Phân tích và giới thiệu hệ thống giám sát tiêu thụ năng lượng cho các tòa nhà công cộng lớn

Tóm tắt: trong bài báo này, phân loại cụ thể và các thiết bị tiêu thụ năng lượng được liệt kê chi tiết của các thiết bị được lắp đặt trong hệ thống giám sát tiêu thụ năng lượng của các tòa nhà công cộng lớn sẽ được phân tích chi tiết và thông tin dữ liệu phát hiện được từ mức tiêu thụ năng lượng của các tòa nhà công cộng lớn sẽ được phân tích động với sự trợ giúp của GPRS / Wi Fi và các công nghệ truyền dẫn không dây khác, để đóng góp thiết thực vào mục tiêu tiết kiệm năng lượng và giảm tiêu thụ ở Trung Quốc, giám sát mức tiêu thụ năng lượng của các tòa nhà công cộng lớn và tối ưu hóa và kiểm soát hiệu quả nếu phát hiện mức tiêu thụ năng lượng quá mức.

Từ khóa: hệ thống giám sát; Thiết bị tiêu thụ năng lượng; Hệ thống điều khiển

0.Bối cảnh

Bộ Xây dựng Trung Quốc đã đề xuất rằng thông qua phân tích thống kê dữ liệu lớn, đến cuối năm 2020, tổng diện tích xây dựng của cả nước đã vượt quá 40 tỷ mét vuông và mức tiêu thụ năng lượng của tòa nhà sẽ đạt 1,09 tỷ tấn than tiêu chuẩn. Năng lượng tiêu thụ trực tiếp của các tòa nhà trong quá trình xây dựng và sử dụng đã chiếm khoảng 30% tổng mức tiêu thụ năng lượng của toàn xã hội. Hiện nay, có một số vấn đề trong việc đo lường, truyền tải và giám sát tiết kiệm năng lượng đối với mức tiêu thụ năng lượng của các tòa nhà công cộng lớn ở Trung Quốc. Quản lý tiêu thụ năng lượng rộng rãi sẽ gây ra rất nhiều lãng phí năng lượng ở một mức độ nhất định. Giám sát tiêu thụ năng lượng và quản lý tiết kiệm năng lượng của các tòa nhà công cộng lớn đã trở thành trọng tâm của việc bảo tồn năng lượng và giảm tiêu thụ năng lượng ở Trung Quốc. Mặc dù Trung Quốc đã tiến hành giám sát thông tin hóa, nhưng vẫn còn nhiều vấn đề che giấu trong quá trình báo cáo dữ liệu, điều này làm tăng trực tiếp độ khó của thống kê dữ liệu tiêu thụ năng lượng do mức độ tự động hóa thu thập dữ liệu thấp và mức độ thông tin hóa quản lý thấp. Để đạt được mục tiêu thu thập dữ liệu tiêu thụ năng lượng chính xác và kiểm soát hiệu quả mức tiêu thụ năng lượng, bài báo này sẽ phân tích chi tiết hệ thống giám sát mức tiêu thụ năng lượng của các tòa nhà công cộng lớn.

