您好, 歡迎來到化工儀器網(wǎng)! 登錄| 免費(fèi)注冊(cè)| 產(chǎn)品展廳| 收藏商鋪|
安科瑞 鮑靜君
摘要:城市建設(shè)背景下,對(duì)城市建筑能耗管理系統(tǒng)的應(yīng)用提出更高要求。從當(dāng)前各類公共建筑物運(yùn)營(yíng)情況看,能源消耗問題仍較為突出,傳統(tǒng)依托于計(jì)算機(jī)、測(cè)控單元與通訊設(shè)備單位工具的系統(tǒng)管理模式,并不能達(dá)到建筑能耗管理目的,在此背景下考慮引入LoRa技術(shù),提高建筑能耗管理系統(tǒng)整體性能,實(shí)現(xiàn)控制能源消耗目標(biāo)。本次研究中主要對(duì)LoRa無線技術(shù)做簡(jiǎn)單介紹,分析智能能耗管理系統(tǒng)形式與性能、提LoRa技術(shù)應(yīng)用下智能建筑能耗管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路。
關(guān)鍵詞:LoRa無線技術(shù);智能建筑能耗管理系統(tǒng);設(shè)計(jì)
1 前言
作為我國(guó)目前大眾關(guān)注的主要焦點(diǎn),能源消耗問題是全社會(huì)致力于解決的問題。從相關(guān)研究數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn),城鎮(zhèn)耗電量總數(shù)中,大型公共建筑耗電量占比高,除電能外,水資源能耗問題也突出。而解決這一現(xiàn)狀的關(guān)鍵在于做好大型公共建筑智能建筑能耗管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì),此時(shí)考慮在該系統(tǒng)設(shè)計(jì)中引入相關(guān)的技術(shù)作為支撐。因此,本文對(duì)LoRa技術(shù)應(yīng)用下智能建筑能耗 管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究,具有十分重要的意義。
2 LoRa無線技術(shù)基本介紹
關(guān)于LoRa技術(shù),是一種有低功耗、超遠(yuǎn)距離特征的無線通信技術(shù)。與以往物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域中的技術(shù),如藍(lán)牙、wifi、Zigbee比較,LoRa技術(shù)可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的傳輸。從該技術(shù)具體特征看,作為無線電調(diào)制解調(diào)技術(shù),可用于傳輸距離長(zhǎng)、數(shù)據(jù)量小的場(chǎng)景中,有容量大、功耗低、使用壽命長(zhǎng)特征,對(duì)于該技術(shù)相關(guān)設(shè)備,也有抗干擾能力強(qiáng)、傳輸距離遠(yuǎn)、功耗低與體積小等特點(diǎn),所以應(yīng)用于建筑能耗管理系統(tǒng)中較為適用,無需過多的運(yùn)營(yíng)與維護(hù)成本,且能滿足智能化運(yùn)營(yíng)要求。將LoRa技術(shù)引入下,其中組網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)通過星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)呈現(xiàn),網(wǎng)關(guān)用于終端設(shè)備、云端的連接。網(wǎng)關(guān)與服務(wù)器連接中則借助標(biāo)準(zhǔn)IP實(shí)現(xiàn),終端設(shè)備與網(wǎng)關(guān)通信中主要選擇單跳模式,節(jié)點(diǎn)為雙向通信。另外,從以往實(shí)踐研究發(fā)現(xiàn),LoRa技術(shù)應(yīng)用下,網(wǎng)關(guān)可對(duì)多路信號(hào)同時(shí)接收與處理,網(wǎng)絡(luò)容量較高。由此可見,LoRa技術(shù)的應(yīng)用,除能夠滿 足數(shù)據(jù)傳輸要求外,有低功耗特點(diǎn) ,應(yīng)作為智能建筑能耗管理系統(tǒng)的技術(shù)支撐。
3 智能化能耗管理系統(tǒng)形式與性能
3.1 智能化能耗管理系統(tǒng)解讀
