Analyse und Einführung eines Energieverbrauchsüberwachungssystems für große öffentliche Gebäude

Zusammenfassung: In diesem Dokument werden die spezifischen Klassifizierungen und Einzelnachweise der Energieverbrauchsgeräte der im Energieverbrauchsüberwachungssystem großer öffentlicher Gebäude installierten Ausrüstung detailliert analysiert. Außerdem werden die durch den Energieverbrauch großer öffentlicher Gebäude erfassten Daten mithilfe von GPRS/WLAN und anderen drahtlosen Übertragungstechnologien dynamisch analysiert, um einen praktischen Beitrag zur Energieeinsparung und Verbrauchsreduzierung in China zu leisten. Der Energieverbrauch großer öffentlicher Gebäude wird überwacht und bei übermäßigem Energieverbrauch wird eine wirksame Optimierung und Kontrolle durchgeführt.

Schlüsselwörter: Überwachungssystem; Energieverbrauchsgerät; Steuerungssystem

0.Hintergrund

Das chinesische Bauministerium geht davon aus, dass die gesamte Baufläche des Landes bis Ende 2020 durch statistische Big Data-Analysen 40 Milliarden Quadratmeter überschreiten und der Energieverbrauch von Gebäuden 1,09 Milliarden Tonnen Standardkohle erreichen wird. Der direkte Energieverbrauch von Gebäuden während des Baus und der Nutzung macht etwa 30 % des gesamten Energieverbrauchs der Gesellschaft aus. Derzeit gibt es in China einige Probleme bei der Messung, Übertragung und Energiesparüberwachung des Energieverbrauchs großer öffentlicher Gebäude. Ein umfassendes Energieverbrauchsmanagement wird zu einem gewissen Grad zu Energieverschwendung führen. Die Überwachung des Energieverbrauchs und das Energiesparmanagement großer öffentlicher Gebäude sind in China in den Mittelpunkt der Energieeinsparung und -reduzierung gerückt. Obwohl China die Informatisierung überwacht, gibt es bei der Datenberichterstattung viele Probleme mit der Verschleierung, was die Erstellung von Statistiken zu Energieverbrauchsdaten aufgrund des geringen Automatisierungsgrads der Datenerfassung und der geringen Informatisierung des Managements direkt erschwert. Um eine genaue Erfassung der Energieverbrauchsdaten und eine wirksame dynamische Kontrolle des Energieverbrauchs zu erreichen, wird in diesem Dokument das Energieverbrauchsüberwachungssystem großer öffentlicher Gebäude im Detail analysiert.

1. Entwicklung eines Energieverbrauchsüberwachungssystems für große öffentliche Gebäude im In- und Ausland

Im Ausland ist die intelligente Gebäudetechnologie im Ausland relativ ausgereift, und auch die intelligente und automatisierte Überwachung von Energieverbrauchsdaten und -informationen ist vergleichsweise hoch. In Industrieländern, insbesondere bei großen öffentlichen Gebäuden, wird der Energieverbrauchsüberwachung große Bedeutung beigemessen. Die intelligente Energieverbrauchsüberwachungsausrüstung wird ständig verbessert, und das technische System läuft stabil. In China hingegen mangelt es zwar an der Einführung intelligenter Gebäudetechnologie, aber an einem systematischen Integrationssystem für intelligente Gebäude. Entsprechende Konzepte und Ideen sind noch nicht entwickelt, und es besteht weiterhin ein großer Unterschied zum Ausland. Im Betrieb vieler intelligenter Gebäudesysteme in China führt das Fehlen eines umfassenden Betriebsmechanismus dazu, dass mit halbem Aufwand nur die Hälfte des Ergebnisses erzielt wird, was zu einer Verschwendung von Investitionen führt. Echtzeit, Zuverlässigkeit und Stabilität intelligenter Gebäudeüberwachungssysteme erreichen kaum Weltstandards. Viele ausländische IT-Unternehmen haben bereits entsprechende Systemprodukte für die Energieverbrauchsüberwachung großer öffentlicher Gebäude entwickelt. Unternehmen wie Honeywell, Johnson Controls und Siemens forschen und entwickeln aktiv an Produkten für die Energieverbrauchsüberwachung, um den Betrieb großer öffentlicher Gebäude im Inland stabiler und effizienter zu gestalten. Obwohl die Entwicklung intelligenter Gebäude in China noch Unzulänglichkeiten aufweist, entwickelt sie sich dank der gemeinsamen Anstrengungen von Staat und Unternehmen aktiv weiter. Das chinesische Energieverbrauchsmess- und -managementsystem Shanghai Yuanshang und das Gebäudeenergiemanagementsystem Advantech BEMS zeigen ihren einzigartigen Wert und werden häufig zur Überwachung des Energieverbrauchs großer öffentlicher Gebäude in China eingesetzt.