1. Phát triển hệ thống giám sát tiêu thụ năng lượng cho các tòa nhà công cộng lớn trong và ngoài nước

Nhìn ra nước ngoài, công nghệ tòa nhà thông minh của nước ngoài đã tương đối trưởng thành, mức độ thông minh và tự động giám sát dữ liệu và thông tin tiêu thụ năng lượng cũng tương đối cao. Đối với các nước phát triển, đặc biệt là đối với các tòa nhà công cộng lớn, việc giám sát tiêu thụ năng lượng được chú trọng rất nhiều, thiết bị giám sát tiêu thụ năng lượng thông minh không ngừng được cải tiến, hệ thống kỹ thuật hoạt động ổn định. Đối với Trung Quốc, mặc dù công nghệ tòa nhà thông minh đã được áp dụng nhưng lại thiếu hệ thống tích hợp tòa nhà thông minh có hệ thống, các khái niệm và ý tưởng liên quan vẫn chưa được hình thành, vẫn còn khoảng cách lớn với nước ngoài. Trong quá trình vận hành nhiều hệ thống tòa nhà thông minh tại Trung Quốc, việc thiếu cơ chế vận hành chung của các hệ thống có liên quan sẽ dẫn đến vấn đề kết quả gấp đôi với một nửa công sức, dẫn đến lãng phí đầu tư. Độ tin cậy, ổn định và thời gian thực của hệ thống giám sát tòa nhà thông minh khó đạt đến trình độ tiêu chuẩn thế giới. Hiện nay, nhiều doanh nghiệp công nghệ thông tin nước ngoài đã phát triển các sản phẩm có hệ thống phù hợp cho hệ thống giám sát tiêu thụ năng lượng của các tòa nhà công cộng lớn. Honeywell của Mỹ, Johnson Controls của Mỹ, Siemens của Đức và các công ty khác đã tích cực tiến hành nghiên cứu và phát triển các sản phẩm hệ thống giám sát mức tiêu thụ năng lượng, để thúc đẩy hoạt động của hệ thống giám sát mức tiêu thụ năng lượng của các tòa nhà công cộng lớn của quốc gia trở nên ổn định và hiệu quả hơn. Mặc dù có những thiếu sót trong quá trình phát triển các tòa nhà thông minh ở Trung Quốc, nhưng chúng đang tích cực phát triển dưới sự nỗ lực chung của nhà nước và doanh nghiệp. Hệ thống quản lý và đo lường mức tiêu thụ năng lượng Thượng Hải Yuanshang của Trung Quốc và hệ thống quản lý năng lượng tòa nhà Advantech BEMS đều thể hiện giá trị độc đáo của chúng và được sử dụng rộng rãi trong việc giám sát mức tiêu thụ năng lượng của các tòa nhà công cộng lớn ở Trung Quốc.

2 Thu thập dữ liệu giám sát tiêu thụ năng lượng của các tòa nhà công cộng lớn

2.1 Thu thập dữ liệu giám sát tiêu thụ năng lượng

Hệ thống dữ liệu nội bộ về mức tiêu thụ năng lượng của các tòa nhà công cộng lớn rất phức tạp và có nhiều đơn vị tiêu thụ năng lượng. Để thực hiện tốt công tác trong khuôn khổ hệ thống giám sát mức tiêu thụ năng lượng của các tòa nhà công cộng lớn, cần phải kiểm soát nội dung dữ liệu giám sát mức tiêu thụ năng lượng của các tòa nhà công cộng lớn. Theo yêu cầu trong nội dung cụ thể của các tòa nhà văn phòng cơ quan nhà nước và các tòa nhà công cộng lớn do Trung Quốc ban hành, nội dung giám sát thông tin dữ liệu tiêu thụ năng lượng của các tòa nhà công cộng lớn được thể hiện trong Hình 1.

Hình 1 nội dung thu thập dữ liệu giám sát mức tiêu thụ năng lượng

2.2 Xử lý dữ liệu giám sát tiêu thụ năng lượng

Trong quá trình giám sát mức tiêu thụ năng lượng của các tòa nhà công cộng lớn, thông tin dữ liệu tiêu thụ năng lượng có thể được phát hiện với sự trợ giúp của các thiết bị kiểm tra và đo lường chung, và nhiều dữ liệu khác nhau có thể được theo dõi trên cơ sở làm rõ các giá trị đỉnh và đáy của các thiết bị đo lường mức tiêu thụ năng lượng. Kiểm tra công suất trong đồng hồ đo watt giờ. Để đảm bảo hiệu quả thu thập dữ liệu và thông tin, có thể tiến hành thu thập dữ liệu và thông tin hai lần liên tiếp và có thể kiểm soát lỗi của hai lần thu thập dữ liệu và thông tin để đảm bảo công suất nhỏ hơn hai lần công suất đỉnh của thiết bị tiêu thụ năng lượng trên đường. Trên cơ sở đảm bảo độ chính xác của việc thu thập thông tin dữ liệu, cũng cần phải thực hiện tính toán dữ liệu tiêu thụ năng lượng của mục phụ, thực hiện phát hiện với sự trợ giúp của các thiết bị đo lường và đảm bảo mức độ đo lường và phát hiện kết hợp với phương pháp tính toán các chỉ số tiêu thụ năng lượng khác nhau.

