تحليل وإدخال نظام مراقبة استهلاك الطاقة للمباني العامة الكبيرة

ملخص: في هذه الورقة، سيتم تحليل التصنيف المحدد وأجهزة استهلاك الطاقة المفصلة للمعدات المثبتة في نظام مراقبة استهلاك الطاقة للمباني العامة الكبيرة بالتفصيل، وسيتم تحليل معلومات البيانات التي تم اكتشافها من خلال استهلاك الطاقة للمباني العامة الكبيرة ديناميكيًا بمساعدة GPRS / Wi-Fi وتقنيات النقل اللاسلكي الأخرى، وذلك لتقديم مساهمة عملية في قضية الحفاظ على الطاقة وخفض الاستهلاك في الصين، ومراقبة استهلاك الطاقة للمباني العامة الكبيرة، وتحسينها والتحكم فيها بشكل فعال إذا تم العثور على استهلاك مفرط للطاقة.

الكلمات الرئيسية: نظام المراقبة؛ جهاز استهلاك الطاقة؛ نظام التحكم

0.الخلفية

اقترحت وزارة البناء الصينية، من خلال التحليل الإحصائي للبيانات الضخمة، أنه بحلول نهاية عام 2020، سيتجاوز إجمالي مساحة البناء في البلاد 40 مليار متر مربع، وسيصل استهلاك الطاقة في المباني إلى 1.09 مليار طن من الفحم القياسي. وتمثل الطاقة المستهلكة مباشرة في المباني أثناء البناء والاستخدام حوالي 30% من إجمالي استهلاك الطاقة في المجتمع. وفي الوقت الحالي، تواجه بعض المشكلات في قياس استهلاك الطاقة ونقله ومراقبة توفيره في المباني العامة الكبيرة في الصين. وستؤدي الإدارة الشاملة لاستهلاك الطاقة إلى هدر كبير في استهلاك الطاقة إلى حد ما. وقد أصبحت مراقبة استهلاك الطاقة وإدارة توفير الطاقة في المباني العامة الكبيرة محورًا رئيسيًا للحفاظ على الطاقة وخفض الاستهلاك في الصين. وعلى الرغم من قيام الصين بالإشراف على المعلوماتية، إلا أن هناك العديد من مشاكل الإخفاء في عملية إعداد التقارير، مما يزيد بشكل مباشر من صعوبة إحصاءات بيانات استهلاك الطاقة بسبب ضعف أتمتة جمع البيانات وضعف معلوماتية الإدارة. من أجل تحقيق جمع دقيق لبيانات استهلاك الطاقة والتحكم الديناميكي الفعال في استهلاك الطاقة، ستقوم هذه الورقة بتحليل نظام مراقبة استهلاك الطاقة في المباني العامة الكبيرة بالتفصيل.

