Analyse et mise en place d'un système de suivi de la consommation énergétique des grands bâtiments publics

Résumé : dans cet article, la classification spécifique et les dispositifs de consommation d'énergie détaillés des équipements installés dans le système de surveillance de la consommation d'énergie des grands bâtiments publics seront analysés en détail, et les informations de données détectées par la consommation d'énergie des grands bâtiments publics seront analysées dynamiquement à l'aide du GPRS / Wi-Fi et d'autres technologies de transmission sans fil, afin d'apporter une contribution pratique à la cause de la conservation de l'énergie et de la réduction de la consommation en Chine, de surveiller la consommation d'énergie des grands bâtiments publics et d'optimiser et de contrôler efficacement si une consommation d'énergie excessive est constatée.

Mots clés : système de surveillance ; dispositif de consommation d'énergie ; système de contrôle

0.Contexte

Le ministère chinois de la Construction a estimé, grâce à l'analyse statistique des mégadonnées, que d'ici fin 2020, la surface totale de construction du pays dépasserait les 40 milliards de mètres carrés et que la consommation énergétique des bâtiments atteindrait 1,09 milliard de tonnes de charbon standard. L'énergie directement consommée par les bâtiments, tant pendant leur construction que pendant leur exploitation, représente environ 30 % de la consommation énergétique totale de la société. Actuellement, la mesure, la transmission et le suivi de la consommation énergétique des grands bâtiments publics chinois posent problème. Une gestion poussée de la consommation énergétique entraînera, dans une certaine mesure, un important gaspillage d'énergie. Le suivi et la gestion de la consommation énergétique des grands bâtiments publics sont devenus la priorité des économies d'énergie et de la réduction de la consommation en Chine. Malgré la supervision de l'informatisation, de nombreux problèmes de dissimulation persistent dans le processus de reporting des données, ce qui complique directement la collecte des données statistiques sur la consommation énergétique en raison du faible degré d'automatisation de la collecte et du faible niveau d'informatisation de la gestion. Afin de parvenir à une collecte précise des données de consommation d'énergie et à un contrôle dynamique efficace de la consommation d'énergie, cet article analysera en détail le système de surveillance de la consommation d'énergie des grands bâtiments publics.

1. Développement d'un système de surveillance de la consommation énergétique pour les grands bâtiments publics nationaux et internationaux

À l'étranger, les technologies de construction intelligente sont relativement matures, et le niveau de surveillance intelligente et automatisée des données et informations de consommation énergétique est également relativement élevé. Dans les pays développés, notamment pour les grands bâtiments publics, une attention particulière est portée à la surveillance de la consommation énergétique. Les équipements intelligents de surveillance de la consommation énergétique sont constamment améliorés et le système d'ingénierie fonctionne de manière stable. En Chine, malgré l'application de ces technologies, il manque un système d'intégration systématique, les concepts et idées pertinents n'ont pas encore été formulés et un écart important subsiste avec les pays étrangers. L'absence de mécanisme d'exploitation global pour de nombreux systèmes de construction intelligente en Chine peut entraîner un doublement des résultats avec la moitié des efforts nécessaires, ce qui entraîne un gaspillage d'investissement. La fiabilité et la stabilité en temps réel des systèmes de surveillance intelligente des bâtiments peinent à atteindre les normes internationales. Actuellement, de nombreuses entreprises informatiques étrangères ont développé des produits systématiques adaptés au système de surveillance de la consommation énergétique des grands bâtiments publics. Les entreprises américaines Honeywell, Johnson Controls et Siemens, entre autres, ont activement mené des recherches et développements sur les systèmes de surveillance de la consommation énergétique, afin d'améliorer la stabilité et l'efficacité du système de surveillance de la consommation énergétique des grands bâtiments publics nationaux. Malgré des imperfections dans le développement des bâtiments intelligents en Chine, ceux-ci progressent activement grâce aux efforts conjoints de l'État et des entreprises. Le système de mesure et de gestion de la consommation énergétique Shanghai Yuanshang et le système de gestion de l'énergie des bâtiments Advantech BEMS démontrent tous leur valeur ajoutée et sont largement utilisés dans la surveillance de la consommation énergétique des grands bâtiments publics en Chine.

2 Collecte de données de suivi de la consommation énergétique des grands bâtiments publics

2.1 Collecte de données de suivi de la consommation d'énergie

Le système interne de données sur la consommation énergétique des grands bâtiments publics est complexe et comporte de nombreuses unités consommatrices. Pour assurer un suivi efficace de la consommation énergétique des grands bâtiments publics, il est nécessaire de contrôler le contenu des données de suivi. Conformément aux exigences spécifiques des bâtiments administratifs et des grands bâtiments publics en Chine, le contenu des données de suivi de la consommation énergétique des grands bâtiments publics est présenté à la figure 1.

