建筑能耗计量分析系统

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1、泰豪建筑能耗计量分析系统泰豪建筑能耗计量分析系统编编者按：本文就北京泰豪智能工程有限公司者按：本文就北京泰豪智能工程有限公司针对针对建筑建筑节节能开能开发发的一套的一套能耗能耗计计量分析系量分析系统进统进行了介行了介绍绍，描述了系，描述了系统统架构和分析流程，从功能架构和分析流程，从功能说说明角度出明角度出发发， ，详细论详细论述系述系统统的的软软硬件技硬件技术实现术实现，并着重，并着重对软对软件数据件数据处处理和能耗分析功能特点理和能耗分析功能特点进进行了行了说说明，明，结结果表明系果表明系统为统为建筑能耗建筑能耗监监管管工作的开展提供了一套工作的开展提供了一套专业实专业实用的用的实实施方案

2、。施方案。一、引言一、引言能耗计量为进行建筑节能诊断和节能改造提供准确可靠的数据信息，随着建筑用电分项计量在全国范围内的逐步推广和相关行业标准的出台，中外合资建筑节能管理公司北京清华泰豪智能科技有限公司，学习日本节能中心节能经验理论，引进松下电工节能管理系统（BEMS） ，在结合多年来进行建筑节能诊断和改造的经验技术基础上，开发出这套能耗计量分析系统。系统采用分布式架构，通过现场总线将多功能电子式电能表数据通过通讯服务器上传至现场服务器，系统采取 TCP/IP 传输协议连接现场采集终端和数据处理服务器，结构灵活、传输安全、实时性好、通信不受距离限制、可扩展性强。现场服务器软件采用组态的方式，支

3、持 windows98、NT、2000、XP 等多种操作系统，支持ODBC 标准数据库和 OPC、DDE 等多种外部通信接口，组态化操作界面经过简单配置即可满足目标建筑能耗计量要求，软件具有开放性、分布式、安全性、模块化的特点，通过系统管理、参数设置、数据采集、实时显示、能耗分析、报表统计、web 浏览、数据转发等方式，构成本地建筑能耗计量与分析平台。二、系统框架二、系统框架系统涵盖建筑各类能源消耗的统计和分析，着重于电能的分项计量或全面计量，在传统变配电管理功能的基础上，开发能耗数据处理和能耗分析功能模块，构成完整的能耗数据采集输入、实时显示、数据处理、数据分析、结果提示的全过程能耗监管。系

4、统可同时作为变配电管理、分项计量和能耗监管系统使用，由一般物业管理人员即可进行日常管理工作，包括变配电监视、报警，建筑能耗数据处理、分析，输出能耗分析结果。系统进行建筑能耗计量和分析的流程如图 1 所示：能耗数据采集、存储、查询、发布、转发、处理、分析功能按照模块化设计思想，采用组态方式来实现，各功能块自由添加，形成完整的能耗分析流程。系统通过现场计量仪表实时采集电、水、气等各类能耗数据，经通讯服务器上传至现场服务器，软件按不同用途对数据进行处理，软件即时数据库直接从仪表中读取数据，其数据更新周期短，核心数据库管理各种历史数据、相关信息和基准规范等，作为软件能耗分析和历史查询数据源，将数据采集

5、、转换计算和信息存储、条件查询分开管理，有利于提高系统稳定性和处理速率。软件和外部进行通信，将能耗处理结果提供给本地和网络其它应用软件，或者从其它应用软件获取有用信息，形成开放性的数据交换渠道，用户通过 C/S 和 B/S 两种远程访问模式，实时查询本建筑能耗使用情况并获取相应提示。系统技术架构如图 2 所示三、功能描述三、功能描述1. 系统管理功能系统管理功能系统管理功能实现对用户信息和系统参数进行配置，系统要求不同的能耗查询管理权限，模块实现添加不同等级的用户，删除用户，用户信息更改，用户系统权限分配。该功能只有最高等级的用户帐号可以使用，该高级用户可以新建不同等级的新帐户，并对已有帐户进

