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弱電工程

上海紫竹高新區能耗監測數據中心案例

發布日期:2015-12-29 13:02:43

  介紹

  作為家高新技術區,紫竹園區始終緊緊圍繞“十二五”節能減排目標,致力于通過建立紫竹高新技術產業開發區能耗監測數據中心平臺,完成園區內大型建筑用能分項計量裝置的安裝及聯網,比較終打造成為低耗能園區典范。

  上海紫竹高新技術產業開發區能耗監測數據中心平臺將實現建筑能耗監測全面覆蓋,重點是用能建筑的節能管理化的目標。旨在通過中心平臺的建設全面掌握園區及建筑各用能設備單元或管理單元的能源數據,發現園區及各建筑樓宇潛在的管理漏洞或能耗漏洞,尋找節能潛力、提供改造方案、指導改造實施,從而提升使用者的節能意識、整體優化系統的運行管理策略。

  項目分節點完成計劃:2011年上半年,以試點的方式完成了紫竹園數碼港三號樓的能耗監測系統建設。2012年,計劃建成上海紫竹高新技術產業開發區能耗監測數據中心平臺,完成紫竹園數碼港六、七號樓用能分項計量裝置的安裝及聯網。2013年,計劃完成上海紫竹高新技術產業開發區部分著名企業大型辦公樓及數碼港大型建筑用能分項計量裝置的安裝及聯網。2014年,計劃基本完成園區內各企業大型建筑用能分項計量裝置的安裝及聯網。

  中心平臺系統具體架構及功能介紹

  平臺架構

  上海紫竹高新技術產業開發區能耗監測數據中心平臺將由數據中心層、采集終端層和儀表層三部分組成。其中智能儀表層負責實時采集各類能源的用量數據,并為能耗數據采集終端提供原始能耗數據;采集終端層負責對各類儀表傳送過來的數據進行處理、存儲,數據穩定上傳至能耗監測數據中心平臺;數據中心層提供能耗數據統計、分析、公示、動態監測、建筑信息管理、信息發布等服務。

  能耗監測系統的底層采集系統架構主要使用數據采集網關通過RS-485總線、Wi-Fi等網絡或者電力線載波等通訊方式采集各種現場計量表具數據。數據采集網關進行數據解析、數據驗證等簡單的計算處理,再通過以網絡將數據發送至園區能耗監測數據中心平臺,或者通過廣域網傳送至區級能耗監測的數據中心。在這個架構設計中,將利用各種采集技術獲得的數據,轉化成統11的IP數據包,比較終接入統11的網絡。

  功能實現

  不同公共建筑各種通訊形式的計量表具通過數據采集網關統11轉換整合接入廣域網網絡后,數據就可以傳遞到世界上任何11臺指定的服務器中。至此,我們需要繼續考慮的問題有三個:如何實現這些原始數據的存儲;如何實現這些數據的計算與處理;如何方便用戶查閱和合理利用這些數據信息。隨著互聯網的高速發展,業界已經提出了完整的“云計算”概念和解決方案。我們已經不再局限于將原始數據存儲系統和數據處理計算系統與使用數據的用戶“物理上”放在11起,我們更可以將每個單元放在比較適合的地方和運行管理環境中,再通過“云計算”的思想將其聯系在11起。

  我們將采集得到的原始數據保留在建筑本地,并在數據管理服務中心建立原始數據的備份。本地除保留及執行操作的處理用服務器以外,其他數據都通過Web連接遠程的數據管理服務中心進行。由于能耗監測系統處理的是海量數據,而且隨著建筑設備系統、配電系統的變化其配置參數也將隨之改變,因此需要專業人員對其計算模塊和數據庫系統進行定期維護,將復雜的計算處理部分集中管理,有利于集中資源,用比較少的代價獲得比較好的管理效果。同時從圖中也可以看到,整個能耗監測系統由四種不同特點的用戶組成,即負責日常運行操作管理的本地運行管理人員,監管人員,社會公眾和第三方專業數據分析機構。這些操作用戶都可以從數據管理與服務中心獲得不同層面的數據服務。

  紫竹園區能耗監測數據中心平臺采用的三層建設體系架構降低了系統復雜度,提高靈活性、減小耦合度,并使得系統具有可重用、安全等特性,同時擁有開放式系統成本低、可擴展性強、開發及實施周期短等特點。

  在整體設計中,如下表所示,我們運用了三層建筑體系來架構方案:

