CN116027687A - 一种智慧用能楼宇能耗监控系统及节能效果监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智慧用能楼宇能耗监控系统及节能效果监测方法，属于节能环保技术领域；一种智慧用能楼宇能耗监控系统，其特征在于，包括有表现层、应用层、信息资源和数据层以及控制层；所述表现层包括有权限登录管理模块；所述应用层包括有数据及信息管理模块、分析展示模块、信息服务模块和后台管控模块；所述信息资源和数据层包括有信息资源管理模块和数据库模块；所述控制层包括有耗电控制子系统、给排水控制子系统、燃气控制子系统、其他能源控制子系统、网络基础子系统和收费子系统；还提出了智能楼宇能耗监控系统节能效果监测方法，可以有效地对使用能耗监控系统前后的技能效果评价，同时提出有效的改造策略。

Description

一种智慧用能楼宇能耗监控系统及节能效果监测方法

技术领域

本发明涉及节能环保技术领域，特别是涉及一种智慧用能楼宇能耗监控系统及节能效果监测方法。

背景技术

随着社会的进步，人们对能源的需求日益增多，能源短缺已经成为制约经济发展的重要原因之一，根据有关数据统计，我国的建筑在建造和使用过程中直接消耗的能源已经占全社会总能耗的百分之三十左右，为了更好的响应国家节能环保，降低碳排放的号召，智能楼宇便应运而生，所谓智能楼宇，就是利用先进的计算机控制技术，管理软件和节能系统程序，使建筑物机电或建筑群内的设备有条不紊、综合协调、科学地运行，从而达到有效地保证建筑物内有舒适的工作环境、实现节能、节省维护管理工作量和运行费用的目的的一种建筑。

针对我国来说，智能楼宇技术虽然有所运用，但是缺乏系统化的智能楼宇集成系统，相关观念、理念并未形成，现有智能楼宇系统在运行的过程中，缺乏相关系统整体运行机制，会造成事半功倍问题，导致投资浪费，除此之外，目前市面上存在的智慧楼宇系统在实时性、可靠性、稳定性也依然存在较多不足，无法很好地完成对楼宇能耗的监控作用，鉴于此，我们提出了一种智慧用能楼宇能耗监控系统及节能效果监测方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种更为及时、可靠、稳定、准确的智慧用能楼宇能耗监控系统及节能效果监测方法，动态化及时对楼宇建筑能耗进行分析，及时发现造成能耗过多的原因，能够更好的践行国家节约能源，降低碳排放的发展需求。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种智慧用能楼宇能耗监控系统，包括有表现层、应用层、信息资源和数据层以及控制层；

所述表现层包括有权限登录管理模块；

所述应用层包括有数据及信息管理模块、分析展示模块、信息服务模块和后台管控模块；

所述信息资源和数据层包括有信息资源管理模块和数据库模块；

所述控制层包括有耗电控制子系统、给排水控制子系统、燃气控制子系统、其他能源控制子系统、网络基础子系统和收费子系统。

优选地，所述权限登录模块上链接有业务人员子系统、研究人员子系统、系统管理员子系统、楼宇业主子系统和社会公共子系统。

优选地，所述数据及信息管理模块上链接有数据采集软件子系统、数据处理子系统、数据上报子系统、数据接收子系统和数据管理子系统；所述分析展示模块上链接有数据分析展示子系统；所述信息服务模块上链接有楼宇业主服务子系统和公共服务子系统；所述后台管控模块上链接有信息服务管控子系统和系统监管子系统。

优选地，所述信息资源管理模块上链接有数据资源中心单元和楼宇基本情况数据单元；所述数据库模块上链接有分类分项能耗库单元、设计安装库单元、计量表原始数据库单元和其他库数据单元。

优选地，所述耗电控制子系统包括有身份验证模块、系统设置模块、数据显示模块、查询模块和退出模块，所述系统设置模块上还链接有串口设置单元和监控节点设置单元，所述查询模块上链接有实时曲线查询单元和节点数据查询单元。