2 Datenerfassung zur Überwachung des Energieverbrauchs großer öffentlicher Gebäude

2.1 Datenerfassung zur Überwachung des Energieverbrauchs

Das interne Datensystem zum Energieverbrauch großer öffentlicher Gebäude ist komplex und umfasst zahlreiche Energieverbraucher. Um ein effizientes Energieverbrauchsüberwachungssystem für große öffentliche Gebäude zu gewährleisten, ist es notwendig, den Inhalt der Energieverbrauchsdaten großer öffentlicher Gebäude zu kontrollieren. Gemäß den spezifischen Anforderungen der chinesischen Behörden für staatliche Bürogebäude und große öffentliche Gebäude sind die Informationen zur Überwachung des Energieverbrauchs großer öffentlicher Gebäude in Abbildung 1 dargestellt.

Abbildung 1 Inhalt der Datenerfassung zur Energieverbrauchsüberwachung

2.2 Datenverarbeitung zur Überwachung des Energieverbrauchs

Bei der Überwachung des Energieverbrauchs großer öffentlicher Gebäude können die Energieverbrauchsdaten mithilfe von allgemeinen Inspektions- und Messgeräten erfasst und verschiedene Daten anhand der Spitzen- und Talwerte der Messgeräte überwacht werden. Die Leistung des Wattstundenzählers wird überprüft. Um eine effektive Daten- und Informationserfassung zu gewährleisten, kann die Daten- und Informationserfassung zweimal hintereinander durchgeführt werden. Die Fehler beider Erfassungen können kontrolliert werden, um sicherzustellen, dass die Leistung weniger als das Doppelte der Spitzenleistung des Energieverbrauchers auf der Straße beträgt. Um die Genauigkeit der Datenerfassung zu gewährleisten, ist es auch notwendig, die Unterpunktberechnung der Energieverbrauchsdaten durchzuführen, die Erfassung mithilfe von Messgeräten durchzuführen und den Mess- und Erfassungsgrad in Kombination mit der Berechnungsmethode verschiedener Energieverbrauchsindikatoren sicherzustellen.

3Konstruktionsrahmen eines Energieverbrauchsüberwachungssystems für große öffentliche Gebäude

3.1 Systemrahmen

Das in dieser Arbeit untersuchte Energieverbrauchsüberwachungssystem für große öffentliche Gebäude ist eng an den Anforderungen des „Leitfadens zur Softwareentwicklung für Energieverbrauchsüberwachungssysteme für staatliche Bürogebäude und große öffentliche Gebäude“ ausgerichtet und erfüllt die bundesweiten Designstandards. Der Grundaufbau des Energieverbrauchsüberwachungssystems für große öffentliche Gebäude ist in Abbildung 2 dargestellt. Sein Hauptzweck ist die Erfassung der Front-End-Daten des Kollektors. Die Informationsressourcen- und Datenebene dient der Erfassung und Übermittlung von Energieverbrauchsdaten aus erster Hand in großen öffentlichen Gebäuden sowie deren Klassifizierung. Die Anwendungsebene umfasst vier Ebenen: Daten- und Informationsmanagement, Analyse und Anzeige, Informationsservice und Hintergrundmanagement. Viele Begriffe werden auf verschiedenen Ebenen behandelt. Die Funktion der Anwendungsebene bei der Energieverbrauchsüberwachung großer öffentlicher Gebäude besteht in der Verarbeitung, Anzeige und Überwachung der Energieverbrauchsdaten. Jede Funktion der Anwendungsebene ist ein eigenständiges Systemmodul. Beim Entwurf der Module der Anwendungsschicht sollte jedes Verarbeitungsmodul relativ unabhängig sein, um gegenseitige Störungen zwischen den einzelnen Modulen zu verringern und die Grundlage für die nachfolgende Verarbeitung der Energieverbrauchsdaten zu schaffen. Auf der Leistungsschicht geht es darum, die Energieverbrauchsdaten großer öffentlicher Gebäude für verschiedene Rollen in der Gesellschaft in Kombination mit ihren eigenen tatsächlichen Bedürfnissen zu analysieren.

