Análisis e implantación de un sistema de monitorización del consumo energético en grandes edificios públicos

Resumen: En este artículo, se analizará en detalle la clasificación específica y los dispositivos de consumo de energía detallados de los equipos instalados en el sistema de monitoreo del consumo de energía de grandes edificios públicos, y la información de datos detectada por el consumo de energía de grandes edificios públicos se analizará dinámicamente con la ayuda de GPRS / Wi Fi y otras tecnologías de transmisión inalámbrica, a fin de hacer una contribución práctica a la causa de la conservación de energía y la reducción del consumo en China, monitorear el consumo de energía de grandes edificios públicos y optimizar y controlar eficazmente si se encuentra un consumo excesivo de energía.

Palabras clave: sistema de monitorización; dispositivo de consumo de energía; sistema de control

0. Antecedentes

El Ministerio de Construcción de China ha propuesto, mediante el análisis estadístico de big data, que para finales de 2020 la superficie total construida del país supere los 40.000 millones de metros cuadrados y el consumo energético de los edificios alcance los 1.090 millones de toneladas de carbón estándar. La energía consumida directamente por los edificios durante su construcción y uso representa aproximadamente el 30% del consumo energético total de la sociedad. Actualmente, existen problemas en la medición, la transmisión y la supervisión del ahorro energético de los grandes edificios públicos en China. Una gestión exhaustiva del consumo energético generará, en cierta medida, un gran desperdicio energético. La monitorización y la gestión del ahorro energético de los grandes edificios públicos se han convertido en el foco de la conservación y la reducción del consumo energético en China. Si bien China ha implementado la supervisión de la informatización, existen numerosos problemas de ocultación en el proceso de generación de informes de datos, lo que dificulta directamente la elaboración de estadísticas de consumo energético debido al bajo grado de automatización en la recopilación de datos y la escasa informatización de la gestión. Con el fin de lograr una recopilación precisa de datos sobre el consumo de energía y un control dinámico efectivo del consumo de energía, este documento analizará en detalle el sistema de monitoreo del consumo de energía de grandes edificios públicos.

1. Desarrollo de un sistema de monitorización del consumo energético para grandes edificios públicos nacionales e internacionales.

En el extranjero, la tecnología de edificios inteligentes ha alcanzado un nivel de madurez considerable, con un nivel de automatización inteligente en la monitorización de datos e información sobre el consumo energético. En los países desarrollados, especialmente en el caso de los grandes edificios públicos, se presta gran atención a la monitorización del consumo energético, se mejoran constantemente los equipos de monitorización inteligente y el sistema de ingeniería opera de forma estable. En China, si bien se ha aplicado la tecnología de edificios inteligentes, carece de un sistema sistemático de integración, no se han desarrollado los conceptos e ideas pertinentes y aún existe una gran brecha con respecto a otros países. Durante la operación de muchos sistemas de edificios inteligentes en China, la falta de un mecanismo operativo integral para los sistemas pertinentes genera el problema de obtener el doble de resultados con la mitad del esfuerzo, lo que resulta en un desperdicio de inversión. La fiabilidad, estabilidad y tiempo real de los sistemas de monitorización de edificios inteligentes son difíciles de alcanzar a nivel mundial. Actualmente, numerosas empresas extranjeras de tecnología de la información han desarrollado productos sistemáticos compatibles con el sistema de monitorización del consumo energético de grandes edificios públicos. Las empresas estadounidenses Honeywell, Johnson Controls, Siemens y otras han llevado a cabo activamente la investigación y el desarrollo de sistemas de monitorización del consumo energético para promover un funcionamiento más estable y eficiente de los sistemas de monitorización del consumo energético en grandes edificios públicos nacionales. Si bien existen imperfecciones en el desarrollo de edificios inteligentes en China, estos se están desarrollando activamente gracias a los esfuerzos conjuntos del estado y las empresas. El sistema de medición y gestión del consumo energético Shanghai Yuanshang de China y el sistema de gestión energética de edificios Advantech BEMS demuestran su valor único y se utilizan ampliamente en la monitorización del consumo energético de grandes edificios públicos en China.