1. تطوير نظام مراقبة استهلاك الطاقة للمباني العامة الكبيرة في الداخل والخارج

بالنظر إلى الخارج، تُعد تكنولوجيا المباني الذكية الأجنبية ناضجة نسبيًا، كما أن مستوى مراقبة بيانات ومعلومات استهلاك الطاقة الذكي والتلقائي مرتفع نسبيًا. تولي الدول المتقدمة، وخاصةً المباني العامة الكبيرة، اهتمامًا كبيرًا بمراقبة استهلاك الطاقة، وتُحسّن معدات مراقبة استهلاك الطاقة الذكية باستمرار، ويعمل النظام الهندسي بكفاءة. أما الصين، فعلى الرغم من تطبيق تكنولوجيا المباني الذكية، إلا أنها تفتقر إلى نظام تكامل منهجي للمباني الذكية، ولم تتشكل المفاهيم والأفكار ذات الصلة، ولا تزال هناك فجوة كبيرة بينها وبين الدول الأجنبية. خلال تشغيل العديد من أنظمة المباني الذكية في الصين، سيؤدي عدم وجود آلية تشغيل شاملة للأنظمة ذات الصلة إلى مشكلة مضاعفة النتيجة بنصف الجهد، مما يؤدي إلى هدر الاستثمار. يصعب الوصول إلى مستوى المعايير العالمية في الوقت الفعلي وموثوقية واستقرار أنظمة مراقبة المباني الذكية. في الوقت الحالي، طورت العديد من شركات تكنولوجيا المعلومات الأجنبية منتجات منهجية مطابقة لأنظمة مراقبة استهلاك الطاقة في المباني العامة الكبيرة. قامت شركات هانيويل الأمريكية، وجونسون كونترولز الأمريكية، وسيمنز الألمانية، وغيرها من الشركات، بنشاطٍ في البحث والتطوير لمنتجات أنظمة مراقبة استهلاك الطاقة، وذلك لتعزيز استقرار وكفاءة تشغيل أنظمة مراقبة استهلاك الطاقة في المباني العامة الكبيرة في البلاد. على الرغم من وجود بعض النواقص في تطوير المباني الذكية في الصين، إلا أنها تتطور بنشاط بفضل الجهود المشتركة للدولة والشركات. يتميز نظام شنغهاي يوانشانغ الصيني لقياس وإدارة استهلاك الطاقة ونظام أدفانتيك لإدارة طاقة المباني BEMS بقيمتهما الفريدة، ويُستخدمان على نطاق واسع في مراقبة استهلاك الطاقة في المباني العامة الكبيرة في الصين.

2 جمع بيانات مراقبة استهلاك الطاقة للمباني العامة الكبيرة

2.1 جمع بيانات مراقبة استهلاك الطاقة

يتسم نظام البيانات الداخلي لاستهلاك الطاقة في المباني العامة الكبيرة بالتعقيد، ويشتمل على العديد من وحدات استهلاك الطاقة. ولضمان فعالية نظام مراقبة استهلاك الطاقة في المباني العامة الكبيرة، من الضروري مراقبة محتوى بيانات مراقبة استهلاك الطاقة في هذه المباني. ووفقًا لمتطلبات المحتويات المحددة لمباني مكاتب الأجهزة الحكومية والمباني العامة الكبيرة الصادرة عن الصين، يوضح الشكل 1 محتوى معلومات مراقبة استهلاك الطاقة في هذه المباني.

الشكل 1 محتوى جمع بيانات مراقبة استهلاك الطاقة

2.2 معالجة بيانات مراقبة استهلاك الطاقة

في عملية مراقبة استهلاك الطاقة للمباني العامة الكبيرة، يمكن الكشف عن معلومات بيانات استهلاك الطاقة بمساعدة أجهزة التفتيش والقياس العامة، ويمكن مراقبة البيانات المختلفة على أساس توضيح قيم الذروة والوادي لأجهزة قياس استهلاك الطاقة. تحقق من الطاقة في عداد واط ساعة. لضمان فعالية جمع البيانات والمعلومات، يمكن إجراء جمع البيانات والمعلومات مرتين على التوالي، ويمكن التحكم في أخطاء جمع البيانات والمعلومات للتأكد من أن الطاقة أقل من ضعف ذروة طاقة المعدات المستهلكة للطاقة على الطريق. بناءً على ضمان دقة جمع البيانات، من الضروري أيضًا إجراء حساب بيانات استهلاك الطاقة الفرعية، وإجراء الكشف بمساعدة أجهزة القياس، وضمان مستوى القياس والكشف بالتزامن مع طريقة حساب مؤشرات استهلاك الطاقة المختلفة.

