大規模公共建築物のエネルギー消費量監視システムの分析と導入

要約：本稿では、大型公共建築物のエネルギー消費監視システムに設置されている設備の具体的な分類とエネルギー消費機器の内訳を詳細に分析し、GPRS / Wi-Fiなどの無線伝送技術を利用して、大型公共建築物のエネルギー消費で検出されたデータ情報を動的に分析し、中国の省エネと消費削減の事業に実際的に貢献し、大型公共建築物のエネルギー消費を監視し、過剰なエネルギー消費が見つかった場合に効果的に最適化して制御します。

キーワード: 監視システム、エネルギー消費装置、制御システム

0.背景

中国建設部は、ビッグデータの統計分析を通じて、2020年末までに全国の建築総面積が400億平方メートルを超え、建物のエネルギー消費量が標準石炭換算で10.9億トンに達すると提案している。建物が建設および使用の過程で直接消費するエネルギーは、社会全体のエネルギー消費量の約30％を占めている。現在、中国の大型公共建築物のエネルギー消費量の測定、伝送、省エネ監視にはいくつかの問題があり、過剰なエネルギー消費管理は、ある程度のエネルギー消費の無駄を招くことになる。大型公共建築物のエネルギー消費量の監視と省エネ管理は、中国における省エネと消費削減の焦点となっている。中国は情報化の監視を行っているものの、データ報告の過程で隠蔽の問題が多く、データ収集の自動化度が低く、管理の情報化度が低いため、エネルギー消費データ統計の難易度を直接的に高めている。正確なエネルギー消費データの収集とエネルギー消費の効果的な動的制御を実現するために、本稿では、大規模な公共建築物のエネルギー消費監視システムを詳細に分析します。

1. 国内外の大規模公共建築物におけるエネルギー消費監視システムの開発

海外に目を向けると、海外のインテリジェントビル技術は比較的成熟しており、エネルギー消費データと情報の監視のインテリジェント化と自動化のレベルも比較的高い。先進国、特に大型公共建築物では、エネルギー消費監視に大きな重点が置かれており、インテリジェントエネルギー消費監視設備は絶えず改良され、エンジニアリングシステムは安定的に稼働している。中国では、インテリジェントビル技術は適用されているものの、体系的なインテリジェントビル統合システムが不足しており、関連する概念やアイデアが形成されておらず、海外との格差は依然として大きい。中国で多くのインテリジェントビルシステムが運用されている間、関連システムの総合的な運用メカニズムの欠如は、半分の労力で2倍の効果を得るという問題につながり、投資が無駄になっている。インテリジェントビル監視システムのリアルタイム性、信頼性、安定性は、世界標準レベルに到達するのが難しい。現在、多くの海外の情報技術企業が、大型公共建築物のエネルギー消費監視システムに対応する体系的な製品を開発している。米ハネウェル、米ジョンソンコントロールズ、独シーメンスなどの企業は、エネルギー消費監視システム製品の研究開発を積極的に推進し、国の大型公共建築物のエネルギー消費監視システムの運用をより安定的かつ効率的にしています。中国のスマートビル開発には未完成な点もありますが、国と企業の共同努力の下、積極的に発展しています。中国の上海元商エネルギー消費測定管理システムとアドバンテックBEMSビルエネルギー管理システムは、いずれも独自の価値を発揮し、中国の大型公共建築物のエネルギー消費監視に広く利用されています。

2 大規模公共建築物のエネルギー消費監視データ収集

2.1 エネルギー消費モニタリングデータ収集

大規模公共建築物のエネルギー消費に関する内部データシステムは複雑であり、エネルギー消費単位も多数存在します。大規模公共建築物のエネルギー消費監視システムの枠組みの中で円滑な業務を遂行するためには、大規模公共建築物のエネルギー消費監視データの内容を統制する必要があります。中国が公布した「国家機関庁舎及び大規模公共建築物に関する具体的な内容」の要求に基づき、大規模公共建築物のエネルギー消費データ情報の監視内容は図1のとおりです。