2 Recopilación de datos de seguimiento del consumo energético de grandes edificios públicos

2.1 Recopilación de datos de seguimiento del consumo de energía

El sistema interno de datos de consumo energético de los grandes edificios públicos es complejo y cuenta con numerosas unidades consumidoras. Para un buen funcionamiento del sistema de monitorización del consumo energético de estos grandes edificios, es necesario controlar el contenido de los datos de monitorización. De acuerdo con los requisitos específicos de China para edificios de oficinas de organismos estatales y grandes edificios públicos, el contenido de la información de monitorización del consumo energético de estos edificios se muestra en la Figura 1.

Figura 1 Contenido de la recopilación de datos de monitoreo del consumo de energía

2.2 Procesamiento de datos de monitorización del consumo energético

En el proceso de monitoreo del consumo energético de grandes edificios públicos, la información de consumo energético puede detectarse con la ayuda de dispositivos de inspección y medición generales, y diversos datos pueden monitorearse sobre la base de aclarar los valores pico y valle de los dispositivos de medición de consumo energético. Verifique la potencia en el medidor de vatios-hora. Para garantizar la efectividad de la recopilación de datos e información, la recopilación de datos e información puede realizarse dos veces consecutivas y los errores de la recopilación de datos e información pueden controlarse para asegurar que la potencia sea inferior al doble de la potencia pico de los equipos consumidores de energía en la carretera. Sobre la base de garantizar la precisión de la recopilación de datos, también es necesario realizar el cálculo de datos de consumo energético de subelementos, realizar la detección con la ayuda de dispositivos de medición y asegurar el nivel de medición y detección en combinación con el método de cálculo de diversos indicadores de consumo energético.

3Marco constructivo del sistema de monitorización del consumo energético para grandes edificios públicos

3.1 Marco del sistema

El sistema de monitorización del consumo energético de grandes edificios públicos, estudiado en este documento, está diseñado en estrecha conformidad con los requisitos del "Sistema de monitorización del consumo energético de edificios de oficinas de organismos estatales y grandes edificios públicos - Manual de desarrollo de software", que cumple eficazmente con las normas de diseño de nuestro país. El modelo de construcción del sistema de monitorización del consumo energético para grandes edificios públicos se muestra en la Figura 2. Su objetivo principal es obtener la información de datos de entrada del colector. En cuanto a la capa de recursos de información y datos, se busca la adquisición y transmisión de datos de primera mano sobre el consumo energético en grandes edificios públicos, y su clasificación. La capa de aplicación abarca cuatro niveles: gestión de datos e información, análisis y visualización, servicio de información y gestión en segundo plano. Diversos términos se abarcan en diferentes niveles. La función de la capa de aplicación en la monitorización del consumo energético de grandes edificios públicos se utiliza para el procesamiento, la visualización y la monitorización de la información de datos. En la capa de aplicación, cada función puede considerarse un módulo independiente del sistema. Al diseñar el módulo de la capa de aplicación, cada módulo de procesamiento debe ser relativamente independiente para reducir la interferencia mutua y facilitar el posterior procesamiento de la información de consumo energético. En cuanto a la capa de rendimiento, se analiza la información de consumo energético de edificios públicos de gran tamaño para diferentes funciones sociales, en función de sus necesidades reales.

Figura 2. Marco de construcción del sistema de monitorización del consumo energético de grandes edificios públicos.

3.2 Arquitectura del software

La monitorización del consumo energético de grandes edificios públicos se controla y gestiona generalmente mediante una aplicación de software. El software del sistema de monitorización de consumo energético de grandes edificios públicos mencionado en este documento abarca la terminal de monitorización, la base de datos, el sistema de gestión de datos, el sistema de adquisición de datos, el cortafuegos, la red de comunicación, el concentrador y la terminal de adquisición de información de datos del edificio. La información de consumo energético recopilada por el sistema de edificios inteligentes se transmite al concentrador de datos para el procesamiento centralizado de la información de consumo energético y el estado de funcionamiento, como los contadores de electricidad, agua, refrigeración y gas del edificio. El concentrador convierte la información de datos en paquetes de protocolo TCP/IP. Gracias al cortafuegos, la red de comunicación facilita el funcionamiento del módulo de procesamiento de datos y transmite la información relevante de consumo energético a la base de datos. El sistema de adquisición de datos gestiona el protocolo de comunicación de la terminal del edificio en el concentrador y detecta errores en la comunicación de datos periódicamente. Procesa los datos relevantes para diversos problemas, como pérdidas de datos y funcionamiento anormal, obtiene información relevante de la base de datos de forma eficaz y monitoriza, evalúa, analiza, almacena y muestra dinámicamente el consumo energético del edificio en combinación con los indicadores de monitorización de consumo energético establecidos por el sistema. El terminal de monitoreo generalmente obtiene datos relevantes de la base de datos y obtiene los resultados de la evaluación para un análisis y control exhaustivos. El terminal de monitoreo analiza las instrucciones de control en combinación con la base de datos, el sistema de adquisición de datos, la red de comunicación, el cortafuegos, el concentrador, etc., para supervisar el estado de la información de datos del terminal de adquisición del edificio.