我國(guó)近年來城市發(fā)展中,將智能建筑作為主要方向,這種建筑類型側(cè)重于系統(tǒng)化管理建筑相關(guān)的公共安全問題、設(shè)備管理問題以及信息設(shè)施應(yīng)用問題等,整個(gè)智能建筑集管理、服務(wù)、優(yōu)化于一體,使建筑環(huán)境更具節(jié)能環(huán)保、便捷、安全等特征。我國(guó)相關(guān)建筑設(shè)計(jì)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)中,也對(duì)智能建筑的含義做出相關(guān)界定,認(rèn)為智能建筑實(shí)質(zhì)為統(tǒng)一的建筑環(huán)境,被賦予智能化、節(jié)能化特點(diǎn),特別其中的節(jié)能化,需從管理、設(shè)備與建筑整體上實(shí)現(xiàn)節(jié)能化。而在此基礎(chǔ)上提出的能源管理系統(tǒng),則主要利用自動(dòng)化控制系統(tǒng)完成計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)程序的編寫,程序內(nèi)有多個(gè)指令,用于采集與分析建筑物設(shè)各能耗參數(shù),其中部分指令編寫為操控指令,將在樓字智能控制系統(tǒng)下完成操作過程。
3.2 智能化能耗管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)形式與性能
智能能耗管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā),目的在于實(shí)時(shí)采集建筑樓實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),根據(jù)采集與監(jiān)測(cè)結(jié)果,使遠(yuǎn)程管理與控制有具體依據(jù),由于系統(tǒng)運(yùn)行中強(qiáng)調(diào)對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)控制,所以在設(shè)計(jì)形式上主要為分層分布式,具體結(jié)構(gòu)形式涉及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層、網(wǎng)絡(luò)通訊層與站控管理層。首先,從站控管理層看,該部分處于系統(tǒng)上層部分,涉及的結(jié)構(gòu)設(shè)備包括UPS電源、打印機(jī)以及監(jiān)控主機(jī)等,如監(jiān)控主機(jī)設(shè)備,運(yùn)行中負(fù)責(zé)采集與處理數(shù)據(jù),系統(tǒng)內(nèi)外部數(shù)據(jù)傳輸需經(jīng)過監(jiān)控主機(jī)提供的接入口實(shí)現(xiàn),而UPS作為不問斷電源,為系統(tǒng)提供連續(xù)供電,若出現(xiàn)斷電情況,站控管理層設(shè)備可在UPS電源供電下維持運(yùn)行。軟件方面,利用人機(jī)相容形式,對(duì)各類數(shù)據(jù)做分析、處理,并將結(jié)果利用現(xiàn)場(chǎng)聲音、數(shù)據(jù)或圖形等形式反饋呈現(xiàn)。其次,網(wǎng)絡(luò)通訊層,其構(gòu)成部分包括總線網(wǎng)絡(luò)、以太網(wǎng)設(shè)備、通訊管理機(jī)等,用于數(shù)據(jù)信息交換,將上位機(jī)指令向現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備傳達(dá),確保設(shè)備執(zhí)行控制指令。具體剖析其中的各組成部分,如以太網(wǎng)設(shè)備,主要為以太網(wǎng)交換機(jī),再如通訊管理機(jī),處理采集的數(shù)據(jù),且有前置機(jī)服務(wù)功能,同時(shí)利用光纖、雙絞線作為通信介質(zhì),或通過無線通訊實(shí)現(xiàn)。另外,在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層,其構(gòu)成主要以智能儀表為主,許多能耗數(shù)據(jù)均需由該層上傳與存儲(chǔ),如其中的測(cè)量?jī)x表,數(shù)據(jù)采集過程中在保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性、完整性的基礎(chǔ)上,實(shí)時(shí)將數(shù)據(jù)向數(shù)據(jù)中心傳輸。
4 基于LoRa技術(shù)應(yīng)用下智能建筑能耗管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究
4.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求