Figure 1 Contenu de la collecte des données de surveillance de la consommation d'énergie

2.2 Traitement des données de suivi de la consommation d'énergie

Lors du suivi de la consommation énergétique des grands bâtiments publics, les données de consommation peuvent être collectées à l'aide d'appareils de contrôle et de mesure généraux. Diverses données peuvent être surveillées grâce à la détermination des valeurs de pointe et de creux des appareils de mesure. La puissance du wattheuremètre est vérifiée. Afin de garantir l'efficacité de la collecte des données et des informations, celle-ci peut être effectuée deux fois de suite et les erreurs peuvent être contrôlées afin de garantir que la puissance est inférieure à deux fois la puissance de pointe des équipements consommateurs d'énergie en circulation. Afin de garantir l'exactitude de la collecte des données, il est également nécessaire de calculer les données de consommation énergétique par sous-ensemble, d'effectuer la détection à l'aide d'appareils de mesure et de garantir le niveau de mesure et de détection en combinaison avec la méthode de calcul des différents indicateurs de consommation énergétique.

3Cadre de construction d'un système de suivi de la consommation énergétique des grands bâtiments publics

3.1 Cadre du système

Le système de suivi de la consommation énergétique des grands bâtiments publics étudié dans cet article est conçu en étroite conformité avec les exigences du « Manuel d'orientation pour le développement logiciel des systèmes de suivi de la consommation énergétique des bâtiments administratifs et des grands bâtiments publics », et répond ainsi efficacement aux normes de conception en vigueur dans notre pays. Le mode de construction du système de suivi de la consommation énergétique des grands bâtiments publics est illustré à la figure 2. Son objectif principal est d'obtenir les données de première main du collecteur. La couche ressources et données vise à acquérir et transmettre des données de première main sur la consommation énergétique des grands bâtiments publics, et à classer les données collectées. La couche application couvre quatre niveaux : gestion des données et des informations, analyse et affichage, service d'information et gestion des antécédents. De nombreux termes sont traités à différents niveaux. La couche application du suivi de la consommation énergétique des grands bâtiments publics assure le traitement, l'affichage et le suivi des données de consommation énergétique. Au niveau application, chaque fonction peut être considérée comme un module système indépendant. Lors de la conception du module de la couche applicative, chaque module de traitement doit être relativement indépendant afin de réduire les interférences mutuelles et de faciliter le traitement ultérieur des données de consommation énergétique. La couche performance consiste à analyser les données de consommation énergétique des grands bâtiments publics pour différents rôles sociaux, en tenant compte de leurs besoins réels.

Figure 2 Cadre de construction du système de surveillance de la consommation énergétique des grands bâtiments publics

3.2 Architecture logicielle

Le suivi de la consommation énergétique des grands bâtiments publics est généralement contrôlé et géré à l'aide d'applications logicielles. Le logiciel de suivi de la consommation énergétique des grands bâtiments publics mentionné dans cet article comprend un terminal de surveillance, une base de données, un système de gestion des données, un système d'acquisition de données, un pare-feu, un réseau de communication, un concentrateur et un terminal d'acquisition de données du bâtiment. Les données de consommation énergétique collectées par le système de bâtiment intelligent sont transmises au concentrateur de données pour un traitement centralisé des données de consommation énergétique et de l'état de fonctionnement des compteurs d'énergie, d'eau, de climatisation et de gaz du bâtiment. Le concentrateur convertit les données en paquets TCP/IP. Sous l'action du pare-feu, le réseau de communication active le module de traitement des données et transmet les données de consommation énergétique pertinentes à la base de données. Le système d'acquisition de données gère le protocole de communication du terminal du bâtiment au sein du concentrateur et vérifie régulièrement les erreurs de communication. Il effectue le traitement des données pertinentes pour de nombreux aspects, tels que les pertes de données et les anomalies de fonctionnement, obtient efficacement les informations pertinentes dans la base de données et surveille, évalue, analyse, stocke et affiche dynamiquement la consommation énergétique du bâtiment en fonction des indicateurs de suivi de la consommation énergétique définis par le système. Le terminal de surveillance récupère généralement les données pertinentes de la base de données et les résultats d'évaluation pour une analyse et un contrôle complets. Il analyse les instructions de contrôle en collaboration avec la base de données, le système d'acquisition de données, le réseau de communication, le pare-feu, le concentrateur, etc., afin de contrôler l'état des données du terminal d'acquisition du bâtiment.