一种智慧用能楼宇能耗监控系统节能效果监测方法，包括以下步骤：

S1、利用智能楼宇能耗监控系统采集楼宇的能耗信息；

S2、对S1中采集到的能耗信息进行整理和分析，以月为计算单位采用稳态的计算方法，建立智能楼宇的热平衡方程，确定智能楼宇建筑的冷热需求，将建筑内部作为一个统一的整体，建筑内部各区域温度分布均匀，综合上述计算方法来计算统计智能楼宇能耗信息的能耗范围；

S3、查询统计智能楼宇能耗监控系统应用前建筑的能耗信息，计算应用前后的能耗差值，计算能耗差值与总能耗的比率；

S4、将理论值与实际能耗降低率进行比较，根据差值大小选定智能楼宇内部的相应区域进行进一步地检测分析；

S5、将差值较大的智能楼宇建筑或者建筑内部具体区域定义为不达标，进行节能调查和改造策略的制定；

S6、结合S5中所得的改造策略对不达标的建筑或建筑内部具体区域进行针对性节能改造。

优选地，所述S2中提到的热平衡方程，具体为：

Q_H/C＝Q_T+Q_V-η×(Q_S+Q_I)

式中：Q_H/C为供暖/冷需求，kW·h/(m²·a)；Q_T为围护结构传热/冷损失，包括所有围护结构、热巧传热损失的累计值，kW·h/(m²·a)；Q_V为通风热损失，kW·h/(m²·a)；Q_S为太阳能辐射得热，采暖季取正值，制冷季取负值，kW·h/(m²·a)；Q_I为内部得热，kW·h/(m²·a)；η为自由得热利用系数；

各项得热失热计算公式如下：

Q_T＝A×U×f_t×G_t

Q_V＝V_V×n_inf×C_pp×G_t

Q_S＝r×g×A_W×G

Q_I＝t_heat×q_i×A_IFA

式中：A为围护结构面积，m²；U为围护结构U值，W/(m²·K)；f_t为温度折减系数；G_t为供暖度时数，h；V_V为通风体积，m³；n_inf为渗透换气次数；C_pp为空气热容；r为折减系数；g为玻璃的太阳能得热系数；A_W为窗户面积，m²；G为年辐射量，kW·h；t_heat为供暖天数d；q_i为单位平米内部得热量，kW·h；A_IFA为TFA面积，m²。

优选地，所述S6中提到的节能改造指与智能楼宇能耗监控系统相匹配，做出相应改造，具体包括有：

A1、实时预警：实时监视漏电电流、消防设备以及重要负荷电源状态、供配电设备的运行状态，出现异常及时报警，提醒运行和维护人员处理，尽早消除隐患，确保人身和财产安全；智能楼宇能耗监控系统系统能够各项事件进行实时监测，并根据事件等级发出告警；

A2、运行监视：智能楼宇能耗监控系统实时监视变电所各回路出线的电流、电压、功率、电能，剩余电流、电缆及母线运行温度，消防设备和重要设备的电源状态、各配电回路断路器、隔离开关、地刀等合、分状态等情况，图形动态展示；

A3、能耗分析：智能楼宇能耗监控系统支持分类分项能耗数据统计和分析功能，可以采集用电、用水、燃气、热量冷量、工业气体等能源消耗量；可以追溯支路能耗、区域能耗、部门能耗的数据，进行统计分析，形成分析报告；

A4、电能质量分析：对重要回路或者对电能质量敏感的回路进行质量监测；

A5、历史事件查看和统计：用户可以通过智能楼宇能耗监控系统自由查询自系统正常运行以来任意时间段内各配电节点的用电情况，对站所进线用电量与各分支回路消耗电量的统计分析报表；保证用电可视透明，并在用电误差偏大时可分析追溯，维护计量体系的正确性。