智能建筑發(fā)展趨勢(shì)下,建筑物能耗系統(tǒng)近年來也成為較多公共建筑物設(shè)計(jì)中的主要部分,以往系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,主要借助的工具為通訊設(shè)備、計(jì)算機(jī)與測(cè)控單元,系統(tǒng)運(yùn)行中選擇光纖環(huán)網(wǎng)、現(xiàn)場(chǎng)總線等組網(wǎng)方式,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、開關(guān)狀態(tài)監(jiān)測(cè),系統(tǒng)可滿足遠(yuǎn)程控制管理要求。值得注意的是,由于數(shù)據(jù)采集中面臨數(shù)據(jù)點(diǎn)位過于分散情況,所以在數(shù)據(jù)傳輸中需考慮如何解決空間距離跨度過大問題,且要求做好中繼器、網(wǎng)關(guān)設(shè)置等工作。這些均使能耗管理系統(tǒng)應(yīng)用下面臨較多難題。另外,若從建筑的能耗實(shí)際情況看,能耗來源主要集中在動(dòng)力、照明、生活熱水、空調(diào) 、供暖、辦公設(shè)備等方面,能耗表現(xiàn)為水、電、氣等,建筑內(nèi)能源消耗范圍較廣,一般用于能耗問題記錄的主要以冷熱量表、水表與電能表為主,若在數(shù)據(jù)收集中直接借助人工抄表形式實(shí)現(xiàn),要求配以大量的巡查人員,其意味建筑運(yùn)營(yíng)將投入較大的成本。綜合來看,人工抄表形式成本較高,而傳統(tǒng)建筑能耗系統(tǒng)又無法使數(shù)據(jù)傳輸空間距離跨度大等問題解決,所以考慮引入LoRa無線技術(shù),技術(shù)應(yīng)用下強(qiáng)調(diào)向云服務(wù)器中傳輸數(shù)據(jù),而云服務(wù)器中的數(shù)據(jù)可被管理層讀取,這樣在優(yōu)化能耗管理系統(tǒng)下,使能耗管理水平提高,保證建筑能源利用效率,達(dá)到節(jié)能減排的目的。
4.2 數(shù)據(jù)傳輸組網(wǎng)設(shè)計(jì)
本次研究中所選擇的建筑為醫(yī)院建筑,建筑特點(diǎn)表現(xiàn)為各層平面內(nèi)面積較大,包括多個(gè)功能分區(qū),且有較多房間分隔,能耗消耗問題明顯。同時(shí),該建筑以傳統(tǒng)布線方式為主,實(shí)際施工中面臨設(shè)備光纖成本高、施工量大等特征,做智能化建筑能耗管理系統(tǒng)設(shè)計(jì),目前停留在改造階段。改造過程中發(fā)現(xiàn)因電纜井的位置,需重復(fù)進(jìn)行布線,投入成本高,且能源浪費(fèi)明顯,同時(shí)改造時(shí)可能使原有的系統(tǒng)運(yùn)行受到影響。在此背景下,考慮引入LoRa技術(shù),即通過無線數(shù)據(jù)傳輸模式,保證改造進(jìn)程,節(jié)約資源,且降低對(duì)系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)產(chǎn)生的影響。
具體改造設(shè)計(jì)中,LoRa技術(shù)引入下,使整個(gè)系統(tǒng)細(xì)化為4層,分別為網(wǎng)關(guān)、現(xiàn)場(chǎng)采集設(shè)備、終端數(shù)據(jù)處理設(shè)備以及云端。系統(tǒng)中現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集設(shè)備,包括冷熱量表、水表、遠(yuǎn)傳電能表等,借助有線方式與LoRa模塊連接。當(dāng)數(shù)據(jù)信號(hào)被電表采集后,會(huì)向模塊內(nèi)轉(zhuǎn)入并轉(zhuǎn)換,使轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)向LoRa網(wǎng)關(guān)傳入,連接網(wǎng)關(guān)、云端服務(wù)器,這樣便能滿足上傳與管理數(shù)據(jù)的目的。同時(shí),設(shè)計(jì)過程中計(jì)算機(jī)終端主要設(shè)置于管理層,為便于數(shù)據(jù)調(diào)取與能耗情況分析,需將計(jì)算機(jī)終端接入云端服務(wù)器權(quán)限開放。此外,系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)保證數(shù)據(jù)庫(kù)的合理設(shè)計(jì),用于能耗管理相關(guān)數(shù)據(jù)存儲(chǔ),為后續(xù)管理分析提供依據(jù),使建筑能耗管理過程中有相應(yīng)的參考。
另外,將星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)引入到醫(yī)院能耗管理系統(tǒng)中,網(wǎng)關(guān)以透明中繼形式呈現(xiàn),與終端處理設(shè)備、云端服務(wù)器連接,其中終端設(shè)備與多個(gè)網(wǎng)關(guān)間的通信借助單跳模式實(shí)現(xiàn),網(wǎng)關(guān)連接服務(wù)器則需有標(biāo)準(zhǔn)IP。考慮到醫(yī)院系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求,于頂層機(jī)房?jī)?nèi)布置云服務(wù)器、LoRa網(wǎng)關(guān)。有實(shí)踐研究中發(fā)現(xiàn),每平方公里內(nèi),一個(gè)LoRa網(wǎng)關(guān)可與5000個(gè)終端設(shè)備連接。因此,醫(yī)院僅需將 1個(gè)網(wǎng)關(guān)設(shè)置于頂層機(jī)房中既可,既能滿足系統(tǒng)共運(yùn)行要求,且為配置測(cè)試、后期維護(hù)帶來便利,有助于整體成本控制。