3Khung xây dựng hệ thống giám sát tiêu thụ năng lượng cho các tòa nhà công cộng lớn

3.1 Khung hệ thống

Hệ thống giám sát mức tiêu thụ năng lượng của các tòa nhà công cộng quy mô lớn được nghiên cứu trong bài báo này được thiết kế theo đúng yêu cầu của "Hệ thống giám sát mức tiêu thụ năng lượng của các tòa nhà văn phòng cơ quan nhà nước và các tòa nhà công cộng quy mô lớn - Sổ tay hướng dẫn phát triển phần mềm", đáp ứng hiệu quả các tiêu chuẩn thiết kế được quy định tại nước ta. Chế độ xây dựng khung của hệ thống giám sát mức tiêu thụ năng lượng cho các tòa nhà công cộng quy mô lớn được thể hiện trong Hình 2. Mục đích chính của nó là thu thập thông tin dữ liệu đầu cuối của bộ thu thập. Đối với các nguồn thông tin và lớp dữ liệu, là để đạt được việc thu thập và truyền thông tin dữ liệu tiêu thụ năng lượng trực tiếp trong các tòa nhà công cộng quy mô lớn và phân loại thông tin dữ liệu tiêu thụ năng lượng đã thu thập được. Đối với lớp ứng dụng, nó bao gồm bốn cấp độ: quản lý dữ liệu và thông tin, phân tích và hiển thị, dịch vụ thông tin và quản lý nền. Nhiều từ được bao phủ ở các cấp độ khác nhau. Chức năng của lớp ứng dụng trong việc giám sát mức tiêu thụ năng lượng của các tòa nhà công cộng quy mô lớn được sử dụng để xử lý thông tin dữ liệu tiêu thụ năng lượng, hiển thị và giám sát thông tin dữ liệu. Trong lớp ứng dụng, mỗi chức năng có thể được coi là một mô-đun hệ thống độc lập. Khi thiết kế mô-đun lớp ứng dụng, mỗi mô-đun xử lý phải tương đối độc lập để giảm sự can thiệp lẫn nhau giữa mỗi mô-đun và mở đường cho quá trình xử lý thông tin dữ liệu tiêu thụ năng lượng tiếp theo. Đối với lớp hiệu suất, đó là phân tích thông tin dữ liệu tiêu thụ năng lượng của các tòa nhà công cộng quy mô lớn cho các vai trò khác nhau trong xã hội kết hợp với nhu cầu thực tế của riêng họ.

Hình 2 khung xây dựng hệ thống giám sát tiêu thụ năng lượng cho các tòa nhà công cộng lớn

3.2 Kiến trúc phần mềm

Giám sát mức tiêu thụ năng lượng của các tòa nhà công cộng lớn thường được kiểm soát và quản lý với sự trợ giúp của ứng dụng phần mềm. Phần mềm hệ thống giám sát mức tiêu thụ năng lượng của các tòa nhà công cộng lớn được đề cập trong bài báo này bao gồm thiết bị đầu cuối giám sát, cơ sở dữ liệu, hệ thống quản lý dữ liệu, hệ thống thu thập dữ liệu, tường lửa, mạng truyền thông, bộ tập trung và thiết bị đầu cuối thu thập thông tin dữ liệu tòa nhà. Thông tin dữ liệu tiêu thụ năng lượng do hệ thống tòa nhà thông minh thu thập sẽ được truyền đến bộ tập trung dữ liệu để xử lý tập trung thông tin dữ liệu tiêu thụ năng lượng và trạng thái hoạt động như đồng hồ điện, đồng hồ nước, đồng hồ làm mát và đồng hồ gas trong tòa nhà. Bộ tập trung sẽ chuyển đổi thông tin dữ liệu thành các gói giao thức TCP / IP. Dưới tác động của tường lửa, mạng truyền thông sẽ thúc đẩy hoạt động của mô-đun xử lý thông tin dữ liệu và truyền thông tin dữ liệu tiêu thụ năng lượng có liên quan đến cơ sở dữ liệu. Hệ thống thu thập dữ liệu quản lý giao thức truyền thông của thiết bị đầu cuối tòa nhà trong bộ tập trung và kiểm tra lỗi trong truyền dữ liệu thường xuyên. Tiến hành xử lý dữ liệu có liên quan cho nhiều nội dung như mất dữ liệu và công việc bất thường, thu thập hiệu quả thông tin dữ liệu có liên quan trong cơ sở dữ liệu và theo dõi, đánh giá, phân tích, lưu trữ và hiển thị mức tiêu thụ năng lượng trong tòa nhà một cách động kết hợp với các chỉ số giám sát mức tiêu thụ năng lượng do hệ thống thiết lập. Thiết bị đầu cuối giám sát thường sẽ lấy dữ liệu có liên quan từ cơ sở dữ liệu và lấy kết quả đánh giá để phân tích và kiểm soát toàn diện. Thiết bị đầu cuối giám sát sẽ phân tích các lệnh điều khiển kết hợp với cơ sở dữ liệu, hệ thống thu thập dữ liệu, mạng truyền thông, tường lửa, bộ tập trung, v.v. để kiểm soát trạng thái thông tin dữ liệu của thiết bị đầu cuối thu thập của tòa nhà.

