1.摘要
在保證建筑使用舒適度的情況下,為對建筑電力能耗情況實時監(jiān)測與預測,本研究探索基于物聯(lián)網技術的建筑能耗感知預測系統(tǒng)的建設方法,提出系統(tǒng)架構及相關配置情況,闡述系統(tǒng)的典型應用,為能耗感知預測系統(tǒng)的研發(fā)提供思路,助力實現建筑運行過程中節(jié)約能耗、提高能源使用效率的目的,提高現代化城市管理能力。
2.建筑能耗感知預測系統(tǒng)
2.1 物聯(lián)網技術概述
21世紀以來,物聯(lián)網技術發(fā)展迅速,已經成為我國信息產業(yè)的重要組成部分。物聯(lián)網技術主要通過前端設備的布置,將采集到的信號與網絡進行連接,通過有線或者無線方式將信號實時傳輸[4] ,實現對物體的有效定位、識別等功能。物聯(lián)網技術架構主要分為三層,即:感知層、網絡層和應用層[4] 。感知層依靠安裝布置在物體上的傳感器設備,對物體信息采集與發(fā)送,網絡層在接收到信息后,使用互聯(lián)網、無線網絡等技術將信息傳送到應用層,通過應用層對信息進行智能處理,實現物體實時監(jiān)控或控制的智能化管理體系。
物聯(lián)網技術的發(fā)展和通信技術的進步加快了我國智慧城市的發(fā)展進程,建筑能耗感知與預測作為智能建筑的重要分支,也將得到更加廣泛的應用。
2.2系統(tǒng)架構
建筑能耗感知預測系統(tǒng)主要依托于物聯(lián)網技術以及智慧城市管理平臺(見圖1),整體系統(tǒng)架構根據物聯(lián)網基本架構分為感知層、傳輸層和應用層三部分,應用層依據系統(tǒng)實際應用功能分為能耗數據管理子系統(tǒng)及能耗預測子系統(tǒng)兩部分。
本文研究對象為建筑物的電力耗能,能耗管理子系統(tǒng)對建筑物已發(fā)生的耗能進行有效記錄與存儲,能耗預測子系統(tǒng)根據傳感設備采集到的預測指標對建筑物能耗進行預測,便于建筑管理人員對能耗進行有效把控。
3.系統(tǒng)功能
3.1能耗感知模塊
物聯(lián)網技術的本質是通過互聯(lián)網實現物與物之間的相互連接,并實現物與物之間的信息聯(lián)通和交互[5] 。建筑物能耗的實時感知依賴互聯(lián)網設備的布置,能耗數據通過傳感器設備采集后,利用無線通信技術傳輸到服務器,服務器將數據進行處理后存儲在后臺數據庫,并在能耗管理平臺展示能耗情況。
傳感裝置用于采集各類數據,包括能耗監(jiān)測數據和環(huán)境監(jiān)測數據,能耗監(jiān)測數據用于建筑物能耗實時感知,環(huán)境監(jiān)測數據用于能耗預測。能耗感知模塊會對房間的能耗實時監(jiān)測對比,當房間內的耗能超過歷史消耗能耗的高值時,則會在系統(tǒng)頁面對建筑管理人員提示,建筑管理人員不僅可以查看能耗實時數據,還可對歷史數據進行分類篩選、搜索等操作,便于管理人員的決策。
3.2 能耗預測模塊
能耗預測模塊配合能耗管理系統(tǒng),根據歷史數據對建筑物未來能耗進行準確預測,合理優(yōu)化用電配置,減少建筑用電浪費和碳排放。本研究基于物聯(lián)網技術采集能耗預測所需指標 ,構建 BP(Back propagation 反向傳播)神經網絡進行建筑物能耗預測,其基本流程如圖2所示,通過傳感器采集室外溫度等所需信息,將采集到的信息傳輸到管理平臺,將模型數據擬合后便得到建筑能耗預測結果,將結果返回用戶界面。BP神經網絡算法是一種多層前饋神經網絡,基于下降法進行求解[6] ,能夠模擬人的思維模式對機制進行學習,被廣泛地應用于建筑領域的能耗預測。
BP神經網絡包括輸入層、隱含層與輸出層,在本研究當中,輸入層指標包括建筑面積、室外溫度、空調維持溫度以及人員密度四個指標,經過擬合后得到建筑物耗電量結果,即輸出層,其神經元個數為一,而隱含層的神經元個數是通過算法訓練過程中的不斷調整達到優(yōu)的。
本研究中算法的訓練數據為天津市中新生態(tài)城某幼兒園的歷史數據,數據集溫度覆蓋-8%至32℃,基本滿足全年所有工況。算法訓練完成后進行封裝,在進行能耗預測時將建筑面積、室外溫度、空調維持溫度以及人員密度四個指標輸入算法,算法經過擬合計算后得到建筑能耗預測結果,并將結果返回用戶界面,如圖2結果輸出部分所示。
4.系統(tǒng)典型應用
4.1 信息存儲功能
智慧城市管理平臺后臺內置數據庫,存儲建筑能耗歷史數據,便于管理者查詢使用的同時,可用于算法訓練優(yōu)化迭代。
4.2 信息查詢功能
可以按照時間段對能耗數據進行查詢篩選,同時,還可以按照能耗量篩選數據,便于管理者分析歷史數據,合理制定能源使用策略。
4.3 能耗異常預警功能