与现有技术相比，本发明提供了一种智慧用能楼宇能耗监控系统及节能效果监测方法，具备以下有益效果：

本发明提出了一种智慧用能楼宇能耗监控系统，借助计算机技术、物联网技术手段，结合能耗指标要求，切实精确的确保动态化的数据信息传输与分析，实现对智能楼宇能耗信息开展动态化实时监测，该系统能够电能表、水表、冷量表、气表等设备进行数据信息的连接分析，将各种设备与数据信息中心进行联系，实现数据类型分享、分类计量、无线传输，能够根据各个时段的实际能耗情况智能对楼宇中的耗能设备进行调节，能够有效实现降低能源浪费，减小碳排放，切实增强了智能楼宇能耗监控系统的运行效率；本发明所提出的一种智慧用能楼宇能耗监控系统及节能效果监测方法在设计开发时，通过Java和JavaScrip编程语言进行程序编码设计，监控平台的设计综合考虑了监控系统框架和模块分层的特点，保证了平台和系统能够更加匹配，同时本发明将数据库与云储存技术相衔接，确保了能耗数据信息存储的安全性和巨型容量；除此之外，本发明还提出了一种与智能楼宇能耗监控系统相匹配的系统节能效果监测方法，将应用了智能楼宇能耗监控系统的建筑的能耗信息与未应用之前的能耗进行对比，便于及时发现建筑所存在的能耗问题，同时针对性的进行节能监测和节能改造，能够更好的保证智能楼宇能耗监控系统的工作效率，节能监测精准，同时也能更好的监测智能楼宇能耗监控系统的节能效果。

附图说明

图1为本发明提出的一种智慧用能楼宇能耗监控系统的组成结构示意图；

图2为本发明提出的一种智慧用能楼宇能耗监控系统的耗电控制子系统的组成结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

实施例1：

请参阅图1-2，一种智慧用能楼宇能耗监控系统，包括有表现层、应用层、信息资源和数据层以及控制层，本系统其主要目的在于准确获取和收集智能楼宇前端的准确详细的能耗信息；

针对表现层来说，便是对社会当中不同角色可以结合自身的实际需求，对大型公共建筑能耗数据信息进行分析；表现层包括有权限登录管理模块；权限登录模块上链接有业务人员子系统、研究人员子系统、系统管理员子系统、楼宇业主子系统和社会公共子系统。

应用层在智能楼宇能耗监控工作当中的功能，便是用于能耗数据信息处理、展示、数据信息监测，在应用层当中，可以将每个功能当成独立的系统模块，在设计应用层模块时，应该保障每个处理模块相对独立，减少各个模块之间的相互干扰，为后续能耗数据信息处理做铺垫；应用层包括有数据及信息管理模块、分析展示模块、信息服务模块和后台管控模块；数据及信息管理模块上链接有数据采集软件子系统、数据处理子系统、数据上报子系统、数据接收子系统和数据管理子系统；分析展示模块上链接有数据分析展示子系统；信息服务模块上链接有楼宇业主服务子系统和公共服务子系统；后台管控模块上链接有信息服务管控子系统和系统监管子系统。

针对信息资源与数据层来说，便是在大型公共建筑当中，实现第一手能源消耗的数据信息获取、传输，将采集到的能耗数据信息进行分类；信息资源和数据层包括有信息资源管理模块和数据库模块；信息资源管理模块上链接有数据资源中心单元和楼宇基本情况数据单元；数据库模块上链接有分类分项能耗库单元、设计安装库单元、计量表原始数据库单元和其他库数据单元。

控制层包括有耗电控制子系统、给排水控制子系统、燃气控制子系统、其他能源控制子系统、网络基础子系统和收费子系统；耗电控制子系统包括有身份验证模块、系统设置模块、数据显示模块、查询模块和退出模块，系统设置模块上还链接有串口设置单元和监控节点设置单元，查询模块上链接有实时曲线查询单元和节点数据查询单元，其他控制子系统设计与耗电控制子系统类似；

以耗电控制子系统为例，本子系统主要用于楼宇耗电信息的监控，可以查询用电情况以及发送通断电指令，因而在查看数据或者进行操作之前必须先登录；身份验证模块的登录帐号分为两种，一种是管理员帐号，可以对系统进行设置、查看数据以及发送指令，该帐号在系统投入使用时设定；另一种是查询帐号，可以通过手机短信查看数据和控制目标功能分区断电，由管理员注册发放，控制目标功能分区通电的权限也取决于管理员设定。

