Phân tích và giới thiệu hệ thống giám sát tiêu thụ năng lượng cho các công trình công cộng lớn

Tóm tắt: Trong bài báo này, việc phân loại cụ thể và phân loại các thiết bị tiêu thụ năng lượng của thiết bị lắp đặt trong hệ thống giám sát tiêu thụ năng lượng của các tòa nhà công cộng lớn sẽ được phân tích chi tiết và thông tin dữ liệu được phát hiện về mức tiêu thụ năng lượng của các tòa nhà công cộng lớn sẽ được xử lý linh hoạt. được phân tích với sự trợ giúp của GPRS / Wi Fi và các công nghệ truyền dẫn không dây khác, nhằm đóng góp thiết thực cho mục tiêu tiết kiệm năng lượng và giảm tiêu thụ ở Trung Quốc, Giám sát mức tiêu thụ năng lượng của các tòa nhà công cộng lớn, đồng thời tối ưu hóa và kiểm soát hiệu quả nếu quá mức tiêu thụ năng lượng được tìm thấy.

Từ khóa: hệ thống giám sát; Thiết bị tiêu thụ năng lượng; Hệ thống điều khiển

0. Bối cảnh

Bộ Xây dựng Trung Quốc đề xuất, thông qua phân tích thống kê dữ liệu lớn, đến cuối năm 2020, tổng diện tích xây dựng của cả nước đã vượt quá 40 tỷ mét vuông và mức tiêu thụ năng lượng của tòa nhà sẽ đạt 1,09 tỷ tấn than tiêu chuẩn. Năng lượng mà các tòa nhà tiêu thụ trực tiếp trong quá trình xây dựng và sử dụng đã chiếm khoảng 30% tổng năng lượng tiêu thụ của toàn xã hội. Hiện nay, có một số vấn đề trong việc đo lường, truyền tải và giám sát tiết kiệm năng lượng đối với mức tiêu thụ năng lượng của các tòa nhà công cộng lớn ở Trung Quốc. Quản lý tiêu thụ năng lượng trên diện rộng sẽ gây lãng phí tiêu thụ năng lượng ở một mức độ nhất định. Giám sát tiêu thụ năng lượng và quản lý tiết kiệm năng lượng của các tòa nhà công cộng lớn đã trở thành trọng tâm của việc bảo tồn năng lượng và giảm tiêu thụ ở Trung Quốc. Mặc dù Trung Quốc đã thực hiện giám sát tin học hóa nhưng vẫn còn nhiều vấn đề về che giấu trong quá trình báo cáo dữ liệu, điều này trực tiếp làm tăng khó khăn trong việc thống kê dữ liệu tiêu thụ năng lượng do mức độ tự động hóa thu thập dữ liệu thấp và mức độ tin học hóa quản lý thấp. Để đạt được việc thu thập dữ liệu tiêu thụ năng lượng chính xác và kiểm soát năng lượng tiêu thụ năng động hiệu quả, bài viết này sẽ phân tích chi tiết hệ thống giám sát tiêu thụ năng lượng của các tòa nhà công cộng lớn.