Abbildung 2: Konstruktionsrahmen eines Energieverbrauchsüberwachungssystems für große öffentliche Gebäude

3.2 Softwarearchitektur

Die Energieverbrauchsüberwachung großer öffentlicher Gebäude wird in der Regel mithilfe einer Software-App gesteuert und verwaltet. Die in diesem Dokument beschriebene Software für das Energieverbrauchsüberwachungssystem großer öffentlicher Gebäude umfasst Überwachungsterminal, Datenbank, Datenmanagementsystem, Datenerfassungssystem, Firewall, Kommunikationsnetzwerk, Konzentrator und Terminal zur Gebäudedatenerfassung. Die vom intelligenten Gebäudesystem erfassten Energieverbrauchsdaten werden an den Datenkonzentrator übermittelt, der die zentrale Verarbeitung von Energieverbrauchsdaten und Betriebszuständen wie Strom-, Wasser-, Kälte- und Gaszählern im Gebäude ermöglicht. Der Konzentrator wandelt die Daten in TCP/IP-Protokollpakete um. Mithilfe der Firewall unterstützt das Kommunikationsnetzwerk den Betrieb des Datenverarbeitungsmoduls und überträgt die relevanten Energieverbrauchsdaten an die Datenbank. Das Datenerfassungssystem verwaltet das Kommunikationsprotokoll des Gebäudeterminals im Konzentrator und prüft regelmäßig die Datenkommunikation auf Fehler. Es verarbeitet relevante Daten für verschiedene Bereiche wie Datenverlust und Betriebsstörungen, speichert relevante Dateninformationen effektiv in der Datenbank und überwacht, wertet, analysiert, speichert und zeigt den Energieverbrauch im Gebäude dynamisch in Kombination mit den vom System festgelegten Energieverbrauchsüberwachungsindikatoren an. Das Überwachungsterminal ruft in der Regel relevante Daten aus der Datenbank ab und erhält die Auswertungsergebnisse für eine umfassende Analyse und Steuerung. Das Überwachungsterminal analysiert die Steuerungsanweisungen in Kombination mit der Datenbank, dem Datenerfassungssystem, dem Kommunikationsnetzwerk, der Firewall, dem Konzentrator usw., um den Dateninformationsstatus des Erfassungsterminals des Gebäudes zu steuern.

4 Schlüsseltechnologien des Energieverbrauchsüberwachungssystems für große öffentliche Gebäude.

4.1 Technologien für den Zugriff auf Terminals zur Erfassung des Energieverbrauchs

Eine der Schlüsseltechnologien im Energieverbrauchsüberwachungssystem großer öffentlicher Gebäude ist die Nutzung verschiedener Zugangstechnologien für Energieverbrauchserfassungsterminals, um die verschiedenen Energieverbräuche in öffentlichen Gebäuden zu integrieren und zu erfassen. Die verschiedenen Hersteller von Energieverbrauchsüberwachungssystemen verwenden unterschiedliche Zugangstechnologien für mehrere Energieverbrauchserfassungsterminals. Die Art und Weise, wie mehrere Energieverbrauchserfassungsterminals mit einem Konzentrator verbunden werden, ist sehr wichtig. Da es für verschiedene Energieverbrauchsüberwachungssysteme eigene Protokolle gibt, sollten wir bei der Auswahl des Energieverbrauchsüberwachungssystems für große öffentliche Gebäude die Systeme verschiedener Hersteller analysieren, die eigenen Protokolle sowie die Energieverbrauchserfassungs- und Verbindungsmodi der einzelnen Hersteller klären und sicherstellen, dass die von den verschiedenen Herstellern entwickelten Energieverbrauchsüberwachungssysteme den tatsächlichen Nutzungsanforderungen großer öffentlicher Gebäude gerecht werden. Außerdem muss sichergestellt werden, dass das Softwaresystem reibungslos mit den verschiedenen Energieverbrauchserfassungsterminals verbunden werden kann.