3إطار عمل بناء نظام مراقبة استهلاك الطاقة للمباني العامة الكبيرة

3.1 إطار عمل النظام

صُمم نظام مراقبة استهلاك الطاقة في المباني العامة الكبيرة، الذي تمت دراسته في هذه الورقة، بما يتوافق تمامًا مع متطلبات "نظام مراقبة استهلاك الطاقة في مباني مكاتب الأجهزة الحكومية والمباني العامة الكبيرة - دليل تطوير البرمجيات"، والذي يلبي بفعالية معايير التصميم المحددة في بلدنا. يوضح الشكل 2 آلية بناء إطار نظام مراقبة استهلاك الطاقة في المباني العامة الكبيرة. يتمثل هدفه الرئيسي في الحصول على معلومات بيانات الواجهة الأمامية للمجمع. أما طبقة موارد المعلومات والبيانات، فتهدف إلى جمع ونقل معلومات استهلاك الطاقة المباشرة في المباني العامة الكبيرة، وتصنيف بيانات استهلاك الطاقة المجمعة. أما طبقة التطبيقات، فتغطي أربعة مستويات: إدارة البيانات والمعلومات، والتحليل والعرض، وخدمة المعلومات، وإدارة البيانات الأساسية. وتغطي مستويات مختلفة العديد من المصطلحات. وتتمثل وظيفة طبقة التطبيقات في مراقبة استهلاك الطاقة في المباني العامة الكبيرة في معالجة بيانات استهلاك الطاقة، وعرضها، ومراقبتها. وفي طبقة التطبيقات، يمكن اعتبار كل وظيفة وحدة نظام مستقلة. عند تصميم وحدات طبقة التطبيق، ينبغي أن تكون كل وحدة معالجة مستقلة نسبيًا لتقليل التداخل بينها، وتمهيد الطريق لمعالجة بيانات استهلاك الطاقة اللاحقة. أما طبقة الأداء، فتهدف إلى تحليل بيانات استهلاك الطاقة للمباني العامة واسعة النطاق لمختلف الأدوار في المجتمع، مع مراعاة احتياجاتها الفعلية.

الشكل 2 إطار عمل بناء نظام مراقبة استهلاك الطاقة للمباني العامة الكبيرة

3.2 هندسة البرمجيات

يتم التحكم في مراقبة استهلاك الطاقة في المباني العامة الكبيرة وإدارتها بشكل عام بمساعدة تطبيق برمجي. يغطي برنامج نظام مراقبة استهلاك الطاقة للمباني العامة الكبيرة المذكور في هذه الورقة محطة المراقبة، وقاعدة البيانات، ونظام إدارة البيانات، ونظام جمع البيانات، وجدار الحماية، وشبكة الاتصالات، ووحدة التركيز، ومحطة جمع معلومات بيانات المبنى. سيتم نقل معلومات بيانات استهلاك الطاقة التي يجمعها نظام المباني الذكية إلى وحدة تركيز البيانات للمعالجة المركزية لمعلومات بيانات استهلاك الطاقة وحالة التشغيل مثل عداد الطاقة الكهربائية، وعداد المياه، وعداد التبريد، وعداد الغاز في المبنى. سيقوم وحدة التركيز بتحويل معلومات البيانات إلى حزم بروتوكول TCP / IP. تحت تأثير جدار الحماية، ستعزز شبكة الاتصالات تشغيل وحدة معالجة معلومات البيانات ونقل معلومات بيانات استهلاك الطاقة ذات الصلة إلى قاعدة البيانات. يدير نظام جمع البيانات بروتوكول اتصال محطة المبنى في وحدة التركيز ويتحقق من أخطاء اتصالات البيانات بانتظام. معالجة البيانات ذات الصلة للعديد من المحتويات، مثل فقدان البيانات والعمل غير الطبيعي، والحصول على معلومات البيانات ذات الصلة بفعالية من قاعدة البيانات، ومراقبة استهلاك الطاقة في المبنى وتقييمه وتحليله وتخزينه وعرضه ديناميكيًا، بالتزامن مع مؤشرات مراقبة استهلاك الطاقة التي يحددها النظام. تحصل محطة المراقبة عادةً على البيانات ذات الصلة من قاعدة البيانات، وتحصل على نتائج التقييم لإجراء تحليل شامل والتحكم. كما تُحلل محطة المراقبة تعليمات التحكم بالتزامن مع قاعدة البيانات، ونظام جمع البيانات، وشبكة الاتصالات، وجدار الحماية، والمكثف، وغيرها، للتحكم في حالة معلومات البيانات الخاصة بمحطة جمع البيانات في المبنى.