4 tecnologías clave del sistema de monitorización del consumo energético para grandes edificios públicos.

4.1 Tecnologías de acceso a terminales de adquisición de consumo de energía múltiple

En el sistema de monitorización del consumo energético de grandes edificios públicos, una de las tecnologías clave es la tecnología de acceso a terminales de adquisición de consumo energético, que permite integrar y recopilar diversos datos. Existen diferentes tecnologías de acceso para múltiples terminales de adquisición de consumo energético en diferentes marcas de sistemas de monitorización. La conexión de múltiples terminales de adquisición de consumo energético con un concentrador es fundamental. Dado que existen protocolos específicos para los diferentes sistemas de monitorización, al seleccionar un sistema de monitorización para grandes edificios públicos, es fundamental analizar los sistemas de diferentes marcas, aclarar los protocolos específicos y los métodos de recopilación y conexión de cada una, y asegurar que el sistema de monitorización desarrollado por cada marca satisfaga las necesidades reales de uso de los grandes edificios públicos. Además, es fundamental garantizar que el sistema de software se conecte sin problemas a los diferentes terminales de adquisición de consumo energético.

4.2 Tecnología de desarrollo de software de sistemas

En la aplicación práctica de sistemas de monitorización del consumo energético en edificios públicos a gran escala, es necesario incorporar la tecnología de desarrollo de esta plataforma de software en combinación con la estructura general y las características modulares del sistema. Mediante el uso de Java, JavaScript y otros lenguajes de programación para el diseño de la codificación, el repositorio de datos se conecta a la tecnología de almacenamiento en la nube para garantizar la seguridad y la gran capacidad de almacenamiento de la información sobre el consumo energético. Durante la transmisión y comunicación de datos, se debe seleccionar un estándar de comunicación RS485 estable para garantizar la alta calidad de la información almacenada.

5Introducción al sistema de monitorización del consumo energético de Ankerui

El sistema de monitoreo en línea del consumo de energía Acrel-5000 es un sistema de gestión y análisis energético para el usuario. Basado en el sistema de gestión de energía eléctrica, incorpora la recopilación y el análisis centralizados de la capacidad de agua, gas, carbón, petróleo y calefacción (refrigeración). Al subdividir y contabilizar todo el consumo energético por parte del usuario, muestra el uso y el consumo de diversas energías a los administradores o responsables de la toma de decisiones mediante datos y gráficos intuitivos. Esto facilita la detección de puntos de alto consumo energético o hábitos de consumo excesivos, ahorra energía eficazmente y proporciona datos precisos que respaldan la transformación de los usuarios hacia el ahorro energético o la actualización de sus equipos. Los usuarios pueden realizar auditorías energéticas de acuerdo con la normativa nacional pertinente, analizar la situación actual, detectar problemas, aprovechar el potencial de ahorro energético, proponer medidas prácticas de ahorro y presentar informes de auditoría energética al departamento administrativo de conservación de energía del gobierno popular a nivel de condado o superior.

5.1 Estructura de la plataforma

El sistema de monitoreo en línea del consumo de energía Acrel-5000 utiliza computadoras, equipos de comunicación y unidades de medición y control como herramientas básicas. Adopta uno o más modos de red combinados (bus de campo, red de anillo de fibra óptica o comunicación inalámbrica), según la situación real del sitio. Esto proporciona una plataforma básica para la adquisición de datos en tiempo real, la gestión remota y el control de grandes edificios públicos. Puede formar cualquier sistema de monitoreo complejo con equipos de detección. Es abierto, en red, unificado y configurable, y adopta una estructura inteligente integrada, jerárquica, distribuida y orientada a objetos. Establezca la siguiente jerarquía:

Figura 3 Estructura de la plataforma

5.2 Funciones de la plataforma

(1) El sistema contabiliza el consumo energético de cada clasificación de edificios (electricidad, agua, gas, calefacción central, refrigeración central, etc.) según el año de servicio, y lo convierte automáticamente al consumo estándar de carbón correspondiente, reflejando así el consumo energético total de cada clasificación durante el año en curso. El sistema muestra la proporción del consumo energético de los cuatro subelementos principales del edificio mediante un gráfico circular. El sistema muestra la tendencia de consumo de los distintos tipos de energía mediante curvas y gráficos, lo que facilita al propietario una comprensión intuitiva del consumo energético en tiempo real.