4.3 系統(tǒng)應(yīng)用效果
本次研究中所選取的醫(yī)院樓層共5層,涉及的分區(qū)域較多,如急診留觀病房、ICU機(jī)房、綠色急救通道、急診急救大廳、門診掛號(hào)收費(fèi)區(qū)、門診大廳以及設(shè)備機(jī)房等,不同區(qū)域內(nèi)均設(shè)有相應(yīng)的計(jì)量設(shè)備,包括水表、電表等。設(shè)計(jì)過程中借助LoRa模塊將各設(shè)備的數(shù)據(jù)向網(wǎng)關(guān)傳輸,在此基礎(chǔ)上由網(wǎng)關(guān)向云端服務(wù)器上傳存儲(chǔ),通過管理層設(shè)備可對(duì)數(shù)據(jù)調(diào)取分析。同時(shí),本次設(shè)計(jì)中也提及進(jìn)行能耗管理數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)建,所以醫(yī)院在做能耗問題分析中,可直接從中調(diào)取數(shù)據(jù),做分類、匯總,預(yù)測(cè)未來發(fā)展趨勢(shì),在此基礎(chǔ)上制定如何做好能耗管理工工作,達(dá)到節(jié)能降耗的目的。
5 安科瑞用能單位能耗在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
5.1 系統(tǒng)概述
工業(yè)能耗在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是一個(gè)集成Intranet/Internet網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、GPRS無線傳輸技術(shù)、Web Service軟件技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)等于一體的大型數(shù)據(jù)綜合管理系統(tǒng)。系統(tǒng)為管理者、各級(jí)能耗內(nèi)部用戶、瀏覽者提供了一個(gè)訪問的網(wǎng)絡(luò)通道,搭建了一個(gè)合理的信息傳輸平臺(tái)和管理平臺(tái)。工業(yè)能耗在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用為政府管理部門、企業(yè)生產(chǎn)管理、計(jì)量管理、節(jié)能管理提高到一個(gè)新的高度,是我們對(duì)節(jié)能減排、節(jié)能降耗實(shí)現(xiàn)的一種解決方案。
能源組成及監(jiān)測(cè)內(nèi)容:
圖1 能源組成
圖2 監(jiān)測(cè)內(nèi)容
用電類:采集采暖、鍋爐、空調(diào)、制冷、照明、辦公、電梯、水泵、風(fēng)機(jī)、通風(fēng)機(jī)等耗電設(shè)備的用電信息。主要監(jiān)測(cè)其用電量,對(duì)于大耗電設(shè)備監(jiān)測(cè)其電流、電壓及功率因數(shù)等信息。
配電類:采集6kv/10kv配電開關(guān)設(shè)備、變壓器,狀態(tài)信號(hào)、電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、電能質(zhì)量、電能等。
用水:自來水和蒸汽;采集具有485通訊功能的智能熱量表、蒸汽流量計(jì)、水表等;
用氣:煤氣、天然氣;采集具有485通訊功能燃?xì)獗恚?/p>
環(huán)境參數(shù):采集具有485通訊功能的溫度/濕度計(jì);采暖空調(diào)供回水溫度;
5.2 系統(tǒng)框架
圖3 系統(tǒng)框架
(1)能源消費(fèi)管理系統(tǒng):該系統(tǒng)可以對(duì)=用能企業(yè)煤、電、油、氣、熱、水等能源和耗能工質(zhì)進(jìn)行定期錄入和實(shí)時(shí)采集,并將收集到的能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行整理存儲(chǔ),為匯總分析和上報(bào)作數(shù)據(jù)支持。
(2)能源利用狀況信息報(bào)送系統(tǒng)
用能企業(yè)可通過該系統(tǒng)將企業(yè)本年度的《能源利用狀況報(bào)告》,報(bào)送至市節(jié)能監(jiān)察中心,經(jīng)初審核后,上傳至省節(jié)能監(jiān)察總隊(duì)審核,而后上報(bào)國(guó)家有關(guān)部門。
(3)單位能耗水平識(shí)別評(píng)價(jià)系統(tǒng)
