystemXIAO Binjie CHEN Hong Shanghai Urban Construction Design Research Institute (Group) Co., Ltd.; Abstract： This paper briefly intro
3、duced the requirements of building energy monitoring. Combining by standard SJ/T 116622016, the technical requirements of the setting energy monitoring sensor network were analyzed in public building. The composition, construction principle, layered demand of sensor network system, information trans
4、mission and interface, service layer requirements of sensor network of energy monitoring sensor network system were elaborated in detailed. It can provide references for design and implementation of building energy monitoring sensor network system.Keyword： building energy monitoring; sensor network
5、system; labeling system; network service layer; Received： 2017-07-180 引言面向建筑能耗监控系统的传感器网络技术重要性突出, 应用前景广阔。在节能减排领域, 建筑能耗占比显著, 对建筑能耗实施监测及节能改造效果明显, 国家也出台了诸多相关政策、要求, 如建科2008114 号国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统分项能耗数据采集技术导则。一些标准对能耗监测作了宏观层面的要求, 如 GB/T 503782006绿色建筑评价标准等绿色建筑设计、验收及评价标准, 提出建筑能耗监测是必备选项。因此, 建筑能耗监控相关技术标准的研制
6、是实施节能减排政策、推进绿色建筑建设的关键。本文对建筑能耗监控系统传感器网络系统技术进行研究, 可为相关传感器网络的设计、施工、验收提供具体要求和参考。1 建筑能耗监控传感器网络需求分析构建建筑能耗监控传感器网络系统, 需要从能耗指标、通用要求、接口要求、网关要求、建筑能耗监控系统传感器要求、建筑能耗监控传感器网络系统服务层要求等方面考虑具体技术要求, 为建筑能耗监控系统中能耗参数检测和信息传输所设置的传感器网络系统提供技术指导。2 建筑能耗监控传感器网络组成建筑能耗监控传感器网络系统 (体系) 结构由感知层、承载层、服务层 3 个逻辑区域组成。建筑能耗监控传感器网络系统架构如图 1 所示。建
7、筑能耗监控传感器网络系统感知层分布在建筑耗能设备群中, 负责各类耗能信息的采集、汇聚、处理和控制, 利用传感器网络节点获得相应的能耗监测数据。承载层将传感器网络节点的耗能数据由感知层向服务层的连接端口传输, 可包括建筑物内的自建专用网络、本地局域网、电信网、广电网、互联网等。图 1 建筑能耗监控传感器网络系统架构 下载原图建筑能耗监控传感器网络系统服务层主要负责数据及消息管理、数据存储、分析展示、诊断处理、信息展示功能。建筑能耗监控传感器网络组成如图 2 所示。图 2 建筑能耗监控传感器网络组成 下载原图3 建筑能耗监控传感器网络构建原则(1) 建筑能耗监控传感器网络系统建立独立的网络, 采用
8、树形网络拓扑结构, 在可靠性要求高的场所, 设计为冗余树形结构或网状网络。(2) 网络设计时, 考虑共用建筑内设置的 BAS、P-SCADA 或其他能源设备监控系统所采集的数据, 尽量利用这些网络实现能耗数据的汇聚和传输。(3) 建筑能耗监控传感器网络传感器的优化布置、设备选择在已有建筑能耗系统评价的基础上遵循按需布设、简化、准确的原则实施配置。(4) 感知层中各类介质传感器的检测精度与被检测介质在建筑内所占能耗比重相匹配。(5) 建筑能耗监控传感器网络系统承载层按照耗能设备、感知层传感器结点的布置环境选择有线、无线或混合的传输方式将感知层数据向服务层传输。无线传输方式可选用 GB 15629
9、.112003、Zig Bee 和无线网格网络等通信技术, 推荐采用基于蜂窝的窄带物联网 (Narrow Band Internet of Things, NB-Io T) License 频段, 可采用带内、保护带或独立载波等构建系统, 发挥其覆盖广、连接多、成本低及功耗低等优势。4 建筑能耗监控传感器网络技术要求感知层的接入应选择通信可靠性高的网络, 遵循以下原则:(1) 在建筑能耗监控传感器网络系统中, 以太网的接入交换机选用工业级产品或其他具有较高可靠性及稳定性的产品。(2) 感知层网络在网关接入时采用工业级产品。(3) 感知层网络在无法采用以太网结构时, 优先选用支持 Profibu
