辦公用能的預(yù)測(cè)和報(bào)警控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型屬于建筑能耗預(yù)測(cè)領(lǐng)域，為對(duì)辦公室用能進(jìn)行監(jiān)測(cè)，根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果，對(duì)辦公用能進(jìn)行控制。根據(jù)預(yù)測(cè)及控制結(jié)果，找到辦公室的用能薄弱環(huán)節(jié)，提出節(jié)能改造建議，同時(shí)警示并規(guī)范人員用能行為。為此，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是，辦公用能的預(yù)測(cè)和報(bào)警控制系統(tǒng)，包括：(1)數(shù)據(jù)采集部分；(2)監(jiān)控中心，數(shù)據(jù)采集部分的門禁系統(tǒng)、用電計(jì)量?jī)x表分別連接到監(jiān)控中心；(3)報(bào)警系統(tǒng)，用于當(dāng)用戶用電達(dá)到設(shè)定閾值時(shí)，發(fā)光發(fā)聲以警告使用者用電即將達(dá)到上限，與用電計(jì)量?jī)x表連接。本實(shí)用新型主要應(yīng)用于建筑能耗預(yù)測(cè)。
【專利說明】辦公用能的預(yù)測(cè)和報(bào)警控制系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型屬于建筑能耗預(yù)測(cè)領(lǐng)域，具體講，涉及辦公用能的預(yù)測(cè)和報(bào)警控制系 統(tǒng)。 技術(shù)背景
[0002] 目前，國內(nèi)外諸多學(xué)者對(duì)建筑能耗的預(yù)測(cè)和控制方法進(jìn)行了探討。當(dāng)前最常用的 辦公能耗預(yù)測(cè)方法是面積指標(biāo)法，即將設(shè)備和照明功率以單位面積為基數(shù)，根據(jù)具體使用 面積進(jìn)行預(yù)測(cè)。這種方法是基于大部分建筑的現(xiàn)有情況總結(jié)而來，而通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，面積指 標(biāo)法對(duì)能耗的預(yù)測(cè)對(duì)于特定的某個(gè)建筑或房間是十分粗略的。事實(shí)上，設(shè)備和燈具的使用 都是由于人員的需求產(chǎn)生的，其能耗主要受人員的使用習(xí)慣影響，因此本實(shí)用新型提出以 人員使用習(xí)慣為基準(zhǔn)的能耗預(yù)測(cè)方法。在此方法基礎(chǔ)上，提出一套辦公用能的控制方法，將 門禁系統(tǒng)與用電控制系統(tǒng)相聯(lián)系，實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)室內(nèi)人員在室率隨時(shí)間的動(dòng)態(tài)變化，以此為依 據(jù)控制辦公用能，同時(shí)為辦公室節(jié)能提供建議。方法中的設(shè)備和燈具功率預(yù)測(cè)模型是根據(jù) 對(duì)大量辦公室的實(shí)地調(diào)研分析總結(jié)得出的，符合辦公室的實(shí)際使用情況。
[0003] 當(dāng)前空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行調(diào)節(jié)大多根據(jù)室外氣象條件，而將室內(nèi)散熱量作為附加率或 安全系數(shù)進(jìn)行考慮。然而在辦公建筑，室內(nèi)散熱量是不可以忽視的，有研究表明，室內(nèi)負(fù)荷 擾量對(duì)空調(diào)系統(tǒng)能耗的影響在50%左右。根據(jù)熱力學(xué)第一定律，辦公設(shè)備和燈具消耗的電 能最終轉(zhuǎn)化為熱能釋放于室內(nèi)，這部分熱量與人員散熱組成了空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷。然而當(dāng)前空 調(diào)負(fù)荷計(jì)算方法將人員與設(shè)備、照明割裂開來分別考慮，忽略了其中的聯(lián)系。本實(shí)用新型提 出的辦公用能預(yù)測(cè)及報(bào)警控制方法還可以為空調(diào)系統(tǒng)的負(fù)荷計(jì)算和運(yùn)行調(diào)節(jié)提供依據(jù)。 實(shí)用新型內(nèi)容