1. Phát triển hệ thống giám sát tiêu thụ năng lượng cho các công trình công cộng lớn trong và ngoài nước

Nhìn ra nước ngoài, công nghệ xây dựng thông minh của nước ngoài đã tương đối trưởng thành, mức độ giám sát thông tin và dữ liệu tiêu thụ năng lượng thông minh và tự động cũng tương đối cao. Đối với các nước phát triển, đặc biệt là các công trình công cộng lớn rất chú trọng đến việc giám sát tiêu thụ năng lượng, thiết bị giám sát tiêu thụ năng lượng thông minh không ngừng được cải tiến, hệ thống kỹ thuật vận hành ổn định. Đối với Trung Quốc, mặc dù công nghệ tòa nhà thông minh đã được áp dụng nhưng lại thiếu hệ thống tích hợp tòa nhà thông minh có hệ thống, các khái niệm và ý tưởng liên quan chưa được hình thành và vẫn còn khoảng cách lớn với nước ngoài. Trong quá trình vận hành nhiều hệ thống tòa nhà thông minh ở Trung Quốc, việc thiếu cơ chế vận hành tổng thể của các hệ thống liên quan sẽ dẫn đến vấn đề hiệu quả gấp đôi với công sức chỉ bằng một nửa, dẫn đến lãng phí đầu tư. Độ tin cậy, ổn định và thời gian thực của hệ thống giám sát tòa nhà thông minh khó có thể đạt tiêu chuẩn thế giới. Hiện nay, nhiều doanh nghiệp công nghệ thông tin nước ngoài đã phát triển các sản phẩm có hệ thống phù hợp cho hệ thống giám sát tiêu thụ năng lượng của các tòa nhà công cộng lớn. American Honeywell, American Johnson Controls, German Siemens và các công ty khác đã tích cực thực hiện nghiên cứu và phát triển các sản phẩm hệ thống giám sát tiêu thụ năng lượng, nhằm thúc đẩy hoạt động của hệ thống giám sát tiêu thụ năng lượng của các tòa nhà công cộng lớn quốc gia ổn định và hiệu quả hơn. Mặc dù có những điểm không hoàn hảo trong quá trình phát triển các tòa nhà thông minh ở Trung Quốc nhưng chúng vẫn đang tích cực phát triển dưới sự nỗ lực chung của nhà nước và doanh nghiệp. Hệ thống quản lý và đo lường mức tiêu thụ năng lượng Shanghai Yuanshang của Trung Quốc và hệ thống quản lý năng lượng tòa nhà Advantech BEMS đều cho thấy giá trị độc đáo của chúng và được sử dụng rộng rãi trong việc giám sát mức tiêu thụ năng lượng của các tòa nhà công cộng lớn ở Trung Quốc.

2 Thu thập dữ liệu giám sát tiêu thụ năng lượng của các tòa nhà công cộng lớn

2.1 Thu thập dữ liệu giám sát tiêu thụ năng lượng

Hệ thống dữ liệu nội bộ về mức tiêu thụ năng lượng của các tòa nhà công cộng lớn rất phức tạp và có nhiều đơn vị tiêu thụ năng lượng. Để làm tốt công việc trong khuôn khổ hệ thống giám sát tiêu thụ năng lượng của các tòa nhà công cộng lớn, cần kiểm soát nội dung dữ liệu giám sát tiêu thụ năng lượng của các tòa nhà công cộng lớn. Theo yêu cầu trong nội dung cụ thể của các tòa nhà văn phòng cơ quan nhà nước và các tòa nhà công cộng lớn do Trung Quốc ban hành, nội dung giám sát thông tin dữ liệu tiêu thụ năng lượng của các tòa nhà công cộng lớn được thể hiện trong Hình 1.

Hình 1 nội dung thu thập dữ liệu giám sát mức tiêu thụ năng lượng

2.2 Xử lý dữ liệu giám sát tiêu thụ năng lượng

Trong quá trình giám sát mức tiêu thụ năng lượng của các tòa nhà công cộng lớn, thông tin dữ liệu tiêu thụ năng lượng có thể được phát hiện với sự trợ giúp của các thiết bị đo và kiểm tra chung, đồng thời có thể theo dõi nhiều dữ liệu khác nhau trên cơ sở làm rõ các giá trị đỉnh và đáy của đo mức tiêu thụ năng lượng thiết bị. Xác minh nguồn điện trong đồng hồ đo giờ watt. Để đảm bảo hiệu quả của việc thu thập dữ liệu và thông tin, việc thu thập dữ liệu và thông tin có thể được thực hiện hai lần liên tiếp và có thể kiểm soát lỗi của cả hai lần thu thập dữ liệu và thông tin để đảm bảo rằng công suất nhỏ hơn hai lần công suất cực đại. của các thiết bị tiêu thụ năng lượng trên đường. Trên cơ sở đảm bảo tính chính xác của việc thu thập thông tin dữ liệu, cũng cần thực hiện tính toán dữ liệu tiêu thụ năng lượng của tiểu mục, thực hiện phát hiện với sự hỗ trợ của thiết bị đo đếm và đảm bảo mức độ đo và phát hiện kết hợp với phương pháp tính toán các chỉ số tiêu thụ năng lượng khác nhau.