4.2 Technologie zur Entwicklung von Systemsoftware

Für die praktische Anwendung eines großflächigen Energieverbrauchsüberwachungssystems für öffentliche Gebäude ist es notwendig, die Entwicklungstechnologie dieser Softwareplattform in Kombination mit dem Gesamtrahmen und den modularen Merkmalen des Systems einzuführen. Mithilfe von Java, JavaScript und anderen Programmiersprachen für die Programmcode-Entwicklung wird der Datenspeicher mit Cloud-Speichertechnologie verbunden, um die Sicherheit und die hohe Speicherkapazität der Energieverbrauchsdaten zu gewährleisten. Für die Datenübertragung und -kommunikation sollte ein stabiler RS485-Datenkommunikationsstandard gewählt werden, um eine hohe Qualität der gespeicherten Daten zu gewährleisten.

5Einführung in das Ankerui-Energieverbrauchsüberwachungssystem

Das Acrel-5000-Online-Energieverbrauchsüberwachungssystem ist ein benutzerseitiges Energiemanagement- und -analysesystem. Basierend auf dem elektrischen Energiemanagementsystem bietet es eine zentrale Erfassung und Analyse der Wasser-, Gas-, Kohle-, Öl- und Wärme- (Kühl-)Kapazität. Durch die Aufteilung und Berechnung des gesamten Energieverbrauchs auf der Benutzerseite zeigt es Managern oder Entscheidungsträgern die Nutzung und den Verbrauch verschiedener Energieträger anhand intuitiver Daten und Diagramme an. Es ermöglicht die einfache Erkennung von Punkten mit hohem Energieverbrauch oder unangemessenen Energieverbrauchsgewohnheiten, spart effektiv Energie und liefert präzise Daten, die die Benutzer bei der weiteren Energieumstellung oder Gerätemodernisierung unterstützen. Benutzer können Energieaudits gemäß den geltenden nationalen Vorschriften durchführen, die aktuelle Situation analysieren, Probleme identifizieren, Energieeinsparpotenziale erschließen, praktische Energiesparmaßnahmen vorschlagen und Energieauditberichte an die Energiesparabteilung der Volksregierung auf Kreisebene oder darüber übermitteln.

5.1 Plattformstruktur

Das Online-Überwachungssystem Acrel-5000 für den Energieverbrauch nutzt Computer, Kommunikationsgeräte sowie Mess- und Steuergeräte als Basistools und nutzt je nach Standortsituation einen oder mehrere kombinierte Netzwerkmodi wie Feldbus, Glasfaserringnetz oder drahtlose Kommunikation. Es bietet eine Basisplattform für die Echtzeit-Datenerfassung, Fernverwaltung und -steuerung großer öffentlicher Gebäude. Es kann jedes komplexe Überwachungssystem mit Detektionsgeräten bilden. Es ist offen, vernetzt, modularisiert und konfigurierbar und nutzt eine objektorientierte, hierarchische und verteilte intelligente integrierte Struktur. Die folgende Hierarchie wird erstellt:

Abbildung 3 Plattformstruktur

5.2 Plattformfunktionen

(1) Das System berechnet den Energieverbrauch aller Gebäudekategorien – Strom, Wasser, Gas, Zentralheizung, Zentralkühlung und andere Energieträger – je nach Betriebsjahr und rechnet ihn automatisch in den entsprechenden Standardkohleverbrauch um. So wird der Energieverbrauch und der Gesamtenergieverbrauch aller Gebäudekategorien im laufenden Jahr dargestellt. Das System stellt den Anteil des Energieverbrauchs der vier Hauptenergiesparten des Gebäudes in Form eines Kreisdiagramms dar. Die Verbrauchsentwicklung verschiedener Energieträger wird in Kurven und Diagrammen dargestellt, sodass der Eigentümer den Energieverbrauch in Echtzeit und intuitiv erfassen kann.

(2) Das System kann den Energieverbrauch nach der Branchenbezeichnung des klassifizierten Energieverbrauchs abfragen und den Spitzenenergieverbrauch des aktuellen Tages und des aktuellen Monats anzeigen. Es zeigt den Vergleich des Energieverbrauchs des aktuellen Tages, des aktuellen Monats, des aktuellen Jahres und des gleichen Zeitraums von gestern, des gleichen Zeitraums des Vormonats und des gleichen Zeitraums des letzten Jahres. Der Energieverbrauch der letzten 48 Stunden, 31 Tage, 12 Monate und 3 Jahre wird in einem Balken angezeigt. In der oberen rechten Ecke wird die Kurve der letzten 15 Minuten angezeigt (der Stromzähler zeigt die Leistungskurve und der Durchflussmesser die Durchflusskurve).