系統(tǒng)可對能耗實時感知,并與歷史平均數據進行對比,若出現過高或過低的異常情況,則在管理平臺中顯示警報,提示建筑管理人員對該建筑或房間的能耗情況進行調查。
4.4 能耗預測功能
構建BP神經網絡,使用物聯(lián)網設備采集相關指標,自動預測耗電量,得到某一房間或建筑的預測耗能,給建筑管理人員的能源分配決策提供指導。
5.Acrel-EIOT能源物聯(lián)網云平臺
(1)概述
Acrel-EIoT能源物聯(lián)網開放平臺是一套基于物聯(lián)網數據中臺,建立統(tǒng)一的上下行數據標準,為互聯(lián)網用戶提供能源物聯(lián)網數據服務的平臺。用戶僅需購買安科瑞物聯(lián)網傳感器,選配網關,自行安裝后掃碼即可使用手機和電腦得到所需的行業(yè)數據服務。
該平臺提供數據駕駛艙、電氣安全監(jiān)測、電能質量分析、用電管理、預付費管理、充電樁管理、智能照明管理、異常事件報警和記錄、運維管理等功能,并支持多平臺、多語言、多終端數據訪問。
(2)應用場所
本平臺適用于公寓出租戶、連鎖小超市、小型工廠、樓管系統(tǒng)集成商、小型物業(yè)、智慧城市、變配電站、建筑樓宇、通信基站、工業(yè)能耗、智能燈塔、電力運維等領域。
(3)平臺結構
(4)平臺功能
電力集抄
電力集抄模塊可以實現對各種監(jiān)測數據的查詢、分析、預警及綜合展示,以保證配電室的環(huán)境友好。在智能化方面實現供配電監(jiān)控系統(tǒng)的遙測'、遙信、遙控控制,對系統(tǒng)進行綜合檢測和統(tǒng)一管理;在數據資源管理方面,可以顯示或查詢供配電室內各設備運行(包括歷史和實時參數,并根據實際情況進行日報、月報和年報查詢或打印,提高工作效率,節(jié)約人力資源。
變壓器監(jiān)控配電圖
能耗分析
能耗分析模塊采用自動化、信息化技術,實現從能源數據采集、過程監(jiān)控、能源介質消耗分析、能耗管理等全過程的自動化、科學化管理,使能源管理、能源生產以及使用的全過程有機結合起來,運用先進的數據處理與分析技術,進行離線生產分析與管理,實現全廠能源系統(tǒng)的統(tǒng)一調度,優(yōu)化能源介質平衡、有效利用能源,提高能源質量、降低能源消耗,達到節(jié)能降耗和提升整體能源管理水平的目的。
能耗概況
預付費管理
1)登陸管理:管理操作員賬戶及權限分配,查看系統(tǒng)日志等功能;
2)系統(tǒng)配置:對建筑、通訊管理機、儀表及默認參數進行配置;
3)用戶管理:對商鋪用戶執(zhí)行開戶、銷戶、遠程分合閘、批量操作及記錄查詢等操作;
4)售電管理:對已開戶的表進行遠程售電、退電、沖正及記錄查詢等操作;
5)售水管理:對已開戶的表進行遠程售水、退水、記錄查詢等操作;
6)報表中心:提供售電、售水財務報表、用能報表、報警報表等查詢,本系統(tǒng)所有的報表及記錄查詢,都支持excel格式導出。
預付費看板
充電樁管理
通過物聯(lián)網技術,對接入系統(tǒng)的充電樁站點和各個充電樁進行不間斷地數據采集和監(jiān)控,同時對各類故障如充電機過溫保護、充電機輸入輸出過壓、欠壓、絕緣檢測故障等一系列故障進行預警。云平臺包含了充電收費和充電樁運營的所有功能,包括城市級大屏、交易管理、財務管理、變壓器監(jiān)控、運營分析、基礎數據管理等功能。
智能照明
智能照明通過物聯(lián)網技術對安裝在城市各區(qū)域的室內照明、城市路燈等照明回路的用電狀態(tài)進行不間斷地數據監(jiān)測,也可以實現定時開關策略配置及后臺遠程管理和移動管理等,降低路燈設施的維護難度和成本,提升管理水平,并達到一定節(jié)能減掛的效果。
監(jiān)控頁面
安全用電
安全用電采用自主研發(fā)的剩余電流互感器、溫度傳感器、電氣火災探測器,對引發(fā)電氣火災的主要因素(導線溫度、電流和剩余電流)進行不間斷的數據跟蹤與統(tǒng)計分析,并將發(fā)現的各種隱患信息及時推送給企業(yè)管理人員,指導企業(yè)實現第一時間的排查和治理,達到消除潛在電氣火災安全隱患,實現“防患于未然"的目的。
智慧消防
通過云平臺進行數據分析、挖掘和趨勢分析,幫助實現科學預警火災、網格化管理、落實多元責任監(jiān)管等目標。tian補了原先針對“九小場所"和危化品生產企業(yè)無法有效監(jiān)控的空白,適應于所有公建和民建,實現了無人化值守智慧消防,實現智慧消防“自動化"、“智能化"、“系統(tǒng)化"、用電管理“精細化"的實際需求。
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