[0004] 建筑節(jié)能是當(dāng)前實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)的重要課題，對(duì)于辦公建筑，室內(nèi)能耗主要來 源于照明插座用能和空調(diào)系統(tǒng)用能，因而辦公室的用能控制應(yīng)根據(jù)具體使用情況而定。本 實(shí)用新型旨在根據(jù)辦公室的用能特點(diǎn)，在沒有分項(xiàng)能耗計(jì)量的情況下，對(duì)辦公室用能進(jìn)行 監(jiān)測(cè)，根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果，對(duì)辦公用能進(jìn)行控制。根據(jù)預(yù)測(cè)及控制結(jié)果，可以找到辦公室的用能 薄弱環(huán)節(jié)，提出節(jié)能改造建議，同時(shí)通過報(bào)警系統(tǒng)，警示并規(guī)范人員用能行為。為達(dá)到以上 目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是，辦公用能的預(yù)測(cè)和報(bào)警控制系統(tǒng)，包括：
[0005] (1)數(shù)據(jù)采集部分，包括記錄進(jìn)入和離開房間的人數(shù)及時(shí)間的門禁系統(tǒng)、帶報(bào)警功 能的用電計(jì)量?jī)x表，安裝于辦公室用電總線上，由數(shù)據(jù)采集器采集計(jì)量?jī)x表的電量；辦公室 照明和插座分為兩條線進(jìn)入室內(nèi)，因此需安裝兩個(gè)計(jì)量?jī)x表，分別記錄照明能耗和插座能 耗；
[0006] (2)監(jiān)控中心，數(shù)據(jù)采集部分的門禁系統(tǒng)、用電計(jì)量?jī)x表分別連接到監(jiān)控中心；
[0007] (3)報(bào)警系統(tǒng)，用于當(dāng)用戶用電達(dá)到設(shè)定閾值時(shí)，發(fā)光發(fā)聲以警告使用者用電即將 達(dá)到上限，與用電計(jì)量?jī)x表連接。
[0008] 數(shù)據(jù)采集部分采集到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)到控制中心的傳送通過有線和無線兩種方式；有 線數(shù)據(jù)傳送需要在采集器末端上配置RS485接口，并就近連接到RS485總線上，連接至監(jiān)控 中心；無線數(shù)據(jù)傳送可以通過藍(lán)牙、GPRS或WLAN進(jìn)行，需要在采集末端安裝信號(hào)發(fā)射器，在 監(jiān)控中心安裝信號(hào)接收器；監(jiān)控中心做出的指令，通過有線或無線兩種方式，傳輸給報(bào)警裝 置，結(jié)合用電儀表的測(cè)試值，操控報(bào)警裝置發(fā)出或停止報(bào)警信號(hào)。
[0009] 與已有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的技術(shù)特點(diǎn)與效果：
[0010] 與現(xiàn)有能耗計(jì)算方法相比，本實(shí)用新型主要應(yīng)用現(xiàn)有的門禁系統(tǒng)、用電計(jì)量和報(bào) 警系統(tǒng)，將辦公能耗預(yù)測(cè)方法集成于監(jiān)控中心，應(yīng)用于無此預(yù)測(cè)和監(jiān)控系統(tǒng)的建筑中，可利 用原有儀器設(shè)備進(jìn)行改造，方便快捷，減少施工量，同時(shí)能夠滿足精度要求。本系統(tǒng)報(bào)警系 統(tǒng)和計(jì)量?jī)x表集成一體，在滿足當(dāng)前安裝用電計(jì)量?jī)x表的政策要求的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)用能的預(yù) 警和控制。