図1 エネルギー消費モニタリングデータ収集内容

2.2 エネルギー消費監視データ処理

大型公共建築物のエネルギー消費監視プロセスでは、一般的な検査および計測装置の助けを借りてエネルギー消費データ情報を検出し、エネルギー消費計測装置のピーク値と谷値を明確にすることに基づいて、さまざまなデータを監視できます。ワット時計の電力を確認します。データと情報の収集の有効性を確保するために、データと情報の収集を2回連続して実行し、2つのデータと情報の収集の誤差を制御して、電力が道路上のエネルギー消費機器のピーク電力の2倍未満であることを保証します。データ情報収集の正確性を確保した上で、小項目のエネルギー消費データの計算を行い、計測装置の助けを借りて検出を行い、さまざまなエネルギー消費指標の計算方法と組み合わせて測定および検出レベルを確保する必要があります。

3大規模公共建築物向けエネルギー消費監視システムの構築フレームワーク

3.1 システムフレームワーク

本稿で検討する大規模公共建築物のエネルギー消費モニタリングシステムは、「国家機関庁舎及び大規模公共建築物のエネルギー消費モニタリングシステム - ソフトウェア開発指導マニュアル」の要求事項に厳密に準拠して設計されており、我が国の設計基準を効果的に満たしています。大規模公共建築物エネルギー消費モニタリングシステムのフレームワーク構築モデルを図2に示します。その主な目的は、コレクターのフロントエンドデータ情報を取得することです。情報リソース層とデータ層では、大規模公共建築物における一次エネルギー消費データ情報の取得と伝送、および収集されたエネルギー消費データ情報の分類を実現します。アプリケーション層では、データ情報管理、分析表示、情報サービス、バックグラウンド管理の4つのレベルをカバーし、各レベルには多くの用語が網羅されています。大規模公共建築物のエネルギー消費モニタリングにおけるアプリケーション層の機能は、エネルギー消費データ情報の処理、表示、およびデータ情報モニタリングに使用されます。アプリケーション層では、各機能は独立したシステムモジュールとみなすことができます。アプリケーション層モジュールの設計においては、各処理モジュールを比較的独立させることで、各モジュール間の相互干渉を低減し、後続のエネルギー消費データ情報処理を容易にする。パフォーマンス層では、大規模公共建築物のエネルギー消費データ情報を、社会における様々な役割とそれぞれの実際のニーズとを組み合わせて分析する。

図2 大規模公共建築物向けエネルギー消費監視システムの構築フレームワーク

3.2 ソフトウェアアーキテクチャ

大規模な公共建築物のエネルギー消費監視は、一般的にソフトウェアアプリの助けを借りて制御および管理されています。 このホワイト ペーパーで言及されている大規模な公共建築物のエネルギー消費監視システム ソフトウェアには、監視端末、データベース、データ管理システム、データ収集システム、ファイアウォール、通信ネットワーク、コンセントレータ、および建物データ情報取得端末が含まれます。 インテリジェント ビルディング システムによって収集されたエネルギー消費データ情報は、データ コンセントレータに送信され、建物内の電気エネルギー メーター、水道メーター、冷房メーター、ガス メーターなどのエネルギー消費データ情報と動作状態が集中処理されます。 コンセントレータは、データ情報を TCP / IP プロトコル パケットに変換します。 ファイアウォールの動作下で、通信ネットワークはデータ情報処理モジュールの動作を促進し、関連するエネルギー消費データ情報をデータベースに送信します。 データ収集システムは、コンセントレータ内の建物端末通信プロトコルを管理し、データ通信のエラーを定期的にチェックします。データ損失や異常作業など、多くの内容について関連データ処理を行い、データベース内の関連データ情報を効果的に取得し、システムで設定されたエネルギー消費監視指標と組み合わせて、建物内のエネルギー消費量を動的に監視、評価、分析、保存、表示します。監視端末は、一般的にデータベースから関連データを取得し、評価結果を取得して総合的な分析と制御を行います。監視端末は、データベース、データ収集システム、通信ネットワーク、ファイアウォール、コンセントレータなどと組み合わせて制御指示を分析し、建物のデータ収集端末のデータ情報状態を制御します。

