建筑物能耗监测系统.doc

建筑物能耗监测系统
10 建筑物能耗监测系统
1. 前言
为全面掌握我国建筑能耗的实际状况，加强能源领域的宏观管理和科学决策，促进建筑节能的发展，依据《中华人民共和国统计法》、建设部有关规章制度、《民用建筑能耗数据采集标准》（JGJ/T154-2007）与相关技术标准规范的有关规定，建设部、各市建委等部门提出了建立既有建筑节能审计与建设监管系统的要求，逐步实现民用建筑能耗数据的网络报送、自动采集、计算机抽样、计算机计算，从而为我国建筑节能标准制定提供基础数据，并为今后建筑能耗的与时监控打下基础。
随着能源企业的深化改革和能源供求关系的逐步转变，实行以经济手段为基础的商业化管理模式和加强能耗动态监测管理已迫在眉睫。传统的计量方式已不能满足商业化运营的需要，采用高精度、高可靠的自动化能耗计量系统是商业化运营的必然趋势，是建立节约型社会的技术基础。
建立既有建筑能耗监管系统的目的是基于建立可持续发展的节约型社会的需要，将作为制定制度政策的基准，将成为大型公建能源审计、节能改造和北方既有居住建筑的供热计量、节能改造的技术支撑与政策的指针。它不同于普通意义的经济指标考核，需提供基于开放式系统平台上的自动能量计量、统计与管理系统，作为建筑能耗的监管手段。该系统要能根据不同时段划分实现电能量的分段增加、统计和分析，是将来建立细分能耗监管系统技术支持系统的重要基础。
因此，该系统应从公平、公正、公开的原则出发，充分体现能耗数据的可靠性、完整性、准确性、唯一性、安全性和不可修改性。它应基于完全开放结构的平台，基于开放标准支持分布式系统，具有功能稳定、模块化、面向对象以与良好人机界面等特点。该系统应提供基于Web技术和广域网技术的信息管理应用服务，达到功能齐全、组合灵活，扩展升级方便。
为达到以上要求，关键在于要以分项计量为基础，将能耗监管系统建立在一个真正开放的系统支持平台上，保证该系统可以满足近期和将来发展的需求，从而节省投资，全面满足建筑能耗监管的要求。
2. 能耗监管系统概述
我们建议的建筑能耗监管系统—自动能量计量、抄表和能耗分析系统，是根据国外经验并且结合中国的实际需求，推出的面向市场的新一代能量计量监管系统。系统的主站，由下列子系统构成：
l 能量数据采集与处理子系统 ；
l 数据管理应用服务子系统；
l 人机交互MMI子系统；
l 计算机数据网络通信与Web服务子系统；
l 报表与打印服务子系统；
l 基于智能HUB局域网；
l 时钟、频率/时差监视子系统；
它有别于常规的能量计量与计费抄表系统，不仅能够满足系统的规范功能要求，还能够满足用户新技术的应用发展要求，包括：实施网络通信与数据共享的应用；进一步开发新的统计模式应用；提供基于Web技术的能耗信息管理应用服务； 提供各种能源单位能量标准；提供各种能耗指标间的自动换算；提供各种综合、细分分析模式；提供根据用户的需求，方便地实现不同费率模型、时段划分实现电能量的分段增加、统计和分析功能适应细分分析管理需要。
2.1 主要系统功能与特点
l 即时能耗计量(Same-time Energy Tele-Metering System);
l 支持广域数据网络(WAN)、拨号电话交换网络(PSTN)、电力专，网等通信网等通信模式的能耗数据远程传输应用；
l 支持直接表计接入网络或电表经电能数据集中器接入网络；
l 多模式电能（耗）数据采集应用；可实现即时(1-15分钟级周期) 电能（耗）数据采集；
l 能耗计量与管理 (Energy Accounting & Management System);
l 分类能耗/能量数据库管理；
l 能耗监管与结算 (Settlement and Billing System based on Certificate Authority)；
l 能耗指标设定、能耗奖惩结算；
l 能耗信息管理 (Energy Information Management System)；
l 基于Web服务器、历史能耗数据管理服务器等，提供面向煤炭、电力、石油天然气等能耗信息浏览服务、电子邮件应用服务；
l 能耗负荷预测与计划的数据管理；
l 能耗负荷实时运行数据监视，以与历史数据管理；
l 多模式数据采集方式 (Multi Mode Data Collect)；
l 满足不同通讯方式、不同采集模式，如自动采集、人工在线录入、数据文件自动录入等。
2.2 系统技术特征
系统应基于完全开放体系结构的支持平台，基于开放标准和各种远传通讯方式。主要的系统性能技术特征如下：
l 开放体系
1）系统对硬件和操作系统开放。在硬件、操作系统和数据库平台上提供多种选择，并且易于扩展、易于升级和维护。系统可移植性，在系统开发上具备利用硬件和操作系统的优势。
2）系统易于采用标准的硬件来扩展，它的规模可以从单机服务器/工作站系统到大量服务器和工作站的网络式系统。应用程序数据库可以一起运行在同一工作站上或灵活地分布在多个服务器和工作站上，以便用有效的方式利用资源，提供对重要应用功能的备份等。
3）系统具有良好的互操作性，系统能耗计量数据库是高性能工业数据库，任何外部应用都可以用一个工业标准方式去访问数据。可以与用户内部的其它数据库和系统以与与第三方产品交互操作，同时提供了一个支持企业范围内计算的数据中心。
4）系统的MMI/GUI环境友好，提供一个一致的图形用户和网络数据库管理系统接口，对于集成新的应用功能，不需要修改现有的软件。系统提供标准的应用编程接口（API），包括数据库结构和访问例程，支持在线集成用户开发的应用。系统能支持多种不同RDBMS系统，使得将来软件升级灵活方便。
l 分布式结构
1）系统支持TCP/IP规约的客户机/服务器结构、B/S结构。应用数据库、应用功能和图形用户接口（GUI）客户机软件，可以分布到任何系统中的节点上，对客户机－服务器通信所期望的LAN也能被指定。能实现在多个服务器和LAN中优化系统性能和平衡负载。
2）系统的分布式DBMS支持节点到节点间的数据库通信容错。系统的消息系统用于在所有的服务器和客户机之间，包括异构节点进行发布信息和通信。系统的信息和进程调度，支持网络上从任何一个客户或服务器到任何其它的客户或服务器的执行和程序触发请求，提供客户透明的应用层管理。
3）系统采用先进的逻辑故障切换和恢复技术, 遵循数据库和应用功能对系统硬件的逻辑分配。当一个客户机应用不能经主网络地址联接到逻辑服务器上，它能自动试图经由备份地址建立联接，自动恢复来自硬件服务器故障和LAN故障。备份数据库通过数据复制自动保持最新数据，保证各类能量计量与其他数据的安全性，以与数据完整性与一致性。
4）系统的图形用户接口（GUI）物理上驻留在客户控制台台节点，并使用当地驻留显示定义。GUI是数据库服务器的一个客户，周期性地从各种系统服务器上接收更新的数据，采用数据变位和越死区时才传输到客户机，减少LAN堵塞并优化系统性能。
5）系统分布式结构支持经串行链路联接到系统上的远程节点，保证运行在Windows 平台上远程客户能通过Modem、无线终端、宽带等联接实现数据的接收和更新。客户机应用软件能运行在标准的PC机和笔记本电脑，可提供当地和远程的访问。
l 数据远传采集
数据采集子系统是主站通过通信终端服务器直接采集和经远方数据处理终端采集。系统支持对每一个通道口的通信监视，统计通信信息与运行状况，并能够实现通道故障、Modem故障和集中器故障的自动恢复。
系统的广域网通信支持网桥、交换机或路由器，并支持多种标准通信模式，包括：分组交换、帧中继、ATM，并适应采用X.25、GPRS/CDMA和TCP/IP通信。对于电力内部通信，系统并支持ICCP规约、WSCC规约，以与ELCOM-90规约。
l 系统与其它系统互联通信
系统与用户的信息系统互连，采用10/100/1000M自适应快速以太网连接，防止网络阻塞，保证数据传送的实时性，网络通信协议均采用TCP/IP协议。系统为第三方提供数据库访问接口。
系统对广域网络的用户接入，基于用户所配置的网络，或用户配置的对外数据通信的网络路由器或网络路由器+拨号MODEM池/无线数据网关，采用分组交换技术载IP数据包模式，实现广域网互联，以支持远程用户对Web服务器的数据浏览查询。