4 تقنيات رئيسية لنظام مراقبة استهلاك الطاقة للمباني العامة الكبيرة.

4.1 تقنيات الوصول إلى محطات الاستحواذ على استهلاك الطاقة المتعددة

في نظام مراقبة استهلاك الطاقة للمباني العامة الكبيرة، تُعدّ تقنية الوصول إلى محطات تجميع استهلاك الطاقة المتنوعة إحدى التقنيات الرئيسية، وذلك لدمج وجمع بيانات استهلاك الطاقة المتنوعة في المباني العامة. وتختلف تقنيات الوصول إلى محطات تجميع استهلاك الطاقة المتعددة باختلاف العلامات التجارية لأنظمة مراقبة استهلاك الطاقة. ومن المهم للغاية ربط محطات تجميع استهلاك الطاقة المتعددة بمُركّز واحد. ونظرًا لوجود بروتوكولات خاصة لأنظمة مراقبة استهلاك الطاقة المختلفة، يجب عند اختيار نظام مراقبة استهلاك الطاقة للمباني العامة الكبيرة تحليل أنظمة العلامات التجارية المختلفة، وتوضيح البروتوكولات الخاصة بها، وطرق جمع استهلاك الطاقة وتوصيلها، والتأكد من أن نظام مراقبة استهلاك الطاقة الذي طورته العلامات التجارية المختلفة يُمكنه تلبية احتياجات الاستخدام الفعلية للمباني العامة الكبيرة، والتأكد من إمكانية توصيل نظام البرنامج بسلاسة بمحطات تجميع استهلاك الطاقة المختلفة.

4.2 تكنولوجيا تطوير برمجيات النظام

عند تطبيق نظام مراقبة استهلاك الطاقة في المباني العامة واسع النطاق، من الضروري دمج تقنية تطوير هذه المنصة البرمجية مع الإطار العام وخصائص النظام متعددة الطبقات. وباستخدام لغات البرمجة Java وjavascrip وغيرها من لغات البرمجة لتصميم البرامج، يتم ربط مستودع البيانات بتقنية التخزين السحابي لضمان الأمان والسعة التخزينية الهائلة لمعلومات استهلاك الطاقة. أثناء نقل البيانات وتوصيلها، يجب اختيار معيار RS485 مستقر لتوصيل البيانات لضمان جودة تشغيل معلومات البيانات المخزنة.

5مقدمة إلى نظام مراقبة استهلاك الطاقة ankerui

نظام مراقبة استهلاك الطاقة عبر الإنترنت Acrel-5000 هو نظام لإدارة وتحليل الطاقة من جانب المستخدم. يعتمد على نظام إدارة الطاقة الكهربائية، ويضيف جمعًا وتحليلًا مركزيًا لسعة الماء والغاز والفحم والنفط والتدفئة (التبريد). من خلال تقسيم وحساب جميع استهلاك الطاقة من جانب المستخدم، يُظهر النظام استخدام واستهلاك أنواع الطاقة المختلفة للمديرين أو صانعي القرار من خلال بيانات ورسوم بيانية بديهية. يُسهّل النظام تحديد نقاط استهلاك الطاقة المرتفعة أو عادات الاستهلاك غير المعقولة، وتوفير الطاقة بفعالية، وتوفير بيانات دقيقة لدعم المستخدمين في التحول نحو توفير الطاقة أو تحديث معداتهم. يمكن للمستخدمين إجراء تدقيق الطاقة وفقًا للوائح الوطنية ذات الصلة، وتحليل الوضع الحالي، واكتشاف المشكلات، والاستفادة من إمكانات توفير الطاقة، واقتراح تدابير عملية لتوفير الطاقة، وتقديم تقارير تدقيق الطاقة إلى إدارة حفظ الطاقة التابعة للحكومة الشعبية على مستوى المقاطعة أو أعلى.