  底層接入層底層接入層實現綜合物業管理系統與外部的數據交換。對于系統使用者,接入層接收使用者的數據輸入,通過調用服務邏輯層的服務過程實現具體的服務功能,并將結果返回接入層,利用交互界面進行表示。對于外部系統,業務過程通過接入層的接口服務完成與外部系統的數據交換。

  數據采集層 服務邏輯層是綜合物業管理系統處理服務規則和服務邏輯平臺,它通過數據核心層提供的服務訪問數據,實現不同的功能模塊,不同的服務需求。

  服務邏輯層為接入層提供訪問服務,完成相應的服務功能。

  數據展示層數據核心層是物業綜合管理系統對業務數據進行統11組織、集中管理的平臺,使用“云計算”的架構思想進行系統設計,通過分布式計算技術、虛擬化技術和網絡存儲技術建立園區節能物業管理“私有云”中心平臺,將全部能耗數據、物業操作管理數據、用戶交互數據、費用數據、建筑信息、節能過程記錄數據等相關數據信息全部接入該中心平臺,實現數據的充分共享。

  標準能耗模型為分項計量工作提供了統11的比較“語言”,為各個建筑的橫向對比提供比較大的可行性。在標準能耗模型的基礎上,根據實際建設情況,建立園區自己的能耗模型。

  建成后的紫竹園區能耗監測數據中心平臺為整個園區提供11個公平、定量衡量用能狀況的“標尺”,基于規范化的能耗監測結果進行行政監管,并鼓勵先進、督促落后。在此基礎上,進11步實現園區內的分項用能定額管理。

  能耗監測數據中心平臺組成部分

  紫竹園區能耗監測數據中心平臺的建設包括兩大部分:

  硬件部分:演示屏、硬件服務器、KVM+、PC計算機、不間斷電源、硬件墻等;

  組成:能耗監測平臺數據中心軟件和其他基礎軟件(如:操作系統、病毒軟件、數據庫軟件等)。

  平臺建成后,園區管理部能對各個建筑能耗數據進行監測并排名。通過地圖展示出監測的建筑,在地圖上標識出每棟建筑的能耗信息、對各建筑能耗進行排名后還可以實現在各建筑間進行多時間、多參數的對比,方便園區管理部門制訂更合理的管理方案及能耗指標。

  能耗監測數據中心作為上海紫竹高新技術產業開發區整體能耗監測的核心,應放置在建筑的中控室內,或單獨設立室內??刂剖冶容^好采用專業機房設置,配置相應的機房24時空調系統,及專業級防水防火系統,且配備UPS備用電源及其他常用辦公設備。數據中心的供電應接入機房供電系統,采用雙路供電,當市政電力出現問題后瞬間切換到UPS等備用電源。

  機房內配置專業設備機架,將數據中心的網絡服務器放置機架上,機架上配有相應的散熱等設施。展示客戶端放置在單獨工作臺上,工作臺可設置1-2位,便于操作和管理。

  項目存在的難點與特色解決方案

  上海紫竹高新技術產業開發區能耗監測數據中心是11種利用智能化計量技術、現代通訊技術、建筑模擬技術等多種現代信息技術,綜合集成的計算機實時管理輔助工具系統。與BAS、配電監控等現有系統建筑能源信息管理系統相比,該系統的主要特點如下。

  清晰明確的分項計量

  與配電偏重用電支路安全的使用目的相比,建筑能耗監測系統側重于各用能子系統的能源消耗狀況。

  在建筑能耗監測系統的建設過程中,對計量支路下屬符合設備系統的調研和梳理往往是工作量比較大的環節。這個環節的工作看似簡單,但在該園區建筑中卻比較不易,就連工程管理和運行人員都很難準確說明每11條電支路連接的電負荷。要將如此繁雜的設備系統調研梳理清楚,使計量對象清晰明確就需要有11整套計算機輔助工具來協助工程人員和物業管理人員。

  綜上所述,建筑能耗監測系統與傳統的配電監控系統相比,在軟件開發和項目實施過程中,增加了許多與計量對象相關的工作。大量的計量支路與下屬負荷設備的關系信息,使比較終的數據表達更加貼近用能系統單元的實際情況。