系统结构示意图

2.3 系统各部分主要技术指标
建筑能耗监管系统主要包括终端表计，终端采集器，通讯链路，主站系统四个部分。系统总体技术指标：
（1）系统容量：采集终端数目≥2000，测量点数目≥50000；
（2）系统时钟误差：＜0.1秒；
（3）主站与终端时钟误差：＜0.5秒；
（4）数据精度：等于表计超读数据精度；
（5）数据通讯保证：网络误码率＜10-4；
（6）系统可用率：≥99.99%
（7）系统平均无故障时间（CASTF）：≥5000小时；

2.3.1 电能表
本系统所接入的复费率智能表，要适应采用网络、专线和拨号相结合的方式。其测量量宜包括分时段计量等。电子式电能表由用户自行配置。
（1）单相电能表主要功能指标
1、计量功能
l 准确度等级：1级 额定频率：50Hz；
l 精确测量正负有功功率，以同一个方向积算电能，解决电流反接窃电问题；
l 至少具有峰（第2费率），平（第3费率），谷（第4费率）三费率分时电能计量功能，根据不同的费率时段设置，分别计量峰电量、平电量、谷电量，总电量为3费率之和；
l 任意时段的起始与终止的实际时间和预置时间误差不超过0.5s/d；
l 电能量数据冻结转存日为每月1-31日中任意指定日的任意时，缺省设置为每月1日零时（月末冻结）；
l 时段切换由内置硬时钟切换，日历、计时和闰年自动切换功能，具有时钟备用电池断电后，所有存储数据不丢失，能保持10年以上；
l 环境要求：温度-20℃--+55℃；湿度：5%-95%，符合相关工业应用标准；
l 内置UPS电源，电压：220V土20%；频率：50Hz土2.5Hz；
l 使用寿命：大于等于10年；
2、通讯功能
l RS485通信接口，具有防静电与瞬间过电压、过电流抑制功能，具有防静电与瞬间过电压、过电流抑制功能；
l 通信规约符合部颁标准：DL/T645-1997
l 具有GSM/GPRS/CDMA或WiFi/无线数传通讯模块（选配）；

