一、背景

當前，隨著我國城市化水平不斷提高，能源的匱乏和社會對能源需求的不斷增大已成為制約社會不斷進步發展的突出矛盾。根據發達國家的經驗，隨著城市化進程的不斷推進和人民生活水平的不斷提高，建筑能耗的比例將持續增加并達到總能耗的33%左右，最終將超越公共工業、交通等行業而最終成為能耗的首位。其中國家機關辦公建筑和大型公共建筑年耗電量約占全國城鎮總耗電量的22%，每平方米年耗電量是普通居民住宅的10～20倍，是歐洲、日本等發達國家同類建筑的1.5～2倍。

在此背景下，根據近30年來能源界的研究和實踐，目前普遍認為建筑節能是各種節能途徑中潛力最大、最為直接有效的方式，是緩解社會經濟發展與能源供應不足這對矛盾最有效的措施之一，也將成為提高社會能源使用率的首要因素。對此，提出一套全面、系統且有效的能耗管理一體化解決方案迫在眉睫。

二、建設目標

本次項目旨在通過該建筑能耗綜合管理系統，搭建一個完整的集建筑能耗實時計量、統計分析、管理體系為一體的實時管理數字化平臺，在保障信息安全的前提下實現能耗數據的公開化、透明化，進而實現能耗定額管理和無成本低成本能耗管理，建立一套科學的能耗管理制度體系。

三、總體設計方案

該方案集云計算、物聯網技術、智能安全隔離“防火墻”、集中管理模式于一體，采用分層分布式的一體化設計思路，在保障整個系統信息安全的基礎上，構建了一套可靠性強、效率高、共享度高的公共機構節能監管平臺。該平臺基于強大的公共建筑能耗監測數據庫，實現公共建筑能耗監測信息化功能，并基于完整的用能在線綜合評價模型和節能量在線統計模塊逐步開展能效測評、用能標準、能效公示、用能定額、節能服務等各項業務。          

整體解決方案的總體架構包括現場設備層、網絡通訊層、監控管理層。采用分布式系統拓撲結構，樓宇自控系統接口、建筑物能耗監測系統網絡接口利用弱電系統中的樓宇設備網絡為載體，保證了系統的經濟性、實用性，可避免重復投資。

3.1現場設備層：

現場數據終端采集設備采用UW2100可編程控制器，該硬件設備具有強大的通訊能力：自帶RS485通訊接口，支持主從MODBUS-RTU協議；支持數據定時發送；可連接電表、水表、流量計、變頻器等, 同時可作為DCS或PLC的I/O遠程站使用；具有強大的網絡能力：支持以太網/GSM無線通訊；系統規模強大：單個站規模AIO:32點/DIO:32點，系統最大規模AIO:16384點/DIO:16384點；且可做到用戶程序代碼、配置數據永久保存，不受斷電影響，CPU模塊實時數據保存可選；遵循IEC61131-1國際組態語言標準，保持標準靈活的同時，實現算法的多方位轉化，支持子算法塊概念，算法圖元綁定并可提供接口支持第三方算法接入。

3.2網絡通訊層

基于UW2100可編程控制器硬件強大的通訊功能，通過標準Modbus-RTU協議主動向安裝在受監測點的各用能用水點的具遠傳功能的計量儀表采集相關數據，并通過GPRS無線模塊以GSM通訊方式傳輸匯總至公共機構節能監管平臺集中綜合統一處理。GPRS是一種新型的移動通訊業務，在移動用戶和數據網絡之間建立一種連接，給移動用戶提供高速無線IP或X.25服務，GPRS采用分組交換技術，每個用戶可同時占用多個無線信道，同時一個無線信道又可以供多個用戶共享，資源被有效的利用，數據闡述速率高達160Kbps,使用GPRS通訊方式實現數據的分組發送和接收，用戶永遠在線且按流量計費，高速且降低服務成本。

基于GPRS的建筑能耗節能監管安全系統具有以下特點：

a) 永遠在線：GPRS DTU一開機即可自動附著至GPRS網絡上，并與數據中心建立通信鏈路，隨時接受發送用戶數據設備的數據，功能強大，具有高實時性；

b) 按流量計費：GPRS DTU一直在線，按照接收和發送的數據包的數量來收取費用，沒有數據流量傳遞時不收取費用，節約成本；

c) 高速傳輸GPRS網絡的傳輸速度最快可達到160Kbps，速度的高低取決于移動運營商的網絡設置，根據中國移動的網絡情況，目前可提供20~40 Kbps的穩定數據傳輸；

d) 組網簡單、迅速、靈活，GPRS無線系統可以通過Internet網絡隨時隨地的構建覆蓋全中國的虛擬移動通信準用網絡，為廣大中小用戶提供接入便利，節省接入投資

3.3監控管理層

公共機構節能監管平臺基于杭州優穩自動化系統有限公司全自主知識產權的UWin Pro監控管理軟件進行集中分析、判斷、評估、管理、記錄等。UWin Pro監控管理軟件集工程管理器（UWinWks）、系統硬件配置軟件（UWinCFG）、實時數據庫（UWinRDB）、歷史記錄組態（UWinHDB）、設備管理器（UWinDev）、畫面開發系統（UWinView）、報警組態管理軟件（UWinAlarm）、算法編輯器（UWinIEC）、時間序列分析軟件（UWinSOE）、WEB服務器（UWinWEB）于一體，單一軟件即可實現現場數據采集、算法執行、實時數據庫和歷史數據處理、報警和安全機制、流程控制、畫面顯示、趨勢曲線和報表輸出以及監控網絡等功能。各部分分別運行在不同的硬件平臺上，通過控制網絡和系統網絡交互各種數據、管理和控制信息，協調一致地完成整個建筑能耗節能監管安全系統的各項功能。

四、系統功能

建筑能耗節能監管安全系統集監、控、管于一體。主要實現以下功能：

1）全面管理各類用能設備，建立全景數據庫，采集能耗監測數據，建立能耗數據模型，為后期能耗數據分析、節能診斷提供數據基礎。

2）開展能耗數據統計分析工作，分析、判斷和評價能源消耗的構成、變化規律以及能源利用效率等，為后期節能改造的效果評估提供定性或定量的依據。

3）針對能耗數據分析的結果，判定能源消耗水平，對能源消耗情況提出一套完整的診斷流程，并開展節能診斷工作，得出節能診斷結果。

4）整合各類建筑管理系統，建立能源消耗評價體系，根據節能診斷結果，對建筑節能進行優化設計，得出節能改造方案。

5）落實節能方案，改造用能設備，管理用能習慣，通過智能化控制系統全面實現建筑節能目標。

建筑能耗節能監管安全系統功能樹

五、監控界面

本次建設的公共機構節能監管平臺的監控界面主要包括：能耗總覽、地圖總覽、基本信息、能耗動態、建筑能耗分析、公共機構能耗分析、行政區域能耗分析、能耗考核、能耗接收和上傳、系統管理。通過這些功能模塊，可以實現能耗數據的采集、監測、統計、分析、診斷，為行政中心公共建筑能源管理和節能改造提供有力的數據支持和科學依據。

建筑能耗節能監管安全系統總監控界面

建筑能耗節能監管安全系統區域分項監控界面

實時監測-數據分析截圖

采集監測監控界面