Análise e introdução de sistema de monitoramento de consumo de energia para grandes edifícios públicos

Resumo: neste artigo, a classificação específica e os dispositivos de consumo de energia itemizados dos equipamentos instalados no sistema de monitoramento de consumo de energia de grandes edifícios públicos serão analisados ​​em detalhes, e as informações de dados detectadas pelo consumo de energia de grandes edifícios públicos serão analisadas dinamicamente com a ajuda de GPRS/Wi-Fi e outras tecnologias de transmissão sem fio, de modo a fazer uma contribuição prática para a causa da conservação de energia e redução do consumo na China. Monitorar o consumo de energia de grandes edifícios públicos e otimizar e controlar efetivamente se for encontrado consumo excessivo de energia.

Palavras-chave: sistema de monitoramento; dispositivo de consumo de energia; sistema de controle

0.Antecedentes

O Ministério da Construção da China propôs que, por meio da análise estatística de big data, até o final de 2020, a área total construída do país ultrapasse 40 bilhões de metros quadrados, e o consumo de energia em edifícios atingirá 1,09 bilhão de toneladas de carvão padrão. A energia consumida diretamente pelos edifícios durante o processo de construção e uso representa cerca de 30% do consumo total de energia de toda a sociedade. Atualmente, existem alguns problemas na medição, transmissão e supervisão da economia de energia do consumo de energia de grandes edifícios públicos na China. A gestão extensiva do consumo de energia causará, até certo ponto, muito desperdício de energia. O monitoramento do consumo de energia e a gestão da economia de energia de grandes edifícios públicos tornaram-se o foco da conservação e redução do consumo de energia na China. Embora a China tenha realizado a supervisão da informatização, existem muitos problemas de ocultação no processo de reporte de dados, o que aumenta diretamente a dificuldade das estatísticas de dados de consumo de energia devido ao baixo grau de automação da coleta de dados e ao baixo grau de informatização da gestão. Para obter uma coleta precisa de dados de consumo de energia e um controle dinâmico eficaz do consumo de energia, este artigo analisará detalhadamente o sistema de monitoramento do consumo de energia de grandes edifícios públicos.

1. Desenvolvimento de sistema de monitoramento de consumo de energia para grandes edifícios públicos no país e no exterior

Olhando para o exterior, a tecnologia estrangeira de construção inteligente tem se mostrado relativamente madura, e o nível inteligente e automático de monitoramento de dados e informações sobre o consumo de energia também é relativamente alto. Nos países desenvolvidos, especialmente em grandes edifícios públicos, grande atenção é dada ao monitoramento do consumo de energia, os equipamentos inteligentes de monitoramento do consumo de energia são constantemente aprimorados e o sistema de engenharia opera de forma estável. Na China, embora a tecnologia de construção inteligente tenha sido aplicada, falta um sistema sistemático de integração de edifícios inteligentes, conceitos e ideias relevantes não foram formados e ainda há uma grande lacuna em relação aos países estrangeiros. Durante a operação de muitos sistemas de construção inteligente na China, a falta de um mecanismo geral de operação dos sistemas relevantes levará ao problema de resultados dobrados com metade do esforço, resultando em desperdício de investimento. A confiabilidade, a estabilidade e a confiabilidade em tempo real dos sistemas de monitoramento de edifícios inteligentes são difíceis de atingir o nível de padrão mundial. Atualmente, muitas empresas estrangeiras de tecnologia da informação desenvolveram produtos sistemáticos correspondentes para o sistema de monitoramento do consumo de energia de grandes edifícios públicos. A Honeywell americana, a Johnson Controls americana, a Siemens alemã e outras empresas têm pesquisado e desenvolvido ativamente produtos para sistemas de monitoramento do consumo de energia, a fim de promover a operação de sistemas de monitoramento do consumo de energia em grandes edifícios públicos nacionais, tornando-os mais estáveis ​​e eficientes. Embora existam imperfeições no desenvolvimento de edifícios inteligentes na China, eles estão se desenvolvendo ativamente graças aos esforços conjuntos do Estado e de empresas. O sistema chinês de medição e gerenciamento do consumo de energia Shanghai Yuanshang e o sistema de gerenciamento de energia predial Advantech BEMS demonstram seu valor único e são amplamente utilizados no monitoramento do consumo de energia em grandes edifícios públicos na China.

