1、建筑设备自动化建筑设备自动化11基于物联网的建筑能源监控管理系统第11章第11章 基于物联网的建筑能源监控管理系统11.1物联网11.1物联网物联网始于1999年,过去在我国称为传感网。美国Auto-ID研究中心最早提出了“物联网”的概念,当时的物联网是以产品电子代码(Electronic Product Code,EPC)为核心,利用射频识别技术(Radio Frequency Identification,RFID)、无线通信技术等,利用互联网建立起来的。物联网,简而言之就是将各种信息传感设备与互联网结合起来而形成的一个巨大网络,其具有以下三个特征:1)传感器特征2)可靠传递3)智能化特征
2、11.1.1物联网的发展11.1物联网图11-1所示为物联网概念示意图。11.1物联网1.分类物联网是把新一代IT技术充分运用于各行各业中,使物理世界与信息世界相连接。物联网应用有三种架构。(1)RFID(Radio Frequency Identification)RFID即射频识别,常称为感应式电子晶片或近接卡、感应卡、非接触卡、电子标签、电子条码等。(2)基于传感网络的物联网应用架构基于传感网络的物联网应用架构主要是指无线传感网络(Wireless Sensor Networks,WSN),此外还有视觉传感网(Visual Sensor Networks,VSN)及人体传感网(Body
3、Sensor Networks,BSN)等其他传感网。(3)基于M2M(Machine-to-Machine)的物联网基于M2M的物联网应用架构包含有线和无线两种通信方式,其应用最为广泛。11.1.2物联网的应用架构11.1物联网2.物联网的逻辑架构物联网的逻辑架构分三层:感知层、网络层和应用层。在各层之间,信息传递并非单向,可有交互、控制等,所传递的信息也包括位置、质量、颜色等多种静态和动态信息。虽然物联网在建筑、工业、绿色农业、公共安全等领域的具体应用各有特色,但每个应用基本包括感知、网络和应用三个层次,其架构如图11-2所示。11.1物联网(1)感知层感知层处于三层架构的最底层,是物联网
4、发展和应用的基础,具有物联网全面感知的核心能力。(2)网络层在物联网中,网络层是在现有网络的基础上建立起来的,它与目前主流的移动通信网、国际互联网、企业内部网、各类专网等网络一样,特别是当三网融合后,有线电视网也能承担数据传输的功能。(3)应用层应用层是物联网与行业专业技术的深度融合,实现行业智能化。应用层的主要功能是把感知和传输来的信息进行分析和处理,做出正确的控制和决策,实现智能化的管理、应用和服务。第11章 基于物联网的建筑能源监控管理系统11.2基于物联网的建筑能源监测管理系统11.1物联网能源监测管理系统(Energy Management System,EMS),依托计算机网络技术
5、、通信技术、计量控制技术等信息化技术,通过对主要用能单位的能源利用状况进行实时、量化、准确的动态监管,实现能源与节能管理的数字化、网络化和空间可视化,创新能源监督管理模式,支持能源与节能宏观综合决策。能源监测管理系统的基本功能包括:1)能源系统主设备运行状态的监视。2)能源系统主设备的集中控制、操作、调整和参数的设定。3)实现能源系统的综合平衡、合理分配、优化调度。11.2.1能源监测管理系统11.1物联网4)基础能源管理(能耗分户计量和分项计量,能耗考核管理平台,能耗成本核算,能耗分析评价,能耗信息发布,能耗超标提醒报警)。5)能源运行数据的实时、短时归档、数据库归档和即时查询。6)异常、故
6、障和事故处理。能源监测管理系统一般分为企业能源管理系统与民用建筑能源管理系统,不同产业的企业的能源管理系统也有区别。同理,不同建筑功能的民用建筑的能源管理系统也有所区别。例如,办公建筑、商场建筑、宾馆饭店建筑、文化教育建筑、医疗卫生建筑、体育建筑、居住建筑、其他建筑能源监测管理系统等。11.1物联网建筑能源监测管理系统就是将建筑物或者建筑群内的变配电、照明、电梯、空调、供暖、给排水等能源使用状况,实行集中监视、管理和分散控制的管理系统,是实现建筑能耗在线监测和动态分析功能的硬件系统和软件系统的统称。建筑能源监测管理系统的目标是为了对建筑的能耗实现精确的计量,进行能耗分类归总,计算单位平均能耗,
7、并与建筑能耗定额、同行业能源消耗指标比较,查找耗能点和挖掘节能潜力。图11-3所示为民用建筑分项计量示意图。从图中可看出,该系统是按能源种类、用能系统计量。11.2.2建筑能源监测管理系统架构11.1物联网11.1物联网建筑设备监控系统的目标是对建筑内机电设备及环境信息进行实时的监测和控制,实现节能、舒适、高效、安全的目标。建筑设备监测控制系统与建筑能源监测管理系统都是对建筑机电设施的监测控制与管理。按建筑设备监测控制系统与建筑能源监管系统是否集成,分为独立设置的建筑能源监管系统、建筑设备监控与建筑能源监管集成系统、建筑设备监控与建筑能源监管一体化系统。按是否基于物联网分类,有常规的建筑能源监
