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上海紫竹高新区能耗监测数据中心案例

来源:本站 日期:2013/3/19 15:40:25 作者:eastnet

摘要:作为国家高新技术区,紫竹园区始终紧紧围绕“十二五”节能减排目标,致力于通过建立上海紫竹高新技术产业开发区能耗监测数据中心平台,完成园区内大型建筑用能分项计量装置的安装及联网,最终打造成为低耗能园区典范。

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  中心平台系统具体架构及功能介绍

  项目介绍

  作为国家高新技术区,紫竹园区始终紧紧围绕“十二五”节能减排目标,致力于通过建立上海紫竹高新技术产业开发区能耗监测数据中心平台,完成园区内大型建筑用能分项计量装置的安装及联网,最终打造成为低耗能园区典范。

   上海紫竹高新技术产业开发区能耗监测数据中心平台将实现建筑能耗监测全面覆盖,重点是用能建筑的节能管理数字化的目标。旨在通过中心平台的建设全面掌握 园区及建筑各用能设备单元或管理单元的能源数据,发现园区及各建筑楼宇潜在的管理漏洞或能耗漏洞,寻找节能潜力、提供改造方案、指导改造实施,从而提升使 用者的节能意识、整体优化系统的运行管理策略。

  项目分节点完成计划:2011年上半年,以试点的方式完成了紫竹园数码港三号楼的能耗监 测系统建设。2012年,计划建成上海紫竹高新技术产业开发区能耗监测数据中心平台,完成紫竹园数码港六、七号楼用能分项计量装置的安装及联网。2013 年,计划完成上海紫竹高新技术产业开发区部分著名企业大型办公楼及数码港大型建筑用能分项计量装置的安装及联网。2014年,计划基本完成园区内各企业大 型建筑用能分项计量装置的安装及联网。

  中心平台系统具体架构及功能介绍

  平台架构

   上海紫竹高新技术产业开发区能耗监测数据中心平台将由数据中心层、采集终端层和智能仪表层三部分组成。其中智能仪表层负责实时采集各类能源的用量数据, 并为能耗数据采集终端提供原始能耗数据;采集终端层负责对各类仪表传送过来的数据进行处理、存储,数据稳定上传至能耗监测数据中心平台;数据中心层提供能 耗数据统计、分析、公示、动态监测、建筑信息管理、信息发布等服务。

  能耗监测系统的底层采集系统架构主要使用数据采集网关通过RS- 485总线、Wi-Fi等无线网络或者电力线载波等通讯方式采集各种现场计量表具数据。数据采集网关进行数据解析、数据验证等简单的计算处理,再通过以网 络将数据发送至园区能耗监测数据中心服务器平台,或者通过广域网传送至区级能耗监测的数据中心。在这个架构设计中,将利用各种采集传输技术获得的数据,转 化成统一的IP数据包,最终接入统一的网络。

   数据中心监测系统结构

  功能实现

   不同公共建筑各种通讯形式的计量表具通过数据采集网关统一转换整合接入广域网网络后,数据就可以传递到世界上任何一台指定的服务器中。至此,我们需要继 续考虑的问题有三个:如何实现这些原始数据的存储;如何实现这些数据的计算与处理;如何方便用户查阅和合理利用这些数据信息。随着互联网的高速发展,业界 已经提出了完整的“云计算”概念和解决方案。我们已经不再局限于将原始数据存储系统和数据处理计算系统与使用数据的用户“物理上”放在一起,我们更可以将 每个单元放在最适合的地方和运行管理环境中,再通过“云计算”的思想将其联系在一起。

  我们将采集得到的原始数据保留在建筑本地,并在数 据管理服务中心建立原始数据的备份。本地除保留报警及执行操作的处理用服务器以外,其他数据都通过 Web连接远程的数据管理服务中心进行。由于能耗监测系统处理的是海量数据,而且随着建筑设备系统、配电系统的变化其配置参数也将随之改变,因此需要专业 人员对其计算模块和数据库系统进行定期维护,将复杂的计算处理部分集中管理,有利于集中资源,用最少的代价获得最好的管理效果。同时从图中也可以看到,整 个能耗监测系统由四种不同特点的用户组成,即负责日常运行操作管理的本地运行管理人员,监管人员,社会公众和第三方专业数据分析机构。这些操作用户都可以 从数据管理与服务中心获得不同层面的数据服务。