4Công nghệ chính của hệ thống giám sát tiêu thụ năng lượng cho các tòa nhà công cộng lớn.

4.1 Công nghệ truy cập thiết bị đầu cuối thu thập năng lượng tiêu thụ nhiều

Trong hệ thống giám sát mức tiêu thụ năng lượng của các tòa nhà công cộng lớn, một trong những công nghệ then chốt là công nghệ truy cập thiết bị đầu cuối thu thập mức tiêu thụ năng lượng đa dạng, để tích hợp và thu thập nhiều mức tiêu thụ năng lượng khác nhau trong các tòa nhà công cộng. Có nhiều công nghệ truy cập khác nhau của nhiều thiết bị đầu cuối thu thập mức tiêu thụ năng lượng trong các thương hiệu khác nhau của hệ thống giám sát mức tiêu thụ năng lượng. Cách kết nối nhiều thiết bị đầu cuối thu thập mức tiêu thụ năng lượng với một bộ tập trung là rất quan trọng. Vì có các giao thức riêng cho các hệ thống giám sát mức tiêu thụ năng lượng khác nhau, nên khi lựa chọn hệ thống giám sát mức tiêu thụ năng lượng của các tòa nhà công cộng lớn, chúng ta nên phân tích các hệ thống của các thương hiệu khác nhau, làm rõ các giao thức riêng và chế độ thu thập và kết nối mức tiêu thụ năng lượng của từng thương hiệu, đồng thời đảm bảo rằng hệ thống giám sát mức tiêu thụ năng lượng do các thương hiệu khác nhau phát triển có thể đáp ứng được nhu cầu sử dụng thực tế của các tòa nhà công cộng lớn, Đảm bảo rằng hệ thống phần mềm có thể được kết nối trơn tru với các thiết bị đầu cuối thu thập mức tiêu thụ năng lượng khác nhau.

4.2 Công nghệ phát triển phần mềm hệ thống

Trong ứng dụng thực tế của hệ thống giám sát mức tiêu thụ năng lượng của tòa nhà công cộng quy mô lớn, cần phải giới thiệu công nghệ phát triển của nền tảng phần mềm này kết hợp với khuôn khổ tổng thể và các đặc điểm phân lớp mô-đun của hệ thống. Với sự trợ giúp của Java, javascrip và các ngôn ngữ lập trình khác để thiết kế mã hóa chương trình, kho dữ liệu được kết nối với công nghệ lưu trữ đám mây để đảm bảo tính bảo mật và dung lượng lưu trữ thông tin dữ liệu tiêu thụ năng lượng lớn. Trong quá trình truyền và truyền thông tin dữ liệu, nên chọn tiêu chuẩn truyền thông dữ liệu RS485 ổn định để đảm bảo hoạt động chất lượng cao của thông tin dữ liệu được lưu trữ.