(2) El sistema puede consultar el consumo de energía según la rama de consumo energético clasificado y mostrar el consumo máximo del día y del mes en curso. Compara el consumo del día, el mes y el año en curso con el mismo período de ayer, el mismo período del mes pasado y el mismo período del año pasado. El consumo de energía de las últimas 48 horas, 31 días, 12 meses y 3 años se muestra en una barra. En la esquina superior derecha se muestra la curva de los últimos 15 minutos (el medidor de electricidad muestra la curva de potencia y el medidor de caudal, la curva de caudal).

(3) El sistema selecciona y configura los puntos de medición del consumo energético según la distribución del consumo energético del edificio, de modo que el sistema de monitorización del consumo energético cubra todo el edificio. El usuario del sistema puede acceder al informe estadístico de consumo energético de cada nodo del edificio a través de la interfaz correspondiente para reducir el consumo de energía en funcionamiento, las emisiones, las fugas y los errores de medición.

(4) De acuerdo con las directrices para la recopilación de datos de consumo de energía de los subelementos de los edificios residenciales, el sistema divide el consumo de energía de los edificios en enchufes de iluminación, aires acondicionados, energía eléctrica y energía especial, selecciona y configura dispositivos de medición, divide y realiza estadísticas según áreas de consumo de energía o áreas funcionales, y muestra el consumo de energía del área en forma de declaraciones y gráficos de barras de comparación.

(5) El sistema puede localizar con precisión equipos o áreas con alto consumo de energía, lo que facilita a la administración la formulación de un sistema de evaluación del rendimiento de ahorro energético y promueve la implementación efectiva de medidas de ahorro y reducción del consumo. Se deben crear registros de operación para los equipos clave de alto consumo de energía, registrar los resultados del análisis y la evaluación de la eficiencia energética durante su funcionamiento a largo plazo y, en combinación con los registros de mantenimiento, proporcionar una base para la operación y el mantenimiento de los equipos.

(6) El sistema proporciona una función de gestión jerárquica de la autoridad y una interfaz abierta para el mantenimiento de la información para los usuarios autorizados. Los usuarios pueden añadir, eliminar, modificar y consultar la información de los edificios y los puntos de medición dentro del rango de monitoreo del sistema. La información del edificio incluye el tipo de edificio, la antigüedad de la construcción, la superficie del edificio, el número de personal, etc. El sistema también permite la entrada manual de la información de medición que no se puede recopilar automáticamente, de modo que los usuarios puedan controlar el consumo energético general de los edificios.

5.3 Carga de datos

De acuerdo con los requisitos de la especificación del protocolo de interfaz de la plataforma del sistema, definidos en la especificación técnica del sistema de monitoreo en línea del consumo energético de los principales usuarios de energía, el sistema de monitoreo en línea del consumo energético de ankerui cargará la información básica, la información de los instrumentos de medición, los datos de consumo energético y los datos de eficiencia energética de las empresas consumidoras de energía a la plataforma provincial o nacional. Los datos cargados se cifrarán y transmitirán mediante el protocolo HTTPS. Si la transmisión de datos falla o se agota el tiempo de espera (fallo de red), se retransmitirán hasta que se reciba un mensaje de confirmación.

5.4 Selección de medidores de energía

6 Conclusión

En resumen, el sistema de monitoreo del consumo energético de grandes edificios públicos presenta ciertas ventajas y puede satisfacer las necesidades actuales de desarrollo de ahorro de energía ecológica durante su operación. Por lo tanto, en consonancia con las necesidades de desarrollo de la industria de la construcción china, debemos innovar activamente el sistema de monitoreo del consumo energético y los equipos relacionados de los grandes edificios públicos, mejorar las instalaciones de apoyo pertinentes, analizar dinámica y oportunamente el consumo energético de los grandes edificios públicos, detectar oportunamente los problemas causados ​​por el consumo excesivo e implementar mejoras específicas, implementando así las necesidades de desarrollo de ahorro y reducción del consumo energético en China y el mundo.