5.1 هيكل المنصة

يعتمد نظام مراقبة استهلاك الطاقة عبر الإنترنت Acrel-5000 على أجهزة الكمبيوتر ومعدات الاتصالات ووحدات القياس والتحكم كأدوات أساسية، ويعتمد على نمط شبكي واحد أو أكثر، سواءً كان ناقلًا ميدانيًا أو شبكة حلقية من الألياف الضوئية أو اتصالاً لاسلكيًا، وذلك وفقًا للوضع الفعلي للموقع. يوفر النظام منصة أساسية لجمع البيانات في الوقت الفعلي، وإدارة المباني العامة الكبيرة والتحكم فيها عن بُعد. كما يُمكنه تكوين أي نظام مراقبة معقد مزود بمعدات الكشف. وهو نظام مفتوح، ومتصل بالشبكة، وموحد، وقابل للتكوين، ويعتمد على بنية متكاملة ذكية هرمية وموزعة وموجهة نحو الكائنات. يُحدد التسلسل الهرمي التالي:

الشكل 3 هيكل المنصة

5.2 وظائف المنصة

(1) يُمكّن النظام من حساب استهلاك الطاقة لكل تصنيف من المباني - الكهرباء، والمياه، والغاز، والتدفئة المركزية، والتبريد المركزي، وغيرها من استهلاك الطاقة - وفقًا لسنة الاستخدام، وتحويله تلقائيًا إلى استهلاك الفحم القياسي المقابل، مما يعكس استهلاك الطاقة والاستهلاك الشامل لكل تصنيف من المباني في السنة الحالية. يعرض النظام نسبة استهلاك الطاقة لأربعة بنود فرعية رئيسية للطاقة في المبنى على شكل مخطط دائري. كما يُظهر النظام اتجاه استهلاك الطاقة لمختلف استهلاكات الطاقة من خلال المنحنيات والرسوم البيانية، مما يُسهّل على المالك فهم استهلاك الطاقة في الوقت الفعلي وبشكل حدسي.

(٢) يمكن للنظام الاستعلام عن استهلاك الطاقة حسب اسم فرع استهلاك الطاقة المصنف، وعرض ذروة استهلاك الطاقة لليوم والشهر الحاليين. يُقارن النظام استهلاك الطاقة لليوم والشهر والسنة الحالية مع نفس الفترة من أمس، ونفس الفترة من الشهر الماضي، ونفس الفترة من العام الماضي. يُعرض استهلاك الطاقة خلال الـ ٤٨ ساعة الماضية، و٣١ يومًا، و١٢ شهرًا، و٣ سنوات الماضية في شريط. يُظهر الركن العلوي الأيمن منحنى الـ ١٥ دقيقة الماضية (يُظهر عداد الكهرباء منحنى الطاقة، ويُظهر عداد التدفق منحنى معدل التدفق).

(3) يختار النظام ويضبط نقاط قياس استهلاك الطاقة وفقًا لتوزيع استهلاك الطاقة في المبنى، مما يسمح لنظام مراقبة استهلاك الطاقة بتغطية المبنى بأكمله. يمكن لمستخدم النظام الوصول إلى تقرير إحصائي لاستهلاك الطاقة لكل عقدة استهلاك طاقة في المبنى من خلال الواجهة المناسبة، مما يقلل من أخطاء القياس المتعلقة باستهلاك الطاقة (التشغيل، الانبعاث، التسرب، والتسرب).