10、s 或TIA/EIA-485-A 通信类的产品。(4) 末端施工困难的场所或需采用无线通信的场所, 选用工业级无线通信路由设备或租用性能可靠的专用带宽无线公网, 以确保系统通信可靠。(5) 在采用无线网络接入时, 优先选用 NB-Io T、GB 15629.112003、Zig Bee 和无线网格网络等通信技术。NB-Io T 满足万物互联及能耗数据传输需求, 符合国家政策导向 (工信厅通信函2017351 号文) , 宜作为推荐技术。承载层遵循以下原则:(1) 信息传输缆线选用双绞线或光缆, 双绞线规格不低于 6 类线。(2) 网络汇聚层交换设备采用有路由功能的三层网络结构交换机, 交换机的
11、上行交换速率不低于 1 000 Mb/s。(3) 核心交换层的引擎和电源模块采用冗余设计。(4) 核心设备之间满足 1 000 Mb/s 以上的信息传输和交换能力。服务层遵循以下原则:(1) 建筑能耗监控系统应通过无线传感器网络采集能耗指标, 并通过应用软件系统实现建筑能耗的监控, 包括节能工作站和附属打印、显示设备、数据采集、数据存储、数据分析应用等功能的应用软件, 节能知识存储和节能措施等模块。(2) 配备双千兆网卡的企业级服务器、路由器或交换机、工作站以及防火墙、磁盘阵列、UPS 电源等局域网设备。(3) 服务器具有热备功能, 热备软件可运行于 NT、Linux 和 NCR Unix 平
12、台, 实现 2 台服务器各自运行且相互热备份, 支持远程灾难实时复制备份恢复系统。(4) 各软件子系统之间彼此独立运行, 便于系统维护, 同时软件接口具有一致性、扩展性和兼容性。5 建筑能耗监控传感器网络系统信息传输及接口要求(1) 建筑物内感知层中各个传感器节点之间的信息传输方式优先选用有线点对点星形传输方式, 采用网关、交换机或现场控制器汇聚信息;线缆敷设困难时无线网关以星形方式汇聚各个传感器节点所采集的信息。(2) 承载层的信息传输方式。优先选用建筑物内或建筑物之间敷设线缆的方式传输信息。不具备线缆敷设条件, 采用建筑物内混合传输方式或建筑物之间的网状网络传输方式。(3) 数据接口要求。
13、传感器与传感器结点之间的软件接口, 包括数据格式和交互协议采用 DDL、XML、API 等标准数据通信接口。为保证能耗监控设备数据传输的高效性, 对建筑内的能耗监测设备进行统一编码。(4) 通信接口要求。建筑能耗监控传感器网络系统通信规约优先选择TCP、UDP、CDT、OPC。此外, 建筑能耗监控系统传感器包括建筑物中央空调系统运行监控适用的温度传感器、湿度传感器、水压传感器、风压传感器、风速传感器、流速传感器、CO 2传感器、照度传感器、能耗计量传感器 (数字水表、燃气表、热量表) 等。依据以上传感器的检测值, 完成建筑能耗监控系统统计, 并提供建筑总能耗、总用电量及各分类、分项能耗量的月、
14、季、年统计量。6 建筑能耗监控传感器网络标识体系建筑标识单元以单独一幢建筑为单元进行划分。建筑标识代码为唯一的建筑单元标识, 为能耗信息采集和管理提供身份代码。建筑标识代码按照国统字200991 号文执行, 由七级 16 位编码组成, 建筑标识代码结构如图 3 所示, 规则如下:图 3 建筑标识代码结构 下载原图(1) 代码第 12 位表示省级代码, 用 2 位阿拉伯数字表示。(2) 代码第 34 位表示地级代码, 用 2 位阿拉伯数字表示。(3) 代码第 56 位表示县级代码, 用 2 位阿拉伯数字表示。(4) 代码第 79 位表示街道办事处代码, 用 2 位阿拉伯数字表示。(5) 代码第
15、1012 位表示社区居委会代码, 用 3 位阿拉伯数字表示。(6) 代码第 13 位表示建筑类别代码, 用 1 位大写英文字母表示。(7) 代码第 1416 位表示建筑序列代码, 用 3 位阿拉伯数字表示。建筑能耗子系统标识代码按照建筑能耗数据的分类、分项属性进行划分, 同一建筑标识单元内的某类能耗子系统标识代码具有唯一性。建筑能耗子系统主要包括建筑所必需的电梯动力、照明、空调、消防、通风、高低压配电等用能信息。7 结语建筑能耗监控传感器网络系统技术是建筑能耗监控系统中能耗参数检测和信息传输的关键技术, 可为传感器网络的配置及实施提供技术指导, 并促进建筑能耗监控系统向产业化方向发展, 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。建筑能耗监控传感器网络系统技术的制订和推广应用, 将在生态城市建设方面发挥显著作用, 相关技术可为构建能耗监测传感器网络提供参考或借鉴。参考文献1建筑能耗监控传感器网络系统技术要求:SJ/T116622016S. 2芮晓玲, 秦臻.无线传感网技术的能耗监测应用J.无线通信, 2010 (8) :21. 3储雪松.城市建筑能耗监测平台构建及管理需求的实现J.建筑节能, 2010, 38 (6) :74-76. 4建科2008114 号.关于印发国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统建设相关技术导则的通知G.