4 technologies clés du système de surveillance de la consommation énergétique des grands bâtiments publics.

4.1 Technologies d'accès aux terminaux d'acquisition de consommation d'énergie multiples

Dans les systèmes de surveillance de la consommation énergétique des grands bâtiments publics, l'une des technologies clés est l'accès à divers terminaux d'acquisition de la consommation énergétique, permettant d'intégrer et de collecter les données de consommation énergétique des bâtiments. Différentes marques de systèmes de surveillance de la consommation énergétique utilisent différentes technologies d'accès à plusieurs terminaux d'acquisition de la consommation énergétique. La connexion de plusieurs terminaux d'acquisition de la consommation énergétique à un concentrateur est cruciale. Étant donné l'existence de protocoles privés pour chaque système de surveillance de la consommation énergétique, lors du choix d'un système de surveillance de la consommation énergétique pour les grands bâtiments publics, il est essentiel d'analyser les systèmes des différentes marques, de clarifier les protocoles privés, les modes de collecte et de connexion de chaque marque, et de s'assurer que le système de surveillance de la consommation énergétique développé par chaque marque répond aux besoins réels des bâtiments publics. Il est également essentiel de garantir la compatibilité du logiciel avec les différents terminaux d'acquisition de la consommation énergétique.

4.2 Technologie de développement de logiciels système

Dans l'application concrète d'un système de surveillance de la consommation énergétique des bâtiments publics à grande échelle, il est nécessaire d'intégrer la technologie de développement de cette plateforme logicielle, en conjonction avec le cadre général et les caractéristiques modulaires du système. Grâce à Java, JavaScript et d'autres langages de programmation pour la conception du code, le référentiel de données est connecté au stockage cloud afin de garantir la sécurité et la grande capacité de stockage des données de consommation énergétique. Lors de la transmission et de la communication des données, une norme de communication RS485 stable doit être sélectionnée pour garantir la qualité des données stockées.

5Introduction au système de surveillance de la consommation d'énergie Ankerui

Le système de surveillance en ligne de la consommation énergétique Acrel-5000 est un système de gestion et d'analyse de l'énergie, accessible à l'utilisateur. Basé sur le système de gestion de l'énergie électrique, il centralise la collecte et l'analyse des données relatives à l'eau, au gaz, au charbon, au fioul et à la capacité de chauffage (refroidissement). En subdivisant et en comptabilisant l'ensemble de la consommation énergétique côté utilisateur, il présente aux gestionnaires et aux décideurs l'utilisation et la consommation des différentes énergies grâce à des données et des graphiques intuitifs. Il permet d'identifier facilement les points de surconsommation ou les habitudes de consommation déraisonnables, d'économiser efficacement l'énergie et de fournir des données précises pour les aider à poursuivre leurs efforts d'économie d'énergie ou à moderniser leurs équipements. Les utilisateurs peuvent réaliser des audits énergétiques conformément à la réglementation nationale en vigueur, analyser la situation actuelle, identifier les problèmes, exploiter le potentiel d'économies d'énergie, proposer des mesures concrètes d'économie d'énergie et soumettre les rapports d'audit au service administratif de la conservation de l'énergie du gouvernement populaire, au niveau du comté ou au-delà.

5.1 Structure de la plateforme

Le système de surveillance en ligne de la consommation énergétique Acrel-5000 utilise des ordinateurs, des équipements de communication et des unités de mesure et de contrôle comme outils de base. Il adopte un ou plusieurs modes de mise en réseau combinés (bus de terrain, réseau en anneau à fibre optique ou communication sans fil) selon la situation réelle du site. Il fournit une plateforme de base pour l'acquisition de données en temps réel, la gestion et le contrôle à distance des grands bâtiments publics. Il peut constituer tout système de surveillance complexe avec équipement de détection. Ouvert, en réseau, unifié et configurable, il adopte une structure intégrée intelligente orientée objet, hiérarchique et distribuée. Établir la hiérarchie suivante :

Figure 3 structure de la plate-forme

5.2 Fonctions de la plateforme

(1) Le système peut comptabiliser la consommation énergétique de chaque catégorie de bâtiments (électricité, eau, gaz, chauffage central, climatisation, etc.) par année d'exploitation, et la convertir automatiquement en consommation standard de charbon correspondante, afin de refléter la consommation énergétique globale de chaque catégorie de bâtiments pour l'année en cours. Le système affiche la proportion de la consommation énergétique des quatre principaux sous-ensembles énergétiques du bâtiment sous forme de diagramme circulaire. Il présente l'évolution de la consommation énergétique des différents types de bâtiments à l'aide de courbes et de graphiques, ce qui permet au propriétaire de visualiser sa consommation énergétique en temps réel et de manière intuitive.