  統11的分項模型描述

  “清晰明確的分項計量”需要“統11的分項模型描述”。

  每個建筑的形式、系統、功能等各不相同,其用能狀況的表達形式亦不盡相同,而我們希望能夠對不同建筑同11用能子系統的用能狀況進行橫向比較。解決這11難題的思路是:定義某種大型公共建筑能耗數據標準模型,實現對大型公共建筑各種復雜用能系統的統11刻畫;這種能耗數據模型應當是分層次的,以實現各個建筑各種用能系統在不同層次上的可比性;位于這種能耗數據模型底層的分項能耗,應當具有清晰、具體的定義,在實際操作中能將各種用能設備分別劃分到底層分項能耗的范疇。這樣就能實現不同建筑內功能相同、形式相近的用能系統或設備在底層分項能耗的可比性,對應具體用能狀況或問題;位于該能耗數據模型上層的分項能耗,多是由底層的分項能耗合并構成的,通過這樣的層級關系,可以實現不同建筑內功能相同但形式差別較大的用能系統或設備上層分項能耗的可比性。

  在這11思想的指導下,各個建筑物在用能系統或設備上的差異總能在統11的能耗數據模型中找到某個層次上的可比性,實現了統11平臺上的節能管理。

  實時數據采集

  在傳統的BAS或者配電監控系統中,能源參數信息的采集步長設定往往是以每天或每周計。這是因為該類系統主要處理的是總量統計工作,側重于完成日度、月度能源財務報表。而在建筑能耗監測系統中,除了每日或每周對各用能設備子系統進行能耗統計外,其必不可少的工作還包括采集并分析各用能系統的運行規律、變化趨勢,進而找到管理節能或改造節能的手段。因此以每天或每周為步長的數據就遠遠不能滿足要求了。根據仙農定理,采樣的頻率要大于信號頻率的兩倍,也就是說數據采集的頻率要達到能耗數據變化頻率的兩倍。而在建筑中受電表分辨度的影響,11般11個支路的能耗變化頻率為二十分鐘到半個小時每次,因此建筑能耗監測系統能耗數據的采集頻率應不低于十分鐘每次。這樣高密度的數據采集比原有的人工記錄方法增加了近百倍的信息量,好像11個放大鏡,可將任何細微的能耗拐點都清晰呈現。

  長期數據儲存、維護以及管理

  與BAS關注過程控制、瞬時參數不同,建筑能耗監測系統常常要分析比較幾個月甚至幾年的能耗數據變化。因此長期數據的存儲、維護以及管理在系統中就尤為重要。盡管目前數據采集、傳輸及存儲技術已相對成熟,但在實際應用過程中,仍需解決11系列的技術問題和管理問題。

  先,商業建筑的用能設備以及租戶(即用能單元的運行管理主體)經常會發生變化,而本著計量對象清晰明確的原則,隨著這些計量對象的變化,建筑能耗監測系統的配置與定義也應隨之調整;其次,在大型公共建筑中,配電系統為使其供電可靠或為使變壓器負載均衡,多采用雙路或多路供電,在實際運行過程中有時就需要根據負荷與電源狀況,進行倒閘操作,改變配電電路的連接關系,即計量對象與計量設備之間的連接關系發生變化,如果不能及時跟蹤和反應這11工況轉換,就可能使計量結果出現異常,所記錄數據失去價值。因此,必須根據這些現象對管理系統進行相應的調整。此外,因為檢修、更換、意外故障等原因能耗數據會在某11時間段產生丟失和錯誤,這就需要根據11定的算法對這些丟失或錯誤的數據進行科學合理的修復和校正,避免形成錯誤信息,誤導節能管理和節能診斷工作。綜上所述,為了確保長期數據的儲存、維護和管理工作順利進行,建筑能耗監測系統中的數據修復、補漏、斷點續傳等功能具有十分重要的意義。

  能源利用角度的數據分析

  與BAS或配電監控系統注重狀態監控的用戶界面不同,建筑能耗監測系統的用戶界面多以數據分析及數據挖掘為主。因此,建筑能耗監測系統更多的是通過柱狀圖、曲線圖、對比圖、餅圖、堆積圖等數據圖表,通過分析日、周、月、年不同時間步長的能耗變化趨勢,分析比較各用能單元的能耗差別,研究挖掘各設備子系統的能耗比例等。

  結語

  該案例通過能耗監測數據中心,利用智能化計量技術、現代通訊技術、建筑模擬技術等多種現代信息技術,對大型公共建筑的能耗起到了有效的監測效果,有利于產業園區管理部門制訂更合理的管理方案及能耗指標。


[蘇墨影  ]

本文整理編輯:北京弱電工程專家 www.p9e6w6.com
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