  紫竹园区能耗监测数据中心平台采用的三层建设体系架构降低了系统复杂度,提高灵活性、减小耦合度,并使得系统具有可重用、安全等特性,同时拥有开放式系统成本低、可扩展性强、开发及实施周期短等特点。

  在整体设计中,如下表所示,我们运用了三层建筑体系来架构方案:

   底层接入层底层接入层实现综合物业管理系统与外部的数据交换。对于系统使用者,接入层接收使用者的数据输入,通过调用服务逻辑层的服务过程实现具体的服 务功能,并将结果返回接入层,利用交互界面进行表示。对于外部系统,业务过程通过接入层的接口服务完成与外部系统的数据交换。

  数据采集层 服务逻辑层是综合物业管理系统处理服务规则和服务逻辑平台,它通过数据核心层提供的服务访问数据,实现不同的功能模块,不同的服务需求。

  服务逻辑层为接入层提供访问服务,完成相应的服务功能。

   数据展示层数据核心层是物业综合管理系统对业务数据进行统一组织、集中管理的平台,使用“云计算”的架构思想进行系统设计,通过分布式计算技术、虚拟化 技术和网络存储技术建立园区节能物业管理“私有云”中心平台,将全部能耗数据、物业操作管理数据、用户交互数据、费用数据、建筑信息、节能过程记录数据等 相关数据信息全部接入该中心平台,实现数据的充分共享。

  标准能耗模型为分项计量工作提供了统一的比较“语言”,为各个建筑的横向对比提供最大的可行性。在标准能耗模型的基础上,根据实际建设情况,建立园区自己的能耗模型。

  建成后的紫竹园区能耗监测数据中心平台为整个园区提供一个公平、定量衡量用能状况的“标尺”,基于规范化的能耗监测结果进行行政监管,并鼓励先进、督促落后。在此基础上,进一步实现园区内的分项用能定额管理。

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  能耗监测数据中心平台组成部分

  紫竹园区能耗监测数据中心平台的建设包括两大部分:

  硬件部分:演示屏、硬件服务器、KVM+机柜、PC计算机、UPS不间断电源电源、硬件防火墙等;

  软件组成:能耗监测平台数据中心软件和其他基础软件(如:操作系统、病毒防护软件、数据库软件等)。

  平台建成后,园区管理部门能对各个建筑能耗数据进行监测并排名。通过地图展示出监测的建筑,在地图上标识出每栋建筑的能耗信息、对各建筑能耗进行排名后还可以实现在各建筑间进行多时间、多参数的对比,方便园区管理部门制订更合理的管理方案及能耗指标。

   能耗监测数据中心作为上海紫竹高新技术产业开发区整体能耗监测的核心,应放置在建筑的中控室内,或单独设立监控室内。控制室最好采用专业机房设置,配置 相应的机房24时空调系统,及专业级防水防火系统,且配备UPS备用电源及其他常用办公设备。数据中心的供电应接入机房供电系统,采用双路供电,当市政电 力出现问题后瞬间切换到UPS等备用电源。

  机房内配置专业设备机架,将数据中心的网络服务器放置机架上,机架上配有相应的散热等设施。展示客户端放置在单独工作台上,工作台可设置1-2位,便于操作和管理。

  项目存在的难点与特色解决方案

  上海紫竹高新技术产业开发区能耗监测数据中心是一种利用智能化计量技术、现代通讯技术、建筑模拟技术等多种现代信息技术,综合集成的计算机实时管理辅助工具系统。与BAS、配电监控等现有系统建筑能源信息管理系统相比,该系统的主要特点如下。

  清晰明确的分项计量

  与配电监控系统偏重用电支路安全的使用目的相比,建筑能耗监测系统侧重于各用能子系统的能源消耗状况。

   在建筑能耗监测系统的建设过程中,对计量支路下属符合设备系统的调研和梳理往往是工作量最大的环节。这个环节的工作看似简单,但在该园区建筑中却非常不 易,就连工程管理和运行人员都很难准确说明每一条电支路连接的电负荷。要将如此繁杂的设备系统调研梳理清楚,使计量对象清晰明确就需要有一整套计算机辅助 工具来协助工程人员和物业管理人员。

  综上所述,建筑能耗监测系统与传统的配电监控系统相比,在软件开发和项目实施过程中,增加了许多与计量对象相关的工作。大量的计量支路与下属负荷设备的关系信息,使最终的数据表达更加贴近用能系统单元的实际情况。