3Khung xây dựng hệ thống giám sát tiêu thụ năng lượng cho các công trình công cộng lớn

3.1 Khung hệ thống

Hệ thống giám sát tiêu thụ năng lượng của các tòa nhà công cộng quy mô lớn được nghiên cứu trong bài báo này được thiết kế bám sát yêu cầu của “Hệ thống giám sát tiêu thụ năng lượng của các tòa nhà cơ quan nhà nước và các tòa nhà công cộng quy mô lớn - sổ tay hướng dẫn phát triển phần mềm”, đáp ứng hiệu quả tiêu chuẩn thiết kế quy định ở nước ta. Chế độ xây dựng khung của hệ thống giám sát tiêu thụ năng lượng cho các tòa nhà công cộng lớn được thể hiện trong Hình 2. Mục đích chính của nó là thu thập thông tin dữ liệu mặt trước của bộ thu thập. Đối với tài nguyên thông tin và lớp dữ liệu, mục tiêu là đạt được việc thu thập và truyền thông tin dữ liệu tiêu thụ năng lượng trực tiếp trong các tòa nhà công cộng lớn và phân loại thông tin dữ liệu tiêu thụ năng lượng được thu thập. Đối với lớp ứng dụng, nó bao gồm bốn cấp độ: quản lý dữ liệu và thông tin, phân tích và hiển thị, dịch vụ thông tin và quản lý nền. Nhiều từ được bao phủ ở các cấp độ khác nhau. Chức năng của lớp ứng dụng trong giám sát mức tiêu thụ năng lượng của các tòa nhà công cộng lớn được sử dụng để xử lý, hiển thị và giám sát thông tin dữ liệu về mức tiêu thụ năng lượng. Trong lớp ứng dụng, mỗi chức năng có thể được coi là một mô-đun hệ thống độc lập. Khi thiết kế mô-đun lớp ứng dụng, mỗi mô-đun xử lý phải tương đối độc lập để giảm nhiễu lẫn nhau giữa mỗi mô-đun và mở đường cho quá trình xử lý thông tin dữ liệu tiêu thụ năng lượng tiếp theo. Đối với lớp hiệu suất, nó phân tích thông tin dữ liệu tiêu thụ năng lượng của các tòa nhà công cộng quy mô lớn cho các vai trò khác nhau trong xã hội kết hợp với nhu cầu thực tế của chính họ.

Hình 2 khung xây dựng hệ thống giám sát tiêu thụ năng lượng cho các công trình công cộng lớn

3.2 Kiến trúc phần mềm

Việc giám sát mức tiêu thụ năng lượng của các tòa nhà công cộng lớn thường được kiểm soát và quản lý với sự trợ giúp của ứng dụng phần mềm. Phần mềm hệ thống giám sát tiêu thụ năng lượng của các tòa nhà công cộng lớn được đề cập trong bài viết này bao gồm thiết bị đầu cuối giám sát, cơ sở dữ liệu, hệ thống quản lý dữ liệu, hệ thống thu thập dữ liệu, tường lửa, mạng truyền thông, bộ tập trung và thiết bị đầu cuối thu thập thông tin tòa nhà. Thông tin dữ liệu tiêu thụ năng lượng được hệ thống tòa nhà thông minh thu thập sẽ được truyền đến bộ tập trung dữ liệu để xử lý tập trung thông tin dữ liệu tiêu thụ năng lượng và trạng thái vận hành như đồng hồ đo năng lượng điện, đồng hồ nước, đồng hồ làm mát và đồng hồ đo gas trong tòa nhà. Bộ tập trung sẽ chuyển đổi thông tin dữ liệu thành các gói giao thức TCP/IP. Dưới tác động của tường lửa, mạng truyền thông sẽ thúc đẩy hoạt động của mô-đun xử lý thông tin dữ liệu và truyền thông tin dữ liệu tiêu thụ năng lượng liên quan đến cơ sở dữ liệu. Hệ thống thu thập dữ liệu quản lý giao thức liên lạc thiết bị đầu cuối tòa nhà trong bộ tập trung và thường xuyên kiểm tra các lỗi trong giao tiếp dữ liệu. Tiến hành xử lý dữ liệu liên quan cho nhiều nội dung như mất dữ liệu và công việc bất thường, lấy thông tin dữ liệu liên quan trong cơ sở dữ liệu một cách hiệu quả và theo dõi, đánh giá, phân tích, lưu trữ và hiển thị linh hoạt mức tiêu thụ năng lượng trong tòa nhà kết hợp với bộ chỉ số giám sát tiêu thụ năng lượng bởi hệ thống. Thiết bị đầu cuối giám sát thường sẽ lấy dữ liệu liên quan từ cơ sở dữ liệu và thu được kết quả đánh giá để phân tích và kiểm soát toàn diện. Thiết bị đầu cuối giám sát sẽ phân tích các hướng dẫn điều khiển kết hợp với cơ sở dữ liệu, hệ thống thu thập dữ liệu, mạng truyền thông, tường lửa, bộ tập trung, v.v. để kiểm soát trạng thái thông tin dữ liệu của thiết bị đầu cuối thu thập của tòa nhà.