2 Coleta de dados de monitoramento de consumo de energia de grandes edifícios públicos

2.1 Coleta de dados de monitoramento do consumo de energia

O sistema interno de dados de consumo de energia de grandes edifícios públicos é complexo e possui muitas unidades consumidoras de energia. Para um bom desempenho no âmbito do sistema de monitoramento do consumo de energia de grandes edifícios públicos, é necessário controlar o conteúdo dos dados de monitoramento do consumo de energia desses edifícios. De acordo com os requisitos de conteúdo específico para edifícios de escritórios de órgãos estatais e grandes edifícios públicos emitidos pela China, o conteúdo do monitoramento das informações de consumo de energia de grandes edifícios públicos é mostrado na Figura 1.

Figura 1 Conteúdo da coleta de dados de monitoramento do consumo de energia

2.2 Processamento de dados de monitoramento do consumo de energia

No processo de monitoramento do consumo de energia de grandes edifícios públicos, as informações de dados de consumo de energia podem ser detectadas com a ajuda de dispositivos gerais de inspeção e medição, e vários dados podem ser monitorados com base no esclarecimento dos valores de pico e vale dos dispositivos de medição de consumo de energia. Verifique a potência no medidor de watt-hora. Para garantir a eficácia da coleta de dados e informações, a coleta de dados e informações pode ser realizada duas vezes consecutivas, e os erros das duas coletas de dados e informações podem ser controlados para garantir que a potência seja menor que o dobro da potência de pico do equipamento consumidor de energia na estrada. Com base na garantia da precisão da coleta de informações de dados, também é necessário realizar o cálculo dos dados de consumo de energia do subitem, realizar a detecção com a ajuda de dispositivos de medição e garantir o nível de medição e detecção em combinação com o método de cálculo de vários indicadores de consumo de energia.

3Estrutura de construção do sistema de monitoramento do consumo de energia para grandes edifícios públicos

3.1 Estrutura do sistema

O sistema de monitoramento do consumo de energia de grandes edifícios públicos estudado neste artigo foi projetado em estrita conformidade com os requisitos do "Sistema de monitoramento do consumo de energia de edifícios de escritórios de órgãos estatais e edifícios públicos de grande porte - Manual de orientação para desenvolvimento de software", atendendo efetivamente aos padrões de projeto especificados em nosso país. O modo de construção da estrutura do sistema de monitoramento do consumo de energia para grandes edifícios públicos é mostrado na Figura 2. Seu principal objetivo é obter as informações de dados front-end do coletor. Para a camada de recursos de informação e dados, o objetivo é obter e transmitir informações de dados de consumo de energia em primeira mão em grandes edifícios públicos e classificar as informações de consumo de energia coletadas. Para a camada de aplicação, abrange quatro níveis: gerenciamento de dados e informações, análise e exibição, serviço de informações e gerenciamento em segundo plano. Muitas palavras são abordadas em diferentes níveis. A função da camada de aplicação no monitoramento do consumo de energia de grandes edifícios públicos é usada para processamento, exibição e monitoramento de informações de dados de consumo de energia. Na camada de aplicação, cada função pode ser considerada um módulo de sistema independente. Ao projetar o módulo da camada de aplicação, cada módulo de processamento deve ser relativamente independente para reduzir a interferência mútua entre si e preparar o caminho para o processamento subsequente das informações de dados de consumo de energia. Para a camada de desempenho, o objetivo é analisar as informações de dados de consumo de energia de edifícios públicos de grande porte para diferentes funções na sociedade, em combinação com suas próprias necessidades reais.

Figura 2 Estrutura de construção do sistema de monitoramento de consumo de energia para grandes edifícios públicos

3.2 Arquitetura de software

O monitoramento do consumo de energia de grandes edifícios públicos é geralmente controlado e gerenciado com a ajuda de um aplicativo de software. O software do sistema de monitoramento do consumo de energia de grandes edifícios públicos mencionado neste artigo abrange terminal de monitoramento, banco de dados, sistema de gerenciamento de dados, sistema de aquisição de dados, firewall, rede de comunicação, concentrador e terminal de aquisição de informações de dados do edifício. As informações de consumo de energia coletadas pelo sistema do edifício inteligente serão transmitidas ao concentrador de dados para processamento centralizado das informações de consumo de energia e status de operação, como medidores de energia elétrica, hidrômetros, medidores de refrigeração e medidores de gás no edifício. O concentrador converterá as informações de dados em pacotes de protocolo TCP/IP. Sob a ação do firewall, a rede de comunicação promoverá a operação do módulo de processamento de informações de dados e transmitirá as informações relevantes de consumo de energia para o banco de dados. O sistema de aquisição de dados gerencia o protocolo de comunicação do terminal do edifício no concentrador e verifica regularmente os erros na comunicação de dados. Realiza o processamento de dados relevantes para diversos conteúdos, como perda de dados e trabalho anormal, obtém efetivamente as informações de dados relevantes no banco de dados e monitora, avalia, analisa, armazena e exibe dinamicamente o consumo de energia do edifício em combinação com os indicadores de monitoramento de consumo de energia definidos pelo sistema. O terminal de monitoramento geralmente obtém dados relevantes do banco de dados e obtém os resultados da avaliação para análise e controle abrangentes. O terminal de monitoramento analisa as instruções de controle em conjunto com o banco de dados, sistema de aquisição de dados, rede de comunicação, firewall, concentrador, etc., para controlar o status das informações de dados do terminal de aquisição do edifício.