6、行信息修改包括密码修改，并能够对已有和新建帐户分配系统使用权限，设定帐户在指定范围内有限度的使用软件。对计量系统采集层硬件设备参数远程设置、报警阈值选择、系统通讯状态检测。专用的能耗报警和事件管理功能，每一个能耗参数都可设置报警属性，报警信息专用区域存储，报警死区设置等等，软件设定报警解除管理员密码，报警信息查询权限，事件发生解决记录，建立起严格的能耗、配电信息报警管理体系。2. 数据组态功能数据组态功能该模块包括 I/O 设备组态和数据库组态，I/O 设备组态对测量仪表、DDE、OPC 进行通讯设置，这些设备一般通过串口和以太网等方式与上位机交换数据，只有在定义了 I/O 设备后，才能通过数

7、据库变量和这些 I/O 设备进行数据交换，数据库组态一是采集 I/O设备数据，二对数据进行存储设置。工程量转换模块将从 I/O 设备寄存器内读取上来的二进制的值转换为有物理意义的工程量值，以便于其他模块可以直接调用这些参变量用来实时显示或者作其他处理。3. 能耗信息获取和存储能耗信息获取和存储（1）数据自动采集建筑能耗信息类型和获取途径繁多，要求系统能与不同协议的现场计量设备通信，软件提供相应的 I/O 驱动程序，用户不需要关心设备的具体通信协议即可以通过 I/O 驱动程序来完成与设备的通讯，I/O 驱动程序支持冗余、容错、离线、在线诊断功能，支持故障自动恢复等功能。I/O 管理器可以根据现场

8、使用的 I/O 设备选择相应的 I/O 驱动，完成逻辑 I/O 设备的定义、参数设置，对物理 I/O 设备进行测试等。I/O 监控器可以完成对 I/O 驱动程序的启/停控制，查看驱动程序进程状态、浏览驱动程序通信报文等功能。（2）背景信息和基准数据获取建筑结构形式、功能用途、空调面积、使用密度等信息对能耗分析结果有重要影响，软件对非自动采集的信息，通过人机会话、外部软件接口、关系数据库等方式获得，尤其和建筑电气集成平台或 BA 系统软件的数据接口，能够为能耗分析提供更加全面的电气系统的运行参数和能耗信息，如空调系统、照明系统和电梯系统等。目前尚没有任何一个机构可以准确地给出我国的建筑物所消耗终

9、端能源的具体数据，包括绝对量和在整个社会终端能源消耗量中的比例；也不能准确地描述我国建筑能耗的具体特点，例如发展变化的特点、不同功能建筑耗能的特点、不同地域建筑耗能、建筑内不同终端用能途径耗能的特点，借鉴松下以至日本的节能工作的经验的基础上，同时也兼顾中国国情的建筑能耗情况，使用了日本节能中心所提供的一些建筑物能耗的数据作为基准数据，通过对所测建筑物的能耗情况与基准数据的比较，可以大致判断出建筑物的能量消耗处于一个什么水平。（3）能耗数据存储转储方法对现场采集上来的大量的数据信息的存储也是能耗计量分析工作的关键步骤之一，同时要实现对这些大量数据的方便准确的读取和转储，这是进行能耗分析的保证。软

10、件提供的即时数据库负责和I/O 调度程序的通讯，获取现场控制设备的采集数据，核心数据库作为一个数据源在本地给其他程序提供实时和历史数据，软件是一个开放的系统，作为一个网络节点，也可以给其他数据库提供数据，数据库之间可以相互通信，并支持多种通信方式：如 TCP/IP、串行通信、拨号、无线等方式，运行在其他网络节点的第三方系统可以通过 OPC、ODBC、API/SDK 等接口方式访问能耗数据库。（4）数据图形处理软件采用组态方式最大的特点是能以灵活多样的“组态方式”而不是编程方式来进行系统集成，只需要将开发平台预设置的各种软件模块进行简单的“组态”，便可以非常容易地实现监控层的各项功能。软件的一项