4Công nghệ chính của hệ thống giám sát tiêu thụ năng lượng cho các tòa nhà công cộng lớn.

4.1 Công nghệ truy cập thiết bị đầu cuối thu thập tiêu thụ nhiều năng lượng

Trong hệ thống giám sát tiêu thụ năng lượng của các tòa nhà công cộng lớn, một trong những công nghệ quan trọng là nhiều công nghệ truy cập thiết bị đầu cuối thu nhận tiêu thụ năng lượng, để tích hợp và thu thập nhiều mức tiêu thụ năng lượng trong các tòa nhà công cộng. Có các công nghệ truy cập khác nhau của nhiều thiết bị đầu cuối thu thập mức tiêu thụ năng lượng trong các hệ thống giám sát mức tiêu thụ năng lượng của các nhãn hiệu khác nhau. Làm thế nào để kết nối nhiều thiết bị đầu cuối thu nhận mức tiêu thụ năng lượng với một bộ tập trung là rất quan trọng. Do có các giao thức riêng cho các hệ thống giám sát tiêu thụ năng lượng khác nhau nên khi lựa chọn hệ thống giám sát tiêu thụ năng lượng của các tòa nhà công cộng lớn, chúng ta nên phân tích hệ thống của các thương hiệu khác nhau, làm rõ các giao thức riêng cũng như chế độ thu thập và kết nối tiêu thụ năng lượng của từng thương hiệu, đồng thời đảm bảo rằng hệ thống giám sát mức tiêu thụ năng lượng do các thương hiệu khác nhau phát triển có thể đáp ứng nhu cầu sử dụng thực tế của các tòa nhà công cộng lớn. Đảm bảo rằng hệ thống phần mềm có thể được kết nối trơn tru với các thiết bị đầu cuối thu thập mức tiêu thụ năng lượng khác nhau.

4.2 Công nghệ phát triển phần mềm hệ thống

Trong ứng dụng thực tế của hệ thống giám sát tiêu thụ năng lượng của tòa nhà công cộng quy mô lớn, cần phải giới thiệu công nghệ phát triển của nền tảng phần mềm này kết hợp với khung tổng thể và các đặc điểm phân lớp mô-đun của hệ thống. Với sự trợ giúp của Java, javascrip và các ngôn ngữ lập trình khác để thiết kế mã hóa chương trình, kho dữ liệu được kết nối với công nghệ lưu trữ đám mây đảm bảo tính bảo mật và dung lượng lưu trữ thông tin dữ liệu tiêu thụ năng lượng rất lớn. Trong quá trình truyền và liên lạc thông tin dữ liệu, nên chọn tiêu chuẩn truyền thông dữ liệu RS485 ổn định để đảm bảo hoạt động chất lượng cao của thông tin dữ liệu được lưu trữ.