系统设置模块，主要用于设置监控节点，监控节点是系统功能实现的关键,任何对目标功能分区的操作指令都是由监控节点具体执行；监控终端在每个监控节点投入使用之前都要对其进行设置，首先根据楼层、分组以及编号选定目标功能分区，然后绑定监控节点，设置报警电流、报警功率以及责任人的手机号码，还可以选择是否采用定时通断电功能，采用该功能还需要设置具体通断电时间。绑定的手机号码，可以向监控终端发短信查询目标功能分区当前用电状况或者进行通断电控制，也会接收到目标功能分区通断电和报警提示信息。

数据显示模块主要实现监测数据的实时显示，包括电流、电压、电功率以及功率因数；数据显示模块界面也是监控终端主界面，可以根据选择的楼层和分组显示某一组功能分区当前用电情况，同时也可以看到当前工作节点数、报警节点数以及断电节点数。

节点数据查询模块可以根据需要查询目标功能分区的用电记录和当前工作状况；在查询信息中根据楼层、分组以及编号确定要查询的功能分区，然后选择查询的时间区段，系统会根据给定的信息筛选符合条件的记录以表格的形式显示出来。

本发明提出了一种智慧用能楼宇能耗监控系统，借助计算机技术、物联网技术手段，结合能耗指标要求，切实精确的确保动态化的数据信息传输与分析，实现对智能楼宇能耗信息开展动态化实时监测，该系统能够电能表、水表、冷量表、气表等设备进行数据信息的连接分析，将各种设备与数据信息中心进行联系，实现数据类型分享、分类计量、无线传输，能够根据各个时段的实际能耗情况智能对楼宇中的耗能设备进行调节，能够有效实现降低能源浪费，减小碳排放，切实增强了智能楼宇能耗监控系统的运行效率；本发明所提出的一种智慧用能楼宇能耗监控系统及节能效果监测方法在设计开发时，通过Java和JavaScrip编程语言进行程序编码设计，监控平台的设计综合考虑了监控系统框架和模块分层的特点，保证了平台和系统能够更加匹配，同时本发明将数据库与云储存技术相衔接，确保了能耗数据信息存储的安全性和巨型容量。

实施例2：

基于实施例1的基础但有所不同之处在于，

一种智慧用能楼宇能耗监控系统节能效果监测方法，包括以下步骤：

S1、利用智能楼宇能耗监控系统采集楼宇的能耗信息；

S2、对S1中采集到的能耗信息进行整理和分析，以月为计算单位采用稳态的计算方法，建立智能楼宇的热平衡方程，确定智能楼宇建筑的冷热需求，将建筑内部作为一个统一的整体，建筑内部各区域温度分布均匀，综合上述计算方法来计算统计智能楼宇能耗信息的能耗范围；

S3、查询统计智能楼宇能耗监控系统应用前建筑的能耗信息，计算应用前后的能耗差值，计算能耗差值与总能耗的比率；

S4、将理论值与实际能耗降低率进行比较，根据差值大小选定智能楼宇内部的相应区域进行进一步地检测分析；

S5、将差值较大的智能楼宇建筑或者建筑内部具体区域定义为不达标，进行节能调查和改造策略的制定；

S6、结合S5中所得的改造策略对不达标的建筑或建筑内部具体区域进行针对性节能改造。

S2中提到的热平衡方程，具体为：

Q_H/C＝Q_T+Q_V-η×(Q_S+Q_I)

式中：Q_H/C为供暖/冷需求，kW·h/(m²·a)；Q_T为围护结构传热/冷损失，包括所有围护结构、热巧传热损失的累计值，kW·h/(m²·a)；Q_V为通风热损失，kW·h/(m²·a)；Q_S为太阳能辐射得热，采暖季取正值，制冷季取负值，kW·h/(m²·a)；Q_I为内部得热，kW·h/(m²·a)；η为自由得热利用系数；