11、重要工作是进行数据分析和图形显示，平台开发了实时趋势、历史趋势、历史棒图（提供棒图、饼图、散布图、叠加棒图、XY 曲线等图形类型）等功能模块，根据需要选择适当的图形组件进行组态就可以很方便快捷的实现图形显示这一功能，而且由于是采用组态方式实现，就可以很简单地实现删除和增加图形显示模块。对应于“组态”化的图形开发，开发平台中的数据采用“点”结构方式进行管理，点是很多监控参数的“集合”，这样的数据结构是为了方便组态引用。例如，在建筑能耗计量分析系统中需要监测建筑物内的电流，电压值，只需要建立电流，电压这两个数据变量的点，继而可以在各个软件模块中进行应用调用，例如在实时趋势模块中引用这两个数据点，则

12、可以实时监测电流、电压的变化曲线，同时在历史趋势模块中应用这两个数据点，则可以查看电流、电压的历史变化趋势。数据的“点”结构管理使得增加、删除变量变得简单易行，而且方便了各功能模块间的调用，如图 3 和 4 所示：（5）电力计量管理由于建筑配电系统分项回路较多，必须采用一种高效而又全面的查询和组织方式，进行系统的管理和实时能耗的比较。实时显示模块研究采用建筑配电系统图链接方式，直观查询每一条回路的电参数，采用数码管、实时曲线和模拟屏窗口，通过集中和分布两种组织方式实现系统显示，如图 5 和 6 所示：（6）节能诊断分析此功能实现能耗数据的统计处理和节能分析，参照日本节能中心的能耗分析方法以及松

13、下 Sattool 软件的能耗处理方法，设计一套简单实用的能耗分析初步方案，方案组成包括能耗参考值设置、能源使用量分析、能源使用费用分析、能耗总基准分析、能耗平均基准分析、分项回路分析和能耗分析报告。提供一个从建筑“能耗信息获取”“能耗信息管理”“能耗对比分析”“能耗水平判定”“能耗建议提示”一套完整的诊断分析流程。能耗参考值设置从基本信息获取建筑类型计算各项能耗分析标准，用户也可自定义标准。能源使用量分析通过处理采集到的各类能耗量，借鉴日本的一次能源转换对比分析方法，对各种能源分配比例进行分析。能源使用费用分析通过换算各种能源消耗费用，从经济性角度对能源结构进行分析。能耗总基准和平均基准分析

14、采用散点图的形式，在同一坐标系中将建筑能耗数据库中的众建筑能耗集中显示，直观显示出对象建筑物所处的能耗水平，并能与基准值进行比较。分项回路分析对建筑主要用电系统和设备能耗进行统计，将分项结构比例与标准比例进行比较分析，找出节能点。能耗分析报告综合前面的分析结果给出能耗使用情况建议提示。其中部分功能如图 7、8、9 和 10 所示：（7）能耗数据交换与浏览系统与 I/O 设备之间一般通过以下几种方式进行数据交换：串行通信方式（支持 Modem 远程通信） 、板卡方式、网络节点方式、适配器方式、DDE 方式、OPC 方式、网桥方式（支持 GPRS 的DTU）等。为了解决异构环境下不同系统之间的通信

15、，用户需要系统与其他第三方厂商提供的应用程序之间进行数据交换，本系统支持目前Window 平台下软件之间的数据通信、数据交换标准，包括：DDE、OPC、ODBC 等。系统网络结构是一种分布式结构。用户的应用程序可以分散在网络上的多个服务器，每个服务器分别处理各个监控对象的数据采集、历史数据保存、报警处理等，然后运行在其他工作站上的客户端应用程序，可以通过网络对这些服务器的数据进行统一监控、管理。本软件的实时数据库可以互相访问，互为服务器和客户端方式，可以灵活的构成各种网络架构，灵活的构成 B/S 和 C/S 方式网络，同时网络之间访问可以通过串口、MODEM、电台、移动 GPRS 等来互相访问。开发平台提供的 Web 功能能够使网络中作为客户的 PC 机无须安装本软件，而通过浏览器直接浏览本软件的画面。具体只需在Web 服务器端安装本软件，通过本软件的 WebServer 来完成 HTTP发布功能。用户可以从 Internet 通过 IE 浏览器直接浏览软件画面，查看建筑物内的能耗情况，如查看实时电量监测界面、能耗数据分析界面、浏览能耗报表、查看能耗分析情况等。