4大規模公共建築物のエネルギー消費監視システムの主要技術。

4.1 複数のエネルギー消費量取得端末アクセス技術

大規模公共建築物のエネルギー消費監視システムにおいて、鍵となる技術の一つは、多様なエネルギー消費取得端末へのアクセス技術であり、公共建築物の多様なエネルギー消費量を統合・収集します。各ブランドのエネルギー消費監視システムには、複数のエネルギー消費取得端末のアクセス技術が異なります。複数のエネルギー消費取得端末を1台のコンセントレータに接続する方法は非常に重要です。異なるエネルギー消費監視システムにはそれぞれ専用のプロトコルがあるため、大規模公共建築物のエネルギー消費監視システムを選択する際には、各ブランドのシステムを分析し、各ブランドの専用のプロトコルとエネルギー消費量収集・接続方式を明確にし、各ブランドが開発したエネルギー消費監視システムが大規模公共建築物の実際の使用ニーズを満たし、ソフトウェアシステムがさまざまなエネルギー消費取得端末にスムーズに接続できることを保証する必要があります。

4.2 システムソフトウェア開発技術

大規模公共建築物のエネルギー消費モニタリングシステムの実際の適用においては、このソフトウェアプラットフォームの開発技術を、システム全体のフレームワークとモジュール階層化特性と組み合わせる必要があります。Java、JavaScriptなどのプログラミング言語を用いてプログラムコーディングを設計し、データリポジトリをクラウドストレージ技術に接続することで、エネルギー消費データ情報のセキュリティと大容量の保存を確保します。データ情報の伝送および通信においては、保存されたデータ情報の高品質な運用を確保するために、安定したRS485データ通信規格を選択する必要があります。

5アンカールイエネルギー消費監視システムの紹介

Acrel-5000エネルギー消費オンライン監視システムは、ユーザー側のエネルギー管理・分析システムです。電気エネルギー管理システムをベースに、水、ガス、石炭、石油、熱（冷却）容量の集中収集・分析機能を搭載しています。ユーザー側であらゆるエネルギー消費量を細分化・集計し、管理者や意思決定者に直感的なデータとグラフで各種エネルギーの使用状況と消費量を示します。これにより、エネルギー消費量が多い箇所や無理なエネルギー消費習慣を見つけやすくなり、効果的にエネルギーを節約できます。また、ユーザーのさらなる省エネ改造や設備アップグレードに正確なデータサポートを提供します。ユーザーは、国家関連法規に基づいてエネルギー監査を実施し、現状分析、問題点の発見、省エネポテンシャルの発掘、実用的な省エネ対策の提案を行い、県級以上の人民政府省エネ行政部門にエネルギー監査報告書を提出することができます。

5.1 プラットフォーム構造

Acrel-5000エネルギー消費オンライン監視システムは、コンピュータ、通信機器、計測制御ユニットを基本ツールとし、現場の実情に応じて、フィールドバス、光ファイバーリングネットワーク、無線通信のいずれか、または複数の複合ネットワークモードを採用しています。これにより、大規模な公共建築物のリアルタイムデータ収集、遠隔管理、制御のための基本プラットフォームを提供し、検出機器と組み合わせることで、あらゆる複雑な監視システムを構築できます。オープンでネットワーク化され、ユニット化され、構成可能なシステムであり、オブジェクト指向の階層型、階層型、分散型インテリジェント統合構造を採用しています。以下の階層構造を構築します。