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  统一的分项模型描述

  统一的分项模型描述

  “清晰明确的分项计量”需要“统一的分项模型描述”。

   每个建筑的形式、系统、功能等各不相同,其用能状况的表达形式亦不尽相同,而我们希望能够对不同建筑同一用能子系统的用能状况进行横向比较。解决这一难 题的思路是:定义某种大型公共建筑能耗数据标准模型,实现对大型公共建筑各种复杂用能系统的统一刻画;这种能耗数据模型应当是分层次的,以实现各个建筑各 种用能系统在不同层次上的可比性;位于这种能耗数据模型底层的分项能耗,应当具有清晰、具体的定义,在实际操作中能将各种用能设备分别划分到底层分项能耗 的范畴。这样就能实现不同建筑内功能相同、形式相近的用能系统或设备在底层分项能耗的可比性,对应具体用能状况或问题;位于该能耗数据模型上层的分项能 耗,多是由底层的分项能耗合并构成的,通过这样的层级关系,可以实现不同建筑内功能相同但形式差别较大的用能系统或设备上层分项能耗的可比性。

  在这一思想的指导下,各个建筑物在用能系统或设备上的差异总能在统一的能耗数据模型中找到某个层次上的可比性,实现了统一平台上的节能管理。

  实时数据采集

   在传统的BAS或者配电监控系统中,能源参数信息的采集步长设定往往是以每天或每周计。这是因为该类系统主要处理的是总量统计工作,侧重于完成日度、月 度能源财务报表。而在建筑能耗监测系统中,除了每日或每周对各用能设备子系统进行能耗统计外,其必不可少的工作还包括采集并分析各用能系统的运行规律、变 化趋势,进而找到管理节能或改造节能的手段。因此以每天或每周为步长的数据就远远不能满足要求了。根据仙农定理,采样的频率要大于信号频率的两倍,也就是 说数据采集的频率要达到能耗数据变化频率的两倍。而在建筑中受电表分辨度的影响,一般一个支路的能耗变化频率为二十分钟到半个小时每次,因此建筑能耗监测 系统能耗数据的采集频率应不低于十分钟每次。这样高密度的数据采集比原有的人工记录方法增加了近百倍的信息量,好像一个放大镜,可将任何细微的能耗拐点都 清晰呈现。

  长期数据储存、维护以及管理

  与BAS关注过程控制、瞬时参数不同,建筑能耗监测系统常常要分析比较几个月甚至几年的能耗数据变化。因此长期数据的存储、维护以及管理在系统中就尤为重要。尽管目前数据采集、传输及存储技术已相对成熟,但在实际应用过程中,仍需解决一系列的技术问题和管理问题。

   首先,商业建筑的用能设备以及租户(即用能单元的运行管理主体)经常会发生变化,而本着计量对象清晰明确的原则,随着这些计量对象的变化,建筑能耗监测 系统的配置与定义也应随之调整;其次,在大型公共建筑中,配电系统为使其供电可靠或为使变压器负载均衡,多采用双路或多路供电,在实际运行过程中有时就需 要根据负荷与电源状况,进行倒闸操作,改变配电电路的连接关系,即计量对象与计量设备之间的连接关系发生变化,如果不能及时跟踪和反应这一工况转换,就可 能使计量结果出现异常,所记录数据失去价值。因此,必须根据这些现象对管理系统进行相应的调整。此外,因为检修、更换、意外故障等原因能耗数据会在某一时 间段产生丢失和错误,这就需要根据一定的算法对这些丢失或错误的数据进行科学合理的修复和校正,避免形成错误信息,误导节能管理和节能诊断工作。综上所 述,为了确保长期数据的储存、维护和管理工作顺利进行,建筑能耗监测系统中的数据修复、补漏、断点续传等功能具有十分重要的意义。

  能源利用角度的数据分析

   与BAS或配电监控系统注重状态监控的用户界面不同,建筑能耗监测系统的用户界面多以数据分析及数据挖掘为主。因此,建筑能耗监测系统更多的是通过柱状 图、曲线图、对比图、饼图、堆积图等数据图表,通过分析日、周、月、年不同时间步长的能耗变化趋势,分析比较各用能单元的能耗差别,研究挖掘各设备子系统 的能耗比例等。

  结语

  该案例通过能耗监测数据中心,利用智能化计量技术、现代通讯技术、建筑模拟技术等多种现代信息技术,对大型公共建筑的能耗起到了有效的监测效果,有利于产业园区管理部门制订更合理的管理方案及能耗指标。

                        
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