4Tecnologias-chave do sistema de monitoramento de consumo de energia para grandes edifícios públicos.

4.1 Tecnologias de acesso a terminais de aquisição de consumo de energia múltipla

No sistema de monitoramento de consumo de energia de grandes edifícios públicos, uma das principais tecnologias é a variedade de tecnologias de acesso a terminais de aquisição de consumo de energia, de modo a integrar e coletar uma variedade de consumos de energia em edifícios públicos. Existem diferentes tecnologias de acesso para múltiplos terminais de aquisição de consumo de energia em diferentes marcas de sistemas de monitoramento de consumo de energia. Como conectar múltiplos terminais de aquisição de consumo de energia a um concentrador é muito importante. Como existem protocolos privados para diferentes sistemas de monitoramento de consumo de energia, ao selecionar o sistema de monitoramento de consumo de energia de grandes edifícios públicos, devemos analisar os sistemas de diferentes marcas, esclarecer os protocolos privados e os modos de coleta e conexão do consumo de energia de cada marca, e garantir que o sistema de monitoramento de consumo de energia desenvolvido por diferentes marcas possa atender às necessidades reais de uso de grandes edifícios públicos. Garantir que o sistema de software possa ser conectado sem problemas a diferentes terminais de aquisição de consumo de energia.

4.2 Tecnologia de desenvolvimento de software de sistema

Na aplicação prática de sistemas de monitoramento do consumo de energia em edifícios públicos de grande porte, é necessário implementar a tecnologia de desenvolvimento desta plataforma de software, em conjunto com a estrutura geral e as características modulares do sistema. Utilizando Java, JavaScript e outras linguagens de programação para o design da codificação do programa, o repositório de dados é conectado à tecnologia de armazenamento em nuvem para garantir a segurança e a alta capacidade de armazenamento das informações de dados de consumo de energia. Durante a transmissão e comunicação de dados, deve-se escolher um padrão de comunicação de dados RS485 estável para garantir a operação de alta qualidade das informações de dados armazenadas.

5Introdução ao sistema de monitoramento de consumo de energia ankerui

O sistema de monitoramento online de consumo de energia Acrel-5000 é um sistema de gerenciamento e análise de energia do lado do usuário. Baseado no sistema de gerenciamento de energia elétrica, ele adiciona coleta e análise centralizadas da capacidade de água, gás, carvão, óleo e aquecimento (resfriamento). Ao subdividir e contabilizar todo o consumo de energia do lado do usuário, ele mostra o uso e o consumo de diferentes tipos de energia para gerentes ou tomadores de decisão com dados e gráficos intuitivos. É conveniente descobrir pontos de alto consumo de energia ou hábitos de consumo de energia irracionais, economizar energia de forma eficaz e fornecer suporte de dados preciso para futuras transformações de economia de energia ou atualização de equipamentos dos usuários. Os usuários podem implementar auditorias energéticas de acordo com as regulamentações nacionais relevantes, analisar a situação atual, identificar problemas, explorar o potencial de economia de energia, propor medidas práticas de economia de energia e enviar relatórios de auditoria energética ao departamento administrativo de conservação de energia do governo popular em nível de condado ou superior.

5.1 Estrutura da plataforma

O sistema de monitoramento online de consumo de energia Acrel-5000 utiliza computadores, equipamentos de comunicação e unidades de medição e controle como ferramentas básicas, adotando um ou mais modos de rede combinados de barramento de campo, rede em anel de fibra óptica ou comunicação sem fio, de acordo com a situação real do local. Ele fornece uma plataforma básica para aquisição de dados em tempo real, gerenciamento remoto e controle de grandes edifícios públicos. Ele pode formar qualquer sistema de monitoramento complexo com equipamentos de detecção. É aberto, em rede, unificado e configurável, e adota uma estrutura integrada inteligente, hierárquica e distribuída orientada a objetos. Estabelece a seguinte hierarquia:

Figura 3 estrutura da plataforma

5.2 Funções da plataforma

(1) O sistema pode contabilizar o consumo de energia de cada classificação de edifícios — eletricidade, água, gás, aquecimento central, refrigeração central e outros consumos de energia — de acordo com o ano de serviço, e convertê-lo automaticamente para o consumo padrão de carvão correspondente, de modo a refletir o consumo de energia e o consumo de energia abrangente de cada classificação de edifícios no ano corrente. O sistema exibe a proporção do consumo de energia dos quatro principais subitens de energia do edifício na forma de um gráfico de pizza. O sistema mostra a tendência de consumo de vários consumos de energia com curvas e gráficos, o que é conveniente para o proprietário compreender o consumo de energia em tempo real e de forma intuitiva.