使用本實(shí)用新型的能耗預(yù)測(cè)方法，可以對(duì)辦公室進(jìn)行能耗預(yù)測(cè)，規(guī)范使用者的 用能行為，并幫助使用者和業(yè)主找到用能薄弱環(huán)節(jié)，分析分項(xiàng)用電的情況，深入了解用能規(guī) 律，從而實(shí)現(xiàn)用能優(yōu)化。本實(shí)用新型提出的用能預(yù)測(cè)方法適用于來訪人員較少的各類辦公 室，在能耗預(yù)測(cè)方面有很強(qiáng)的實(shí)用性，模型操作簡(jiǎn)便，可推廣性強(qiáng)，對(duì)推進(jìn)建筑節(jié)能和用能 管理方面具有積極的現(xiàn)實(shí)意義。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011] 圖1為本實(shí)用新型的系統(tǒng)組成及工作流程圖；
[0012] 圖2為本實(shí)用新型中監(jiān)控中心工控機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
[0013] 圖3為本實(shí)用新型中監(jiān)控中心中集成的辦公用能預(yù)測(cè)模型控制原理圖；
[0014] 圖4為本實(shí)用新型中監(jiān)控中心的工作流程示意圖；
[0015] 圖5為本實(shí)用新型中計(jì)量?jī)x表及報(bào)警控制原理圖；
[0016] 圖6為本實(shí)用新型中報(bào)警裝置的原理圖；

【具體實(shí)施方式】
[0017] 本實(shí)用新型提出了一種辦公用能預(yù)測(cè)及報(bào)警控制方法，根據(jù)用戶實(shí)際的用電需 求，對(duì)辦公建筑辦公用能進(jìn)行預(yù)測(cè)及報(bào)警控制。
[0018] 本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下：本方法包括數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控中心和報(bào)警系統(tǒng)。數(shù)據(jù) 采集分為兩個(gè)，一是各辦公室的門禁系統(tǒng)，用于記錄進(jìn)入和離開辦公室的人數(shù)及時(shí)間，將此 數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，為能耗預(yù)測(cè)提供依據(jù)；二是安裝于進(jìn)線上的用電計(jì)量?jī)x表，用于計(jì)量 辦公室的用電情況。由于電壓恒定不變，因此只檢測(cè)電流的波動(dòng)，將電壓和電流相乘，得到 瞬時(shí)功率，將設(shè)備和照明的瞬時(shí)功率相加即可得到一定時(shí)間內(nèi)的辦公耗電量。監(jiān)控中心，用 于完成數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、顯示、預(yù)測(cè)，用戶自行設(shè)定一個(gè)緩沖值X，將"預(yù)測(cè)耗電量-X"設(shè)定為報(bào) 警裝置的閾值，當(dāng)報(bào)警裝置感受到輸入值超出閾值時(shí)，發(fā)光發(fā)熱進(jìn)行用電預(yù)警，同時(shí)用戶可 根據(jù)預(yù)測(cè)耗電量自查用能薄弱環(huán)節(jié)。報(bào)警系統(tǒng)，接受監(jiān)控中心發(fā)出的閾值，當(dāng)實(shí)際耗電量達(dá) 到閾值時(shí)，發(fā)出聲光信號(hào)，提醒用戶注意用電方式。各組成部分之間，可以通過有線和無線 兩種方式傳輸和接收信號(hào)，有線方式是就近通過RS485接口接到RS485總線上，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)聯(lián) 通，無線數(shù)據(jù)聯(lián)通是通過GPRS、BLUETOOTH、WLAN等多種無線數(shù)據(jù)傳輸方式連接，以上方式 均需要在上傳方安裝傳輸接口，接收方安裝接收接口。
[0019] 下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本實(shí)用新型。