各项得热失热计算公式如下：

Q_T＝A×U×f_t×G_t

Q_V＝V_V×n_inf×C_pp×G_t

Q_S＝r×g×A_W×G

Q_I＝t_heat×q_i×A_IFA

式中：A为围护结构面积，m²；U为围护结构U值，W/(m²·K)；f_t为温度折减系数；G_t为供暖度时数，h；V_V为通风体积，m³；n_inf为渗透换气次数；C_pp为空气热容；r为折减系数；g为玻璃的太阳能得热系数；A_W为窗户面积，m²；G为年辐射量，kW·h；t_heat为供暖天数d；q_i为单位平米内部得热量，kW·h；A_IFA为TFA面积，m²。

S6中提到的节能改造指与智能楼宇能耗监控系统相匹配，做出相应改造，具体包括有：

A1、实时预警：实时监视漏电电流、消防设备以及重要负荷电源状态、供配电设备的运行状态，出现异常及时报警，提醒运行和维护人员处理，尽早消除隐患，确保人身和财产安全；智能楼宇能耗监控系统系统能够各项事件进行实时监测，并根据事件等级发出告警；

A2、运行监视：智能楼宇能耗监控系统实时监视变电所各回路出线的电流、电压、功率、电能，剩余电流、电缆及母线运行温度，消防设备和重要设备的电源状态、各配电回路断路器、隔离开关、地刀等合、分状态等情况，图形动态展示；

A3、能耗分析：智能楼宇能耗监控系统支持分类分项能耗数据统计和分析功能，可以采集用电、用水、燃气、热量冷量、工业气体等能源消耗量；可以追溯支路能耗、区域能耗、部门能耗的数据，进行统计分析，形成分析报告；

A4、电能质量分析：对重要回路或者对电能质量敏感的回路进行质量监测；

A5、历史事件查看和统计：用户可以通过智能楼宇能耗监控系统自由查询自系统正常运行以来任意时间段内各配电节点的用电情况，对站所进线用电量与各分支回路消耗电量的统计分析报表；保证用电可视透明，并在用电误差偏大时可分析追溯，维护计量体系的正确性

本发明还提出了一种与智能楼宇能耗监控系统相匹配的系统节能效果监测方法，将应用了智能楼宇能耗监控系统的建筑的能耗信息与未应用之前的能耗进行对比，便于及时发现建筑所存在的能耗问题，同时针对性的进行节能监测和节能改造，能够更好的保证智能楼宇能耗监控系统的工作效率，节能监测精准，同时也能更好的监测智能楼宇能耗监控系统的节能效果。

以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种智慧用能楼宇能耗监控系统，其特征在于，包括有表现层、应用层、信息资源和数据层以及控制层；

所述表现层包括有权限登录管理模块；

所述应用层包括有数据及信息管理模块、分析展示模块、信息服务模块和后台管控模块；

所述信息资源和数据层包括有信息资源管理模块和数据库模块；

所述控制层包括有耗电控制子系统、给排水控制子系统、燃气控制子系统、其他能源控制子系统、网络基础子系统和收费子系统。

2.根据权利要求1所述的一种智慧用能楼宇能耗监控系统，其特征在于，所述权限登录模块上链接有业务人员子系统、研究人员子系统、系统管理员子系统、楼宇业主子系统和社会公共子系统。

3.根据权利要求2所述的一种智慧用能楼宇能耗监控系统，其特征在于，所述数据及信息管理模块上链接有数据采集软件子系统、数据处理子系统、数据上报子系统、数据接收子系统和数据管理子系统；所述分析展示模块上链接有数据分析展示子系统；所述信息服务模块上链接有楼宇业主服务子系统和公共服务子系统；所述后台管控模块上链接有信息服务管控子系统和系统监管子系统。

4.根据权利要求2所述的一种智慧用能楼宇能耗监控系统，其特征在于，所述信息资源管理模块上链接有数据资源中心单元和楼宇基本情况数据单元；所述数据库模块上链接有分类分项能耗库单元、设计安装库单元、计量表原始数据库单元和其他库数据单元。

5.根据权利要求2所述的一种智慧用能楼宇能耗监控系统及节能效果监测方法，其特征在于，所述耗电控制子系统包括有身份验证模块、系统设置模块、数据显示模块、查询模块和退出模块，所述系统设置模块上还链接有串口设置单元和监控节点设置单元，所述查询模块上链接有实时曲线查询单元和节点数据查询单元。