(3) Das System wählt und legt Energieverbrauchsmesspunkte entsprechend der Verteilung des Gebäudeenergieverbrauchs fest, sodass das Energieverbrauchsüberwachungssystem das gesamte Gebäude abdecken kann. Der Systembenutzer kann über die entsprechende Schnittstelle auf den statistischen Energieverbrauchsbericht jedes Energieverbrauchsknotens des Gebäudes zugreifen, um den Energieverbrauch durch „Laufen, Ausstoßen, Tropfen und Leckagen“ sowie Messfehler zu reduzieren.

(4) Gemäß den Richtlinien zur Erfassung von Daten zum Energieverbrauch von Unterpositionen in Wohngebäuden unterteilt das System den Stromverbrauch von Gebäuden in Beleuchtungssteckdosen, Klimaanlagen, Strom und Sonderstrom, wählt und stellt Messgeräte ein, unterteilt und erstellt Statistiken entsprechend den Energieverbrauchsbereichen oder Funktionsbereichen und stellt den Energieverbrauch des Bereichs in Form von Aufstellungen und Vergleichsbalkendiagrammen dar.

(5) Das System kann Geräte oder Bereiche mit hohem Energieverbrauch präzise lokalisieren, um dem Management die Entwicklung eines Systems zur Bewertung der Energieeinsparung zu erleichtern und die wirksame Umsetzung von Maßnahmen zur Energieeinsparung und -reduzierung zu fördern. Es werden Betriebsaufzeichnungsdateien für wichtige energieverbrauchende Geräte angelegt, die Ergebnisse der Analyse und Bewertung der Energieeffizienz während des Gerätebetriebs über einen langen Zeitraum hinweg verfolgt und aufgezeichnet. In Kombination mit den Gerätewartungsaufzeichnungen wird eine Grundlage für den Betrieb und die Wartung der Geräte geschaffen.

(6) Das System bietet eine hierarchische Berechtigungsverwaltung und eine offene Schnittstelle zur Informationspflege für autorisierte Benutzer. Benutzer können Informationen zu Gebäuden und Messpunkten im Überwachungsbereich des Systems hinzufügen, löschen, ändern und abfragen. Zu den Gebäudeinformationen gehören Gebäudetyp, Baujahr, Gebäudefläche, Anzahl der Gebäudemitarbeiter usw. Das System bietet außerdem eine manuelle Eingabefunktion für Messdaten, die nicht automatisch erfasst werden können, sodass Benutzer den Gesamtenergieverbrauch von Gebäuden im Blick behalten.

5.3 Datenupload

Gemäß den Anforderungen der in der technischen Spezifikation des Online-Energieverbrauchsüberwachungssystems wichtiger Energieverbraucher definierten Spezifikation des Systemplattform-Schnittstellenprotokolls lädt das Online-Energieverbrauchsüberwachungssystem von Ankerui die Basisinformationen, Messgeräteinformationen, Energieverbrauchsdaten und Energieeffizienzdaten energieverbrauchender Unternehmen auf die regionale oder nationale Plattform hoch. Die hochgeladenen Daten werden verschlüsselt und per HTTPS-Protokoll übertragen. Bei einem Fehler oder einer Zeitüberschreitung der Datenübertragung (Netzwerkausfall) werden die Daten erneut übertragen, bis eine erfolgreiche Rückmeldung eingeht.

5.4 Auswahl von Energiezählern

6 Fazit

Kurz gesagt: Das Energieverbrauchsüberwachungssystem für große öffentliche Gebäude bietet gewisse Vorteile und kann den aktuellen Entwicklungsbedarf der Gesellschaft im Bereich der grünen Energieeinsparung im laufenden Betrieb decken. Daher sollten wir, in Kombination mit dem aktuellen Entwicklungsbedarf der chinesischen Bauindustrie, das Energieverbrauchsüberwachungssystem und die zugehörige Ausrüstung für große öffentliche Gebäude aktiv erneuern, die relevanten unterstützenden Einrichtungen des Energieverbrauchsüberwachungssystems verbessern, den Energieverbrauch großer öffentlicher Gebäude dynamisch und zeitnah analysieren, die durch übermäßigen Energieverbrauch verursachten Probleme rechtzeitig erkennen und gezielte Verbesserungen vornehmen, um die Entwicklungsanforderungen zur Energieeinsparung und -reduzierung in China und der Welt tatsächlich umzusetzen.