(4) وفقًا للمبادئ التوجيهية لجمع بيانات استهلاك الطاقة للعناصر الفرعية للمباني السكنية، يقسم النظام استهلاك الطاقة للمباني إلى مقابس الإضاءة ومكيفات الهواء والطاقة والطاقة الخاصة، ويختار ويضبط أجهزة القياس، ويقسم ويجري الإحصائيات وفقًا لمناطق استهلاك الطاقة أو المناطق الوظيفية، ويعرض استهلاك الطاقة للمنطقة في شكل بيانات ومخططات شريطية للمقارنة.

(5) يُمكّن النظام من تحديد مواقع المعدات أو المناطق ذات الاستهلاك العالي للطاقة بدقة، مما يُسهّل على الإدارة وضع نظام تقييم أداء توفير الطاقة، ويعزز التنفيذ الفعال لترشيد استهلاك الطاقة. يُنشئ النظام ملفات تسجيل تشغيل للمعدات الرئيسية المستهلكة للطاقة، ويتتبع ويسجل نتائج تحليل وتقييم كفاءة الطاقة أثناء تشغيل المعدات على المدى الطويل، ويوفر أساسًا لتشغيل المعدات وصيانتها، بالإضافة إلى سجلات الصيانة.

(6) يوفر النظام وظيفة إدارة صلاحيات هرمية، وواجهة مفتوحة لإدارة المعلومات للمستخدمين ذوي الصلاحيات. يمكن للمستخدمين إضافة معلومات المباني ونقاط القياس ضمن نطاق مراقبة النظام، وحذفها، وتعديلها، والاستعلام عنها. تشمل معلومات المبنى نوع المبنى، وعمره، ومساحته، وعدد العاملين فيه، وغيرها. كما يوفر النظام وظيفة إدخال يدوي لمعلومات القياس التي لا يمكن جمعها تلقائيًا، مما يُمكّن المستخدمين من إدارة استهلاك الطاقة الكلي للمباني.

5.3 تحميل البيانات

وفقًا لمتطلبات مواصفات بروتوكول واجهة منصة النظام المحددة في المواصفات الفنية لنظام المراقبة الإلكترونية لاستهلاك الطاقة لمستخدمي الطاقة الرئيسيين، سيُحمّل نظام المراقبة الإلكترونية لاستهلاك الطاقة التابع لشركة Ankerui المعلومات الأساسية، ومعلومات أجهزة القياس، وبيانات استهلاك الطاقة، وبيانات كفاءة الطاقة للمؤسسات المستهلكة للطاقة إلى المنصة الإقليمية أو الوطنية، وسيتم تشفير البيانات المُحمّلة وإرسالها عبر بروتوكول HTTPS. في حال فشل إرسال البيانات أو توقفها (تعطل الشبكة)، يُعاد إرسالها حتى استلام رسالة إشعار بالنجاح.

5.4 اختيار عدادات الطاقة

6 الخاتمة

باختصار، يتميز نظام مراقبة استهلاك الطاقة في المباني العامة الكبيرة بمزايا معينة، ويمكنه تلبية احتياجات التنمية الاجتماعية الخضراء الموفرة للطاقة في عملية التشغيل. لذلك، وبالتزامن مع احتياجات التنمية الحالية لصناعة البناء في الصين، ينبغي علينا العمل بنشاط على تطوير نظام مراقبة استهلاك الطاقة والمعدات ذات الصلة في المباني العامة الكبيرة، وتحسين المرافق الداعمة لنظام مراقبة استهلاك الطاقة، وتحليل استهلاك الطاقة في المباني العامة الكبيرة بشكل ديناميكي وفي الوقت المناسب، وتحديد مشاكل الاستهلاك المفرط للطاقة في الوقت المناسب، وإجراء تحسينات مستهدفة، بما يلبي احتياجات التنمية في الصين والعالم لترشيد استهلاك الطاقة وخفضه.