利用用能單位能耗數(shù)據(jù),對(duì)企業(yè)用能狀況進(jìn)行分析評(píng)價(jià),查找問題。為政府節(jié)能管理部門掌握、分析信息和研究節(jié)能改造并制定相關(guān)政策措施提供科學(xué)的依據(jù)和平臺(tái)。
(4)決策服務(wù)和專家咨詢服務(wù)系統(tǒng)
系統(tǒng)提供直觀、簡(jiǎn)明、快捷的數(shù)據(jù)信息查詢和決策支持服務(wù)。對(duì)用能企業(yè)的能耗進(jìn)行科學(xué)、合理的咨詢指導(dǎo),幫助用能企業(yè)做出及時(shí)、正確、可行的解決方案。
(5)能耗預(yù)測(cè)、能源安全預(yù)警系統(tǒng)
通過系統(tǒng)掌握用能企業(yè)能源購(gòu)置、使用、消耗及生產(chǎn)情況,對(duì)企業(yè)的用能情況進(jìn)行綜合的評(píng)判和分析,對(duì)比同期值和限定值,對(duì)能耗超標(biāo)情況予以預(yù)警提示。
在獲取能源使用的基礎(chǔ)上,進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘分析,實(shí)現(xiàn)能耗的預(yù)測(cè)分析功能,為政府相關(guān)部門的宏觀決策提供支撐體系。
(6)節(jié)能監(jiān)察及信息發(fā)布、法律法規(guī)知識(shí)培訓(xùn)系統(tǒng):
通過該系統(tǒng)平臺(tái),可對(duì)耗能企業(yè)做節(jié)能監(jiān)察工作;發(fā)布節(jié)能法律法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)以及能源基礎(chǔ)知識(shí)、能源統(tǒng)計(jì)知識(shí)、節(jié)能監(jiān)測(cè)方法等資料;處理日常節(jié)能管理工作相關(guān)的公文、通知、公告等。
5.3 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)把數(shù)據(jù)信息從各個(gè)企業(yè)的能源監(jiān)控中心采集到后臺(tái)的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng),經(jīng)分析與處理,提供分析預(yù)測(cè)和預(yù)警功能。同時(shí)通過門戶網(wǎng)站、無線終端等手段為省、市領(lǐng)導(dǎo)以及相關(guān)委辦局提供了多方位、可視化的便捷服務(wù)。
圖4 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
5.4 能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)產(chǎn)品選型
6 結(jié)論
LoRa技術(shù)的應(yīng)用為智能化建筑能耗管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供保障。設(shè)計(jì)做系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,應(yīng)正確認(rèn)識(shí)到LoR a技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢(shì),包括低功耗傳輸、遠(yuǎn)距離傳輸?shù)?,在此基礎(chǔ)上結(jié)合建筑能耗管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求,將LoRa技術(shù)引入其中。具體設(shè)計(jì)中,主要需從數(shù)據(jù)傳輸組網(wǎng)設(shè)計(jì)上著手,保證滿足網(wǎng)關(guān)、現(xiàn)場(chǎng)采集設(shè)備、終端數(shù)據(jù)處理設(shè)備以及云端各部分運(yùn)行要求,這樣整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行下能夠?qū)崿F(xiàn)能耗相關(guān)數(shù)據(jù)的收集、分類、處理等,通過分析數(shù)據(jù)并預(yù)測(cè),為后續(xù)能耗管理工作提供依據(jù),推動(dòng)智能建筑的建設(shè)發(fā)展 。
請(qǐng)輸入賬號(hào)
請(qǐng)輸入密碼
請(qǐng)輸驗(yàn)證碼
以上信息由企業(yè)自行提供,信息內(nèi)容的真實(shí)性、準(zhǔn)確性和合法性由相關(guān)企業(yè)負(fù)責(zé),化工儀器網(wǎng)對(duì)此不承擔(dān)任何保證責(zé)任。
溫馨提示:為規(guī)避購(gòu)買風(fēng)險(xiǎn),建議您在購(gòu)買產(chǎn)品前務(wù)必確認(rèn)供應(yīng)商資質(zhì)及產(chǎn)品質(zhì)量。