5Giới thiệu về hệ thống giám sát tiêu thụ năng lượng ankerui

Hệ thống giám sát trực tuyến mức tiêu thụ năng lượng Acrel-5000 là hệ thống phân tích và quản lý năng lượng phía người dùng. Dựa trên hệ thống quản lý năng lượng điện, nó bổ sung khả năng thu thập và phân tích tập trung nước, khí đốt, than, dầu và nhiệt (làm mát). Bằng cách chia nhỏ và đếm tất cả mức tiêu thụ năng lượng ở phía người dùng, nó hiển thị việc sử dụng và tiêu thụ nhiều loại năng lượng khác nhau cho người quản lý hoặc người ra quyết định bằng dữ liệu và biểu đồ trực quan. Thật thuận tiện để tìm ra các điểm tiêu thụ năng lượng cao hoặc thói quen tiêu thụ năng lượng không hợp lý, tiết kiệm năng lượng một cách hiệu quả và cung cấp hỗ trợ dữ liệu chính xác cho việc chuyển đổi tiết kiệm năng lượng hơn nữa hoặc nâng cấp thiết bị của người dùng. Người dùng có thể thực hiện kiểm toán năng lượng theo các quy định quốc gia liên quan, phân tích tình hình hiện tại, tìm ra vấn đề, khai thác tiềm năng tiết kiệm năng lượng, đưa ra các biện pháp tiết kiệm năng lượng thiết thực và gửi báo cáo kiểm toán năng lượng cho cơ quan hành chính bảo tồn năng lượng của chính phủ nhân dân bằng hoặc cao hơn cấp quận.

5.1 Cấu trúc nền tảng

Hệ thống giám sát trực tuyến mức tiêu thụ năng lượng Acrel-5000 lấy máy tính, thiết bị liên lạc, thiết bị đo lường và điều khiển làm công cụ cơ bản và áp dụng một hoặc nhiều chế độ mạng kết hợp của fieldbus, mạng vòng cáp quang hoặc liên lạc không dây tùy theo tình hình thực tế của địa điểm, cung cấp một nền tảng cơ bản để thu thập dữ liệu theo thời gian thực, quản lý và điều khiển từ xa các tòa nhà công cộng lớn. Nó có thể hình thành bất kỳ hệ thống giám sát phức tạp nào với thiết bị phát hiện. Nó mở, nối mạng, đơn vị hóa và có thể định cấu hình, đồng thời áp dụng cấu trúc tích hợp thông minh phân cấp, phân cấp và phân cấp hướng đối tượng. Thiết lập hệ thống phân cấp sau:

Hình 3 cấu trúc nền tảng

5.2 Chức năng nền tảng

(1) Hệ thống có thể tính mức tiêu thụ năng lượng của từng loại tòa nhà - điện, nước, gas, sưởi ấm trung tâm, làm mát trung tâm và mức tiêu thụ năng lượng khác theo năm sử dụng và tự động chuyển đổi thành mức tiêu thụ than tiêu chuẩn tương ứng, do đó để phản ánh mức tiêu thụ năng lượng và mức tiêu thụ năng lượng toàn diện của từng hạng công trình trong năm hiện tại. Hệ thống hiển thị tỷ lệ tiêu thụ năng lượng của bốn hạng mục năng lượng chính của tòa nhà dưới dạng biểu đồ hình tròn. Hệ thống thể hiện xu hướng tiêu thụ năng lượng khác nhau bằng các đường cong và đồ thị, thuận tiện cho chủ sở hữu nắm bắt mức tiêu thụ năng lượng theo thời gian thực và trực quan.

(2) Hệ thống có thể truy vấn mức tiêu thụ năng lượng theo tên nhánh tiêu thụ năng lượng được phân loại và hiển thị mức tiêu thụ năng lượng cao nhất của ngày hiện tại và tháng hiện tại. Nó cho thấy sự so sánh về mức tiêu thụ năng lượng của ngày hiện tại, tháng hiện tại, năm hiện tại và cùng kỳ của ngày hôm qua, cùng kỳ của tháng trước và cùng kỳ năm ngoái. Mức tiêu thụ năng lượng trong 48 giờ, 31 ngày, 12 tháng và 3 năm qua được hiển thị dưới dạng thanh. Góc trên bên phải hiển thị đường cong 15 phút vừa qua (đồng hồ điện hiển thị đường cong công suất và đồng hồ đo lưu lượng hiển thị đường cong lưu lượng).

(3) Hệ thống lựa chọn và thiết lập các điểm đo mức tiêu thụ năng lượng theo phân bổ mức tiêu thụ năng lượng của tòa nhà để hệ thống giám sát mức tiêu thụ năng lượng có thể bao trùm toàn bộ tòa nhà. Người dùng hệ thống có thể truy cập báo cáo thống kê mức tiêu thụ năng lượng của từng nút tiêu thụ năng lượng của tòa nhà thông qua giao diện liên quan để giảm lỗi "chạy, phát thải, nhỏ giọt và rò rỉ" cũng như lỗi đo lường mức tiêu thụ năng lượng.