[0020] 如圖1所示為本實(shí)用新型提出的辦公能耗預(yù)測(cè)及報(bào)警控制系統(tǒng)組成及工作流程。 本實(shí)用新型由三部分組成，末端為采集裝置，包括門禁系統(tǒng)和計(jì)量?jī)x表，核心為監(jiān)控中心， 接收采集系統(tǒng)上傳的信息，經(jīng)過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化后，通過監(jiān)控中心集成的辦公能耗的預(yù)測(cè)方法，對(duì) 辦公能耗進(jìn)行預(yù)測(cè)，并根據(jù)預(yù)測(cè)能耗控制報(bào)警裝置，動(dòng)作執(zhí)行為報(bào)警裝置，報(bào)警裝置與計(jì)量 儀表一體，根據(jù)設(shè)定的閾值，當(dāng)實(shí)際耗電量接近閾值時(shí)，報(bào)警裝置發(fā)光發(fā)聲以提醒用戶注意 用電方式，及時(shí)購電。
[0021] 在實(shí)際工作中，本實(shí)用新型主要包括以下兩個(gè)并列的流程。一方面，門禁系統(tǒng)將辦 公室人員的進(jìn)出情況，通過RS485總線的有線連接方式或GPRS、BLUETOOTH、WLAN等無線方 式，上傳到監(jiān)控中心，監(jiān)控中心將每月數(shù)據(jù)儲(chǔ)存并進(jìn)行處理，得到上月平均每天的逐時(shí)人員 在室率，根據(jù)此在室率預(yù)測(cè)本月耗電量，并將此耗電量設(shè)定為本月能耗最大值，通過無線方 式，將此值輸入報(bào)警系統(tǒng)作為閾值。另一方面，用電計(jì)量?jī)x表監(jiān)測(cè)電流波動(dòng)，通過乘法計(jì)數(shù) 器與恒定電壓相乘，再將設(shè)備耗電量和照明用電量相加，得到實(shí)際用電總量，通過RS485總 線的有線連接方式或GPRS、BLUET00TH、WLAN等無線方式，上傳至監(jiān)控中心。在監(jiān)控中心內(nèi)， 將實(shí)際耗電量和預(yù)測(cè)耗電量對(duì)比，用戶設(shè)定差值X，當(dāng)預(yù)測(cè)耗電量與實(shí)際耗電量之差開始小 于X時(shí)，控制報(bào)警裝置感受到輸入值超出閾值時(shí)，發(fā)光發(fā)聲報(bào)警，提醒用戶耗電量即將達(dá)到 本月上限，注意用電方式。
[0022] 如圖2所示為監(jiān)控中心所采用的工控機(jī)（IPC)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型采用西門 子SIMATIC IPC-547D系列IPC系統(tǒng)，IPC是一種采用總線結(jié)構(gòu)，對(duì)生產(chǎn)過程及機(jī)電設(shè)備、工 藝裝備進(jìn)行檢測(cè)與控制的工具，專為工業(yè)環(huán)境下的應(yīng)用而設(shè)計(jì)，用來在內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯 運(yùn)算、順序控制等指令，并通過數(shù)字式的輸入、輸出，實(shí)現(xiàn)各種類型的控制與計(jì)算要求。本實(shí) 用新型中IPC的外部輸入接口為上位計(jì)算機(jī)，首先由計(jì)算機(jī)將門禁系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集器的采 集數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)，上傳到IPC的CPU中，通過系統(tǒng)程序和用戶程序進(jìn)行計(jì)算，并將計(jì) 算結(jié)果輸出到CPU，由CPU將計(jì)算后的數(shù)據(jù)傳遞給報(bào)警系統(tǒng)。在本實(shí)用新型中只需按照說明 書的提示對(duì)西門子SIMATIC IPC-547D系列IPC系統(tǒng)簡(jiǎn)單配置即可。
[0023] 如圖3所示為本實(shí)用新型中工控機(jī)中集成的辦公用能預(yù)測(cè)控制原理。具體說來， 預(yù)測(cè)模型包括下列步驟：
[0024] 步驟一：建立人員在室率模型，得到逐時(shí)在室人數(shù)。所述輸入?yún)?shù)為：上月門禁系 統(tǒng)上傳的數(shù)據(jù)，求日平均逐時(shí)在室率；所述輸出參數(shù)為：人員在室率隨時(shí)間的變化曲線，此 曲線為三次多項(xiàng)式曲線：
[0025] y〇cc = f (t) = at3+bt2+ct+d (I)