(2) Le système permet d'interroger la consommation d'énergie selon le nom de la branche de consommation et d'afficher les pics de consommation du jour et du mois en cours. Il compare la consommation du jour, du mois et de l'année en cours à la même période d'hier, du mois et de l'année précédents. La consommation d'énergie des 48 dernières heures, 31 derniers jours, 12 derniers mois et 3 dernières années est affichée dans une barre. Le coin supérieur droit affiche la courbe des 15 dernières minutes (le compteur électrique affiche la courbe de puissance et le débitmètre, la courbe de débit).

(3) Le système sélectionne et définit les points de mesure de la consommation énergétique en fonction de la répartition de la consommation énergétique du bâtiment, permettant ainsi au système de surveillance de la consommation énergétique de couvrir l'ensemble du bâtiment. L'utilisateur peut accéder aux statistiques de consommation énergétique de chaque nœud du bâtiment via l'interface correspondante, afin de réduire les erreurs de mesure liées au fonctionnement, aux émissions, aux fuites et aux égouttements.

(4) Conformément aux directives relatives à la collecte de données sur la consommation d'énergie des sous-éléments des bâtiments résidentiels, le système divise la consommation d'énergie des bâtiments en prises d'éclairage, climatiseurs, électricité et énergie spéciale, sélectionne et règle les appareils de mesure, divise et établit des statistiques en fonction des zones de consommation d'énergie ou des zones fonctionnelles, et affiche la consommation d'énergie de la zone sous forme d'états et de graphiques à barres de comparaison.

(5) Le système permet de localiser avec précision les équipements ou les zones à forte consommation énergétique, facilitant ainsi la mise en place d'un système d'évaluation des performances énergétiques et favorisant la mise en œuvre efficace des mesures d'économie d'énergie et de réduction de la consommation. Il permet également d'établir des registres d'exploitation pour les équipements les plus énergivores, de suivre et d'enregistrer les résultats de l'analyse et de l'évaluation de l'efficacité énergétique pendant leur fonctionnement sur une longue période, et de fournir une base pour l'exploitation et la maintenance des équipements, en complément des registres de maintenance.

(6) Le système offre une gestion hiérarchique des autorités et une interface de maintenance des informations ouverte pour les utilisateurs autorisés. Les utilisateurs peuvent ajouter, supprimer, modifier et interroger les informations relatives aux bâtiments et aux points de mesure dans la zone de surveillance du système. Les informations sur les bâtiments comprennent le type de bâtiment, l'âge de construction, la superficie du bâtiment, le nombre d'employés, etc. Le système offre également une fonction de saisie manuelle des informations de mesure qui ne peuvent être collectées automatiquement, afin de maîtriser la consommation énergétique globale des bâtiments.

5.3 Téléchargement de données

Conformément aux exigences du protocole d'interface de la plateforme système défini dans les spécifications techniques du système de surveillance en ligne de la consommation énergétique des principaux consommateurs d'énergie, le système de surveillance en ligne d'Ankerui téléchargera les informations de base, les informations des instruments de mesure, les données de consommation énergétique et les données d'efficacité énergétique des entreprises consommatrices d'énergie sur la plateforme provinciale ou nationale. Les données téléchargées seront cryptées et transmises via le protocole HTTPS. En cas d'échec ou d'expiration de la transmission (panne réseau), les données seront retransmises jusqu'à réception d'un message de confirmation.

5.4 Sélection des compteurs d'énergie

6 Conclusion

En résumé, le système de suivi de la consommation énergétique des grands bâtiments publics présente des avantages certains et peut répondre aux besoins actuels de développement social en matière d'économie d'énergie verte. Par conséquent, compte tenu des besoins actuels du secteur chinois de la construction, nous devons activement innover dans le système de suivi de la consommation énergétique des grands bâtiments publics et les équipements associés, améliorer les installations connexes, analyser dynamiquement et rapidement la consommation énergétique des grands bâtiments publics, identifier rapidement les problèmes causés par une consommation excessive et apporter des améliorations ciblées, afin de véritablement répondre aux besoins de développement en matière d'économie d'énergie et de réduction de la consommation en Chine et dans le monde.