(4) Theo hướng dẫn thu thập dữ liệu tiêu thụ năng lượng của các hạng mục con của tòa nhà dân cư, hệ thống phân chia mức tiêu thụ điện năng của tòa nhà thành các ổ cắm chiếu sáng, điều hòa, nguồn điện và nguồn điện đặc biệt, lựa chọn và đặt thiết bị đo đếm, phân chia và thống kê theo đến các khu vực tiêu thụ năng lượng hoặc các khu chức năng, đồng thời hiển thị mức tiêu thụ năng lượng của khu vực đó dưới dạng báo cáo và biểu đồ thanh so sánh.

(5) Hệ thống có thể định vị chính xác thiết bị hoặc khu vực có mức tiêu thụ năng lượng lớn, nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho ban quản lý xây dựng hệ thống đánh giá hiệu suất tiết kiệm năng lượng và thúc đẩy việc thực hiện hiệu quả việc tiết kiệm năng lượng và giảm tiêu thụ. Lập hồ sơ hồ sơ vận hành các thiết bị tiêu thụ năng lượng quan trọng, theo dõi và ghi lại kết quả phân tích, đánh giá hiệu quả năng lượng trong quá trình vận hành thiết bị trong thời gian dài, đồng thời làm cơ sở cho việc vận hành và bảo trì thiết bị kết hợp với hồ sơ bảo trì thiết bị.

(6) Hệ thống cung cấp chức năng quản lý quyền hạn theo cấp bậc và cung cấp giao diện bảo trì thông tin mở cho người dùng có quyền. Người dùng có thể thêm, xóa, sửa đổi và truy vấn thông tin các tòa nhà, điểm đo trong phạm vi giám sát của hệ thống. Thông tin tòa nhà bao gồm loại tòa nhà, tuổi xây dựng, diện tích tòa nhà, số lượng nhân sự tòa nhà, v.v. Hệ thống cũng cung cấp chức năng nhập thủ công các thông tin đo lường không thể thu thập tự động, để người dùng có thể nắm vững mức tiêu thụ năng lượng tổng thể của tòa nhà.

5.3 Tải dữ liệu lên

Theo yêu cầu của đặc tả giao thức giao diện nền tảng hệ thống được xác định trong đặc tả kỹ thuật của hệ thống giám sát trực tuyến về mức tiêu thụ năng lượng của những người sử dụng năng lượng quan trọng, hệ thống giám sát trực tuyến về mức tiêu thụ năng lượng của ankerui sẽ tải lên thông tin cơ bản, dụng cụ đo lường thông tin, dữ liệu tiêu thụ năng lượng và dữ liệu hiệu quả năng lượng của các doanh nghiệp tiêu thụ năng lượng lên nền tảng cấp tỉnh hoặc quốc gia và dữ liệu được tải lên sẽ được mã hóa và truyền qua giao thức HTTPS. Nếu việc truyền dữ liệu không thành công hoặc hết thời gian (lỗi mạng), dữ liệu sẽ được truyền lại cho đến khi nhận được thông báo phản hồi thành công.

5.4 Lựa chọn đồng hồ đo năng lượng

6 Kết luận

Nói một cách dễ hiểu, hệ thống giám sát tiêu thụ năng lượng của các tòa nhà công cộng lớn có những ưu điểm nhất định và có thể đáp ứng nhu cầu phát triển tiết kiệm năng lượng xanh của xã hội hiện nay trong quá trình vận hành. Do đó, kết hợp với nhu cầu phát triển hiện nay của ngành xây dựng Trung Quốc, chúng ta nên tích cực đổi mới hệ thống giám sát tiêu thụ năng lượng và các thiết bị liên quan của các tòa nhà công cộng lớn, cải thiện các phương tiện hỗ trợ có liên quan của hệ thống giám sát tiêu thụ năng lượng, phân tích mức tiêu thụ năng lượng một cách linh hoạt và kịp thời. của các tòa nhà công cộng lớn, kịp thời tìm ra các vấn đề do tiêu thụ năng lượng quá mức và thực hiện các cải tiến có mục tiêu, Thực hiện thực sự nhu cầu phát triển về bảo tồn năng lượng và giảm tiêu thụ ở Trung Quốc và thế giới.