6.根据权利要求1-5任一所述的一种智慧用能楼宇能耗监控系统所应用的一种智慧用能楼宇能耗监控系统节能效果监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、利用智能楼宇能耗监控系统采集楼宇的能耗信息；

S2、对S1中采集到的能耗信息进行整理和分析，以月为计算单位采用稳态的计算方法，建立智能楼宇的热平衡方程，确定智能楼宇建筑的冷热需求，将建筑内部作为一个统一的整体，建筑内部各区域温度分布均匀，综合上述计算方法来计算统计智能楼宇能耗信息的能耗范围；

S3、查询统计智能楼宇能耗监控系统应用前建筑的能耗信息，计算应用前后的能耗差值，计算能耗差值与总能耗的比率；

S4、将理论值与实际能耗降低率进行比较，根据差值大小选定智能楼宇内部的相应区域进行进一步地检测分析；

S5、将差值较大的智能楼宇建筑或者建筑内部具体区域定义为不达标，进行节能调查和改造策略的制定；

S6、结合S5中所得的改造策略对不达标的建筑或建筑内部具体区域进行针对性节能改造。

7.根据权利要求6所述的一种智慧用能楼宇能耗监控系统节能效果监测方法，其特征在于，所述S2中提到的热平衡方程，具体为：

Q_H/C＝Q_T+Q_V-η×(Q_S+Q_I)

式中：Q_H/C为供暖/冷需求，kW·h/(m²·a)；Q_T为围护结构传热/冷损失，包括所有围护结构、热巧传热损失的累计值，kW·h/(m²·a)；Q_V为通风热损失，kW·h/(m²·a)；Q_S为太阳能辐射得热，采暖季取正值，制冷季取负值，kW·h/(m²·a)；Q_I为内部得热，kW·h/(m²·a)；η为自由得热利用系数；

各项得热失热计算公式如下：

Q_T＝A×U×f_t×G_t

Q_V＝V_V×n_inf×C_pp×G_t

Q_S＝r×g×A_W×G

Q_I＝t_heat×q_i×A_IFA

式中：A为围护结构面积，m²；U为围护结构U值，W/(m²·K)；f_t为温度折减系数；G_t为供暖度时数，h；V_V为通风体积，m³；n_inf为渗透换气次数；C_pp为空气热容；r为折减系数；g为玻璃的太阳能得热系数；A_W为窗户面积，m²；G为年辐射量，kW·h；t_heat为供暖天数d；q_i为单位平米内部得热量，kW·h；A_IFA为TFA面积，m²。

8.根据权利要求6所述的一种智慧用能楼宇能耗监控系统节能效果监测方法，其特征在于，所述S6中提到的节能改造指与智能楼宇能耗监控系统相匹配，做出相应改造，具体包括有：

A1、实时预警：实时监视漏电电流、消防设备以及重要负荷电源状态、供配电设备的运行状态，出现异常及时报警，提醒运行和维护人员处理，尽早消除隐患，确保人身和财产安全；智能楼宇能耗监控系统系统能够各项事件进行实时监测，并根据事件等级发出告警；

A2、运行监视：智能楼宇能耗监控系统实时监视变电所各回路出线的电流、电压、功率、电能，剩余电流、电缆及母线运行温度，消防设备和重要设备的电源状态、各配电回路断路器、隔离开关、地刀等合、分状态等情况，图形动态展示；

A3、能耗分析：智能楼宇能耗监控系统支持分类分项能耗数据统计和分析功能，可以采集用电、用水、燃气、热量冷量、工业气体等能源消耗量；可以追溯支路能耗、区域能耗、部门能耗的数据，进行统计分析，形成分析报告；

A4、电能质量分析：对重要回路或者对电能质量敏感的回路进行质量监测；

A5、历史事件查看和统计：用户可以通过智能楼宇能耗监控系统自由查询自系统正常运行以来任意时间段内各配电节点的用电情况，对站所进线用电量与各分支回路消耗电量的统计分析报表；保证用电可视透明，并在用电误差偏大时可分析追溯，维护计量体系的正确性。

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