[0026] 式中y。。。為人員在室率，％ ;
[0027] t 為時(shí)間，h;
[0028] a，b，c，d 為系數(shù)。
[0029] 步驟二：建立設(shè)備逐時(shí)功率模型，計(jì)算室內(nèi)設(shè)備逐時(shí)功率。所述輸入?yún)?shù)為：設(shè)備 類型；各類型設(shè)備的臺(tái)數(shù)及額定功率，對(duì)于主要用能設(shè)備，還需輸入使用時(shí)間，輸出變量為： 辦公室穩(wěn)定使用時(shí)，設(shè)備瞬時(shí)功率預(yù)測(cè)值；
[0030] 建立設(shè)備逐時(shí)功率模型，包括對(duì)主要設(shè)備和其他設(shè)備功率模型：
[0031] (1)以主要設(shè)備的用能預(yù)測(cè)：將蒙特卡洛方法和馬爾科夫模型相結(jié)合進(jìn)行改進(jìn)， 創(chuàng)建適用于辦公室平均電腦瞬時(shí)功率預(yù)測(cè)的蒙特卡洛一馬爾科夫MCMC方法；
[0032] 設(shè)備功率的預(yù)測(cè)依據(jù)對(duì)大量調(diào)研數(shù)據(jù)的處理和分析得到的結(jié)論，調(diào)研和數(shù)據(jù)處理 的方法如下：
[0033] A.對(duì)工作時(shí)間的瞬時(shí)功率進(jìn)行記錄和統(tǒng)計(jì)，用到的儀器為功率計(jì)，每10分鐘記錄 一次瞬時(shí)功率，記錄時(shí)長(zhǎng)為使用的無差別工作日1天；樣本量大于總數(shù)量的1/3,每種類型 的至少選擇一臺(tái)進(jìn)行記錄。將記錄數(shù)據(jù)按照IOW的間隔，統(tǒng)計(jì)每個(gè)區(qū)間的功率出現(xiàn)頻率占 總頻率的比例，即概率P i，并取中間值作為小間隔的代表值Xi ;
[0034] B.按照人員的需求，將設(shè)備工作分為高、中、低和待機(jī)4個(gè)檔位，為了得到各檔位 的代表值，據(jù)

【權(quán)利要求】
1. 一種辦公用能的預(yù)測(cè)和報(bào)警控制系統(tǒng)，其特征是，包括： (1) 數(shù)據(jù)采集部分，包括記錄進(jìn)入和離開房間的人數(shù)及時(shí)間的門禁系統(tǒng)、帶報(bào)警功能的 用電計(jì)量?jī)x表，安裝于辦公室用電總線上，由數(shù)據(jù)采集器采集計(jì)量?jī)x表的電量；辦公室照明 和插座分為兩條線進(jìn)入室內(nèi)，因此需安裝兩個(gè)計(jì)量?jī)x表，分別記錄照明能耗和插座能耗； (2) 監(jiān)控中心，數(shù)據(jù)采集部分的門禁系統(tǒng)、用電計(jì)量?jī)x表分別連接到監(jiān)控中心； (3) 報(bào)警系統(tǒng)，用于當(dāng)用戶用電達(dá)到設(shè)定閾值時(shí)，發(fā)光發(fā)聲以警告使用者用電即將達(dá)到 上限，也連接到監(jiān)控中心。
2. 如權(quán)利要求1所述的辦公用能的預(yù)測(cè)和報(bào)警控制系統(tǒng)，其特征是，數(shù)據(jù)采集部分采 集到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)到控制中心的傳送通過有線和無線兩種方式；有線數(shù)據(jù)傳送需要在采集器 末端上配置RS485接口，并就近連接到RS485總線上，連接至監(jiān)控中心；無線數(shù)據(jù)傳送可以 通過藍(lán)牙、GPRS或WLAN進(jìn)行，需要在采集末端安裝信號(hào)發(fā)射器，在監(jiān)控中心安裝信號(hào)接收 器；監(jiān)控中心做出的指令，通過有線或無線兩種方式，傳輸給報(bào)警裝置，結(jié)合用電儀表的測(cè) 試值，操控報(bào)警裝置發(fā)出或停止報(bào)警信號(hào)。
【文檔編號(hào)】G05B19/042GK204166328SQ201420630741
【公開日】2015年2月18日 申請(qǐng)日期:2014年10月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月28日
【發(fā)明者】丁研, 王朝霞, 馬濤 申請(qǐng)人:天津大學(xué)