5Giới thiệu về hệ thống giám sát mức tiêu thụ năng lượng ankerui

Hệ thống giám sát trực tuyến mức tiêu thụ năng lượng Acrel-5000 là hệ thống quản lý và phân tích năng lượng phía người dùng. Dựa trên hệ thống quản lý năng lượng điện, nó bổ sung thêm khả năng thu thập và phân tích tập trung về công suất nước, khí đốt, than, dầu và nhiệt (làm mát). Bằng cách chia nhỏ và đếm tất cả mức tiêu thụ năng lượng ở phía người dùng, nó cho thấy việc sử dụng và tiêu thụ nhiều loại năng lượng khác nhau cho các nhà quản lý hoặc người ra quyết định bằng dữ liệu và biểu đồ trực quan, Thật thuận tiện để tìm ra các điểm tiêu thụ năng lượng cao hoặc thói quen tiêu thụ năng lượng không hợp lý, tiết kiệm năng lượng hiệu quả và cung cấp hỗ trợ dữ liệu chính xác cho quá trình chuyển đổi tiết kiệm năng lượng hoặc nâng cấp thiết bị của người dùng. Người dùng có thể thực hiện kiểm toán năng lượng theo các quy định quốc gia có liên quan, phân tích tình hình hiện tại, tìm ra vấn đề, khai thác tiềm năng tiết kiệm năng lượng, đưa ra các biện pháp tiết kiệm năng lượng thiết thực và gửi báo cáo kiểm toán năng lượng cho cơ quan hành chính bảo tồn năng lượng của chính quyền nhân dân cấp huyện trở lên.

5.1 Cấu trúc nền tảng

Hệ thống giám sát trực tuyến mức tiêu thụ năng lượng Acrel-5000 lấy máy tính, thiết bị truyền thông và các đơn vị đo lường và điều khiển làm công cụ cơ bản, và áp dụng một hoặc nhiều chế độ kết nối mạng kết hợp của fieldbus, mạng vòng sợi quang hoặc truyền thông không dây theo tình hình thực tế của trang web, cung cấp nền tảng cơ bản để thu thập dữ liệu thời gian thực, quản lý và điều khiển từ xa các tòa nhà công cộng lớn, Nó có thể hình thành bất kỳ hệ thống giám sát phức tạp nào với thiết bị phát hiện. Nó mở, được kết nối mạng, được đơn vị hóa và có thể định cấu hình, và áp dụng cấu trúc tích hợp thông minh phân cấp, phân cấp và phân tán hướng đối tượng. Thiết lập phân cấp sau:

Hình 3 cấu trúc nền tảng

5.2 Chức năng nền tảng

(1) Hệ thống có thể đếm mức tiêu thụ năng lượng của từng loại tòa nhà - điện, nước, khí đốt, hệ thống sưởi ấm trung tâm, hệ thống làm mát trung tâm và mức tiêu thụ năng lượng khác theo năm dịch vụ và tự động chuyển đổi thành mức tiêu thụ than tiêu chuẩn tương ứng, để phản ánh mức tiêu thụ năng lượng và mức tiêu thụ năng lượng toàn diện của từng loại tòa nhà trong năm hiện tại. Hệ thống hiển thị tỷ lệ tiêu thụ năng lượng của bốn hạng mục điện chính của tòa nhà dưới dạng biểu đồ hình tròn. Hệ thống hiển thị xu hướng tiêu thụ của các mức tiêu thụ năng lượng khác nhau bằng các đường cong và đồ thị, giúp chủ sở hữu nắm bắt mức tiêu thụ năng lượng theo thời gian thực và trực quan.

(2) Hệ thống có thể truy vấn mức tiêu thụ năng lượng theo tên nhánh của mức tiêu thụ năng lượng được phân loại và hiển thị mức tiêu thụ năng lượng cao nhất của ngày hiện tại và tháng hiện tại. Nó hiển thị sự so sánh mức tiêu thụ năng lượng của ngày hiện tại, tháng hiện tại, năm hiện tại và cùng kỳ ngày hôm qua, cùng kỳ tháng trước và cùng kỳ năm trước. Mức tiêu thụ năng lượng trong 48 giờ qua, 31 ngày, 12 tháng và 3 năm qua được hiển thị dưới dạng thanh. Góc trên bên phải hiển thị đường cong của 15 phút qua (đồng hồ điện hiển thị đường cong công suất và đồng hồ đo lưu lượng hiển thị đường cong lưu lượng).

(3) Hệ thống lựa chọn và thiết lập các điểm đo lường tiêu thụ năng lượng theo phân bố tiêu thụ năng lượng của tòa nhà, để hệ thống giám sát tiêu thụ năng lượng có thể bao phủ toàn bộ tòa nhà. Người dùng hệ thống có thể truy cập báo cáo thống kê tiêu thụ năng lượng của từng nút tiêu thụ năng lượng của tòa nhà thông qua giao diện có liên quan để giảm "chạy, phát, nhỏ giọt và rò rỉ" và lỗi đo lường tiêu thụ năng lượng.