(2) O sistema pode consultar o consumo de energia de acordo com o nome da filial de consumo de energia classificada e exibir o pico de consumo de energia do dia e do mês atuais. Ele compara o consumo de energia do dia, do mês, do ano atuais e do mesmo período de ontem, do mesmo período do mês anterior e do mesmo período do ano anterior. O consumo de energia das últimas 48 horas, 31 dias, 12 meses e 3 anos é exibido em uma barra. O canto superior direito mostra a curva dos últimos 15 minutos (o medidor de energia elétrica mostra a curva de potência e o medidor de vazão mostra a curva de vazão).

(3) O sistema seleciona e define pontos de medição do consumo de energia de acordo com a distribuição do consumo de energia do edifício, de modo que o sistema de monitoramento do consumo de energia possa abranger todo o edifício. O usuário do sistema pode acessar o relatório estatístico de consumo de energia de cada nó de consumo de energia do edifício por meio da interface correspondente, reduzindo assim os erros de medição e os erros de "corrente, emissão, gotejamento e vazamento" do consumo de energia.

(4) De acordo com as diretrizes para coleta de dados de consumo de energia de subitens de edifícios residenciais, o sistema divide o consumo de energia dos edifícios em tomadas de iluminação, condicionadores de ar, energia e energia especial, seleciona e define dispositivos de medição, divide e faz estatísticas de acordo com áreas de consumo de energia ou áreas funcionais e exibe o consumo de energia da área na forma de declarações e gráficos de barras de comparação.

(5) O sistema pode localizar com precisão equipamentos ou áreas com alto consumo de energia, facilitando a gestão na formulação de um sistema de avaliação de desempenho de economia de energia e promovendo a implementação efetiva da conservação e redução do consumo de energia. Estabelecer arquivos de registro de operação para equipamentos com alto consumo de energia, rastrear e registrar os resultados da análise e avaliação de eficiência energética durante a operação do equipamento por um longo período e fornecer uma base para a operação e manutenção do equipamento, em combinação com os registros de manutenção do equipamento.

(6) O sistema oferece função de gerenciamento de autoridade hierárquica e interface aberta de manutenção de informações para usuários com autoridade. Os usuários podem adicionar, excluir, modificar e consultar informações sobre edifícios e pontos de medição dentro da área de monitoramento do sistema. As informações sobre os edifícios incluem tipo de edifício, idade da construção, área construída, número de funcionários, etc. O sistema também oferece função de entrada manual para informações de medição que não podem ser coletadas automaticamente, permitindo que os usuários controlem o consumo geral de energia dos edifícios.

5.3 Upload de dados

De acordo com os requisitos da especificação do protocolo de interface da plataforma do sistema, definida na especificação técnica do sistema de monitoramento online do consumo de energia dos principais usuários de energia, o sistema de monitoramento online do consumo de energia de Ankerui carregará as informações básicas, informações dos instrumentos de medição, dados de consumo de energia e dados de eficiência energética das empresas consumidoras de energia na plataforma provincial ou nacional, e os dados carregados serão criptografados e transmitidos via protocolo HTTPS. Em caso de falha ou tempo limite de transmissão (falha de rede), os dados serão retransmitidos até que uma mensagem de feedback bem-sucedida seja recebida.

5.4 Seleção de medidores de energia

6 Conclusão

Em suma, o sistema de monitoramento do consumo de energia de grandes edifícios públicos apresenta certas vantagens e pode atender às atuais necessidades de desenvolvimento de economia de energia verde social durante sua operação. Portanto, em conjunto com as atuais necessidades de desenvolvimento da indústria da construção civil chinesa, devemos inovar ativamente o sistema de monitoramento do consumo de energia e os equipamentos relacionados de grandes edifícios públicos, aprimorar as instalações de suporte relevantes do sistema de monitoramento do consumo de energia, analisar de forma dinâmica e oportuna o consumo de energia de grandes edifícios públicos, identificar oportunamente os problemas causados ​​pelo consumo excessivo de energia e implementar melhorias direcionadas, implementando verdadeiramente as necessidades de desenvolvimento de conservação e redução do consumo de energia na China e no mundo.