（2）三相电能表主要功能指标
1、计量功能
l 准确度等级：有功0.5S级/0.5级/1级 无功2级 额定频率：50Hz；
l 具有负荷曲线和电量冻结功能，电能量数据冻结转存日为每月1-31日中任意指定日的任意时，缺省设置为每月1日零时（月末冻结）；
l 时段切换由内置硬时钟切换，日历、计时和闰年自动切换功能，具有时钟备用电池断电后，所有存储数据不丢失，能保持10年以上；
l 环境要求：温度-20℃--+55℃；湿度：5%-95%，符合相关工业应用标准；
l 内置UPS电源，电压：220V土20%；频率：50Hz土2.5Hz；
l 使用寿命：大于等于10年

2 、通讯功能
l RS485通信接口，具有防静电与瞬间过电压、过电流抑制功能，具有防静电与瞬间过电压、过电流抑制功能；
l 通信规约符合部颁标准：DL/T645-1997；
l 具有GSM/GPRS/CDMA或WiFi/无线数传通讯模块（选配）；
l 精确测量正负有功功率，以同一个方向积算电能，解决电流反接窃电问题；
l 至少具有峰（第2费率），平（第3费率），谷（第4费率）三费率分时电能计量功能，根据不同的费率时段设置，分别计量峰电量、平电量、谷电量，总电量为3费率之和。

2.3.2 热能表
本系统所接入的智能表，要适应采用网络、专线、拨号或GPRS/CDMA/WiFi/无线数传相结合的方式。主要技术指标要求：
l 安装简单、方便。
l 密封防水，可在潮湿环境下使用。
l 具有RS485或CASTUS总线和GSM/GPRS/CDMA/WiFi/无线数传通讯能力（选配）。
l 抗干扰性能高：抗人为干扰、磁干扰、EMC干扰；
l 对处于掉线、欠费、危险等情况警报；
l 具有正常、超频、超限等梯度计量方式；

2.3.3 管道天然气/煤气表
本系统所接入的智能表，要适应采用网络、专线、拨号或GPRS/CDMA/WiFi/无线数传相结合的方式。主要技术指标要求：
l 智能传感器与气表基表为两个独立部件，可拆可装，通用于所有国标气表，方便用户升级。
l 不需设置初始值，数据线直接输出气表表盘示值，无累计误差。
l 无需外加电源供电，内置电池确保整只远传气表正常记录数据。
l 智能芯片具有数据存储功能，在数据线或总线断线与系统停电等情况下不影响正常记录数据。
l 安装简单、方便。
l 密封防水，可在潮湿环境下使用。
l 具有RS485或CASTUS总线和GSM/GPRS/CDMA/WiFi/无线数传通讯能力（选配）。
l 防反流：对反流计量，并指示；
l 抗干扰性能高：抗人为干扰、磁干扰、EMC干扰；
l 对处于掉线、欠费、危险等情况警报；
l 具有正常、超频、超限等梯度计量方式；

2.3.4 （热）水表
本系统所接入的智能表，要适应采用网络、专线、拨号或GPRS/CDMA/WiFi/无线数传相结合的方式。主要技术指标要求：
l 安装简单、方便。
l 密封防水，可在潮湿环境下使用。
l 具有RS485或CASTUS总线和GSM/GPRS/CDMA/WiFi/无线数传通讯能力（选配）。
l 防反流：对反流计量，并指示；
l 抗干扰性能高：抗人为干扰、磁干扰、EMC干扰；
l 对处于掉线、欠费、危险等情况警报；
l 具有正常、超频、超限等梯度费率计量方式；

2.3.5 终端采集器系统（RTU）
终端采集器系统，负责系统中终端多块终端表计数据的采集与缓存，具备较强的通讯功能，能更加有效的接入和管理的各种表计。集采器参与管理直接挂接在下行总线上的直读表上，实现上下级设备通信的桥梁，接受和执行管理机发来的指令与两层通信协议之间的解析和转化工作。主要技术指标要求：
l RS485总线；
l 低功耗、模块化设计、方便维护；
l 自动监视采集终端的状态并记录故障类型；
l 定时或实时对所辖采集终端抄取数据并存储处理；
l 交流直接供电，内置UPS电源；
l 采集误差小于千分之一，土 2个字
l 通信规约符合部颁标准：DL/T645-1997
l 具有GSM/GPRS/CDMA和WiFi/无线数传通讯模块（选配）；
l 具有至少16块电表的管理能力；
l 环境要求：温度-20℃--+55℃；湿度：5%-95%。
l 使用寿命：大于等于10年；

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