8、管系统与基于物联网的建筑能源监管系统。11.1物联网常规的建筑能源监测管理系统由现场监控层、通信层、站控层三层结构组成。(1)现场监控层数据感知层能实现现场数据采集和就地显示功能等。(2)通信层通信层是系统信息交换的桥梁,它使系统能适应不同的通信网络拓扑结构,主要由数据采集器、以太网交换机、通信介质等组成。(3)站控层站控层即能耗计量监测管理应用系统,通过软件平台,通过Web界面,负责完成对整个能源管理系统数据的采集、处理、显示和监视功能,实现人机交互、数据展现、数据分析功能,搭建能源使用节约化模型并进行效果预测等。也可实现任意地点、任意时间上网查询数据。11.2.3常规的建筑能源监测管理系统
9、11.1物联网2.建筑能源监管与建筑设备监控一体化系统独立设置建筑能源监管系统存在着重复投资、是否优化控制的问题。无论是能源管理系统还是楼控系统,都是体现建筑内机电设备的特征之一,因此,两者结合才能描述完整的建筑内机电设备状态和环境状态,又可以节省投资。11.1物联网基于物联网的建筑能源监测管理系统有以下三类:独立的能源管理系统、建筑设备监控与建筑能源监管集成系统、建筑设备监控与建筑能源监管一体化系统。1.独立的能源管理系统目前,智能建筑内BAS仅仅作为设备状态监视和自动控制使用,在能耗计量和能源管理方面应用较少,不能满足能源管理的需求,因而对于这类既有的智能建筑,可在智能建筑内部建立一个独立
10、的能源管理系统,如图11-5所示。系统结构自下至上可分为感知层、传输层、应用层三部分。11.2.4基于物联网的建筑能源监测管理系统11.1物联网(1)感知层感知层主要包括各个具有通信功能的计量仪表,有电表、水表、气(煤气或天然气)表、冷(热)表、风量计、液位计、流量计等,这些计量仪表按照能耗分类分项计量的要求设置,具备直接数字输出和传输的接口。(2)传输层采用通信管理机和集成网络技术,完成能源管理系统与感知层的各类装置通信,可以采集各类装置的数据、参数,初步处理后集中打包传输到应用层,同时作为中转单元,接收应用层下发的控制信号,转发给感知层各类装置。(3)应用层即能源管理系统服务平台,主要负责
11、将通信间隔层上传的数据解包,实现能耗的计量和数据分析。包括实物量、总能耗量以及能耗指标、分类能耗指标与分项能耗指标。11.1物联网2.建筑设备监控与建筑能源监管集成系统能源管理系统对建筑内的能耗进行统计分析,缺乏对建筑内能耗设备的控制与管理,也就仅仅是停留在统计能耗数据的水平。将能源管理系统集成到BMS平台后,通过平台的Web技术可以访问智能建筑内的能源管理系统,读取能源管理系统的能耗数据信息,进行分析处理之后,再通过建筑设备监控系统的作用进行设备与系统的控制管理,从而实现各个子系统之间信息资源的共享以及统一控制管理。BMS可以实现智能建筑内各智能化子系统之间的互操作、联动控制等,可以根据能耗
12、统计分析结果,优化控制耗能设备与系统。11.1物联网智能建筑能源管理系统和建筑内其他智能化子系统可能使用多种不同的数据通信协议,利用OPC技术使用户能够通过一致的接口进行数据访问,集成至统一的BMS管理平台进行统一的数据分析与管理。这些系统通常采用的通信协议有RS-232、RS-485、BACnet、LonWorks、Network API、Modbus、SDK、DDE等,不管是基于何种协议,都可以利用OPC技术接入集成平台。能源管理系统(EMS)集成的总体方案如图11-6所示。11.1物联网3.建筑设备监控与建筑能源监管一体化系统建筑设备监控与建筑能源监管一体化系统是利用建筑设备监控中已有的
13、数据,结合新加入的感知硬件的数据,上传至建筑能源管理系统服务器。方案设计框架图如图11-7所示。有线通信方式信号稳定且成本较低,但如果全部使用有线连接方式则会因为线缆过长而使信号过渡衰减;无线通信方式易于安装、施工便利,但是信号稳定性不如有线方式,而且成本也较高。所以网络架构的理想方式为有线和无线连接相结合,网络架构图如图11-8所示。11.1物联网复习思考题11-1什么是物联网?物联网与互联网相同吗?11-2简述物联网应用架构分类和物联网的特征。11-3简述建筑智能化的组成及结构。11-4简述建筑能源管理系统。11-5什么是建筑监测管理系统一般分为几类?11-6简述常规的建筑监测管理系统与基于物联网的能源监测管理系统的异同点。第11章 基于物联网的建筑能源监控管理系统谢谢