(4) Theo hướng dẫn thu thập dữ liệu tiêu thụ năng lượng của các hạng mục phụ trong tòa nhà dân dụng, hệ thống phân chia lượng điện tiêu thụ của tòa nhà thành ổ cắm chiếu sáng, máy điều hòa, điện năng và điện năng chuyên dụng, lựa chọn và cài đặt thiết bị đo đếm, phân chia và thống kê theo khu vực tiêu thụ năng lượng hoặc khu vực chức năng, đồng thời hiển thị lượng điện tiêu thụ của khu vực dưới dạng báo cáo và biểu đồ thanh so sánh.

(5) Hệ thống có thể định vị chính xác thiết bị hoặc khu vực tiêu thụ năng lượng lớn, tạo điều kiện cho ban quản lý xây dựng hệ thống đánh giá hiệu suất tiết kiệm năng lượng và thúc đẩy việc thực hiện hiệu quả tiết kiệm năng lượng và giảm tiêu thụ. Thiết lập hồ sơ ghi chép vận hành cho các thiết bị tiêu thụ năng lượng chính, theo dõi và ghi lại kết quả phân tích và đánh giá hiệu quả năng lượng trong quá trình vận hành thiết bị trong thời gian dài, đồng thời cung cấp cơ sở cho việc vận hành và bảo dưỡng thiết bị kết hợp với hồ sơ bảo dưỡng thiết bị.

(6) Hệ thống cung cấp chức năng quản lý phân cấp quyền hạn và cung cấp giao diện bảo trì thông tin mở cho người dùng có thẩm quyền. Người dùng có thể thêm, xóa, sửa đổi và truy vấn thông tin của các tòa nhà và điểm đo trong phạm vi giám sát của hệ thống. Thông tin tòa nhà bao gồm loại tòa nhà, tuổi xây dựng, diện tích tòa nhà, số lượng nhân viên tòa nhà, v.v. Hệ thống cũng cung cấp chức năng nhập thủ công cho thông tin đo lường không thể thu thập tự động, để người dùng có thể nắm bắt tổng mức tiêu thụ năng lượng của tòa nhà.

5.3 Tải dữ liệu lên

Theo yêu cầu của thông số kỹ thuật giao diện nền tảng hệ thống được xác định trong thông số kỹ thuật của hệ thống giám sát trực tuyến về mức tiêu thụ năng lượng của người dùng năng lượng chính, hệ thống giám sát trực tuyến về mức tiêu thụ năng lượng của ankerui sẽ tải thông tin cơ bản, thông tin về dụng cụ đo, dữ liệu tiêu thụ năng lượng và dữ liệu hiệu quả năng lượng của các doanh nghiệp tiêu thụ năng lượng lên nền tảng cấp tỉnh hoặc quốc gia và dữ liệu đã tải lên sẽ được mã hóa và truyền qua giao thức HTTPS. Nếu việc truyền dữ liệu không thành công hoặc hết thời gian (lỗi mạng), dữ liệu sẽ được truyền lại cho đến khi nhận được tin nhắn phản hồi thành công.

5.4 Lựa chọn đồng hồ đo năng lượng

6 Kết luận

Tóm lại, hệ thống giám sát tiêu thụ năng lượng của các tòa nhà công cộng lớn có những ưu điểm nhất định, có thể đáp ứng nhu cầu phát triển tiết kiệm năng lượng xanh xã hội hiện nay trong quá trình vận hành. Do đó, kết hợp với nhu cầu phát triển hiện tại của ngành xây dựng Trung Quốc, chúng ta nên tích cực đổi mới hệ thống giám sát tiêu thụ năng lượng và các thiết bị liên quan của các tòa nhà công cộng lớn, cải thiện các cơ sở hỗ trợ có liên quan của hệ thống giám sát tiêu thụ năng lượng, phân tích năng động và kịp thời mức tiêu thụ năng lượng của các tòa nhà công cộng lớn, kịp thời tìm ra các vấn đề do tiêu thụ năng lượng quá mức gây ra và thực hiện các cải tiến có mục tiêu, thực sự thực hiện nhu cầu phát triển tiết kiệm năng lượng và giảm tiêu thụ ở Trung Quốc và thế giới.