図3 プラットフォーム構造

5.2 プラットフォーム機能

（1）システムは、電気、水道、ガス、セントラルヒーティング、セントラル冷房などの各建物のエネルギー消費量を運用年度に応じて集計し、対応する標準石炭消費量に自動的に換算することで、各建物の当年度のエネルギー消費量と総合エネルギー消費量を反映します。システムは、建物の4つの主要な電力サブ項目のエネルギー消費量の割合を円グラフで表示します。システムは、各エネルギー消費量の消費傾向を曲線とグラフで示し、所有者がエネルギー消費量をリアルタイムで直感的に把握するのに便利です。

（2）システムは、分類されたエネルギー消費量の枝名に基づいてエネルギー消費量を照会し、当日と当月のピークエネルギー消費量を表示することができます。当日、当月、当年、昨日の同時期、先月の同時期、昨年の同時期のエネルギー消費量の比較を示します。過去48時間、31日間、12ヶ月、3年間のエネルギー消費量はバーで表示されます。右上には過去15分間の曲線が表示されます（電力計は電力曲線、流量計は流量曲線を示します）。

（3）建物のエネルギー消費分布に基づいてエネルギー消費測定ポイントを選択・設定することで、エネルギー消費監視システムが建物全体をカバーします。システムユーザーは、関連インターフェースを介して建物内の各エネルギー消費ノードのエネルギー消費統計レポートにアクセスできるため、「流れ、放出、滴り、漏れ」やエネルギー消費の測定誤差を低減できます。

（4）住宅エネルギー消費量細目データ収集ガイドラインに基づき、住宅の電力消費量を照明ソケット、エアコン、動力、特殊動力などに分類し、計測機器を選択・設定し、エネルギー消費エリアや機能エリアごとに区分・統計し、当該エリアのエネルギー消費量を明細書と比較棒グラフの形式で表示する。

（5）本システムは、エネルギー消費量の多い設備やエリアを正確に特定できるため、管理者は省エネ性能評価システムを策定し、省エネ・消費削減の効果的な実施を促進することができます。主要なエネルギー消費設備の運転記録ファイルを作成し、設備の運転中のエネルギー効率分析・評価結果を長期にわたって追跡・記録し、設備の保守記録と併せて設備の運転・保守の基礎を提供します。

（6）システムは階層的な権限管理機能を提供し、権限を持つユーザーに対してオープンな情報メンテナンスインターフェースを提供します。ユーザーは、システムの監視範囲内にある建物や測定点の情報を追加、削除、変更、照会することができます。建物情報には、建物の種類、築年数、面積、従業員数などが含まれます。また、自動収集できない測定情報については、手動入力機能も提供しており、ユーザーは建物全体のエネルギー消費量を把握することができます。

5.3 データのアップロード

アンカールイエネルギー消費オンライン監視システムは、重点エネルギー使用者エネルギー消費オンライン監視システム技術仕様書に規定されたシステムプラットフォームインターフェースプロトコル仕様の要件に基づき、エネルギー消費企業の基本情報、計測機器情報、エネルギー消費データ、エネルギー効率データを省レベルまたは国家レベルのプラットフォームにアップロードし、アップロードされたデータは暗号化され、HTTPSプロトコルを介して送信されます。データ送信が失敗またはタイムアウト（ネットワーク障害）になった場合、正常なフィードバックメッセージを受信するまでデータを再送信します。

5.4 エネルギーメータの選択

6 結論

一言で言えば、大型公共建築物のエネルギー消費監視システムは一定の優位性を有し、運用の過程で現在の社会のグリーン省エネ発展ニーズを満たすことができます。したがって、中国の建設業界の現在の発展ニーズと結びつき、大型公共建築物のエネルギー消費監視システムと関連設備の革新を積極的に推進し、エネルギー消費監視システムの関連支援施設を整備し、大型公共建築物のエネルギー消費を動的かつタイムリーに分析し、過剰なエネルギー消費によって引き起こされる問題をタイムリーに発見し、的を絞った改善を行い、中国と世界の省エネと消費削減の発展ニーズを真に実現する必要があります。