建筑工地临建能源计量系统

建筑工地临建能源计量系统

侯静,冯健飞,杨贺丞

中建八局上海公司　　上海　　200000

摘要：为探究建筑工地临建区域的能耗强度以及时间、区域分布特点，推动建筑工地节能及可再生能源应用，上海某工程项目建筑工地临建区建立了一套能源计量系统，以实现对市政用电、光伏发电、储能微电网等系统运行数据的实时监测，该系统运行后所收集到的数据将为临建区的节能减排工作提供有利的数据支撑。

关键词：节能降碳；能耗计量；建筑工地临建区；

1. 引言

相比于永久建筑，建筑工地临建区板房由于保温性、气密性较差，加之电费机制导致的人员节能意识不强等原因，用能强度较高。据我司内部不完全统计，临建区能耗占工程项目全过程总能耗比例高达15%~30%。不同于建筑工地施工现场，用能强度受施工进度、质量、安全文明，环保等多方面要求的制约，刚性较强，临建区用能浪费情况较为严重，节能潜力巨大，是建筑业建造阶段降低碳排放量的重要突破口。另一方面，建筑工地临建区通常建筑较为低矮，有较大的屋顶面积。空间资源的充裕为光伏发电系统的应用提供了巨大可能。推进临建区节能及可再生能源应用工作，都需要对临建区的用能情况有清楚的掌握，不仅仅局限于临建区用能总量，还包括在办公、宿舍、食堂等多区域，多时段的能耗分布特点。以此为基础数据，支撑今后从技术和管理两方面改善临建区的能源使用水平并降低碳排放强度。

2. 研究目的

本研究目的在于设计并开发一套建筑工地临建能源计量系统，实现以下功能：

（1）对办公区域、管理人员生活区、工人生活区、食堂各个功能区域实时功率、能耗进行监测；

（2）对光伏发电系统的实时发电功率、能耗进行监测；

（3）对储能微电网的剩余电量及实时工作状态进行监测；

（4）对监测并储存的用电数据按用能区域，用能时段，用能类型等多种分类方式进行统计分析；

（5）通过小型气象站对项目所在地的实时气象数据采集，以辅助临建能源系统高效运行；

（6）通过智能水表检测临建区的用水量；

（7）根据持续收集到的临建区的用电，扣除可再生能源发电量后，根据电网发布的分时电价信息计算电价费用，根据发布的电网碳排放因子信息计算项目临建区的碳排放总量。

3. 研究方法

本临建能耗计量系统可以细分为数据采集及传输系统，和数据统计分析及可视化系统。

3.1 数据采集及从传输系统介绍

本临建能源计量系统的数据采集及传输系统架构如图1所示，可分为感知层、网络层、应用层三级架构。

感知层包括监测各个用电回路功率、电量、电压、电流等参数的智能电表、监测用水量的智能水表、监测光伏及储能系统运行参数的直流智能电表、小型气象站自带的数据采集模块。本项目采用的智能电表可分为三项电表和单项电表，三项电表主要用于办公区、管理人员生活区、工人生活区、食堂各个区域的总电量、总功率采集，而单项电表则主要用于采集重点关注的空调单项能耗。

网络层是指将末端采集到的数据上传到数据管理软件的无线通讯传输系统。无线通讯传输系统包括安装在末端与各类数据采集模块通过RS485接口连接的数据传输模块，和安装在上位机侧与服务器连接的无线数据网关，两者之间的无线网络连接在本项目中利用LORA技术实现。LoRa技术低成本，耐用型强，可超远距离传输，低功耗的特点非常匹配本项目对于数据传输系统的要求。数据通信协议采用MODBUS RTU协议。

应用层是指部署在服务器上的组态软件，组态软件具有硬件驱动，通讯指令上行下发，数据读取及存储等功能。数据读取，数据储存，数据整理等功能。

图1 数据采集及传输系统架构

3.2 数据统计分析及可视化系统

为了更进一步对收集到的数据进行统计分析及可视化，本项目开发了如图2所示的临建区能源计量管控系统，本文所讨论的有关临建能耗计量的信息均包含在该系统中。除此之外，该系统还具有对临建能源进行管理的功能，由于与本文主题关联不大，在此不做讨论。

该临建能源计量管控平台可分为前端和后端两部分。应用后端使用Spring Boot框架，由3.1部分应用层中的组态软件将数据进行清洗筛选后传入该系统后端的数据库中，再以restful的方式对该系统前端提供数据接口。应用前端使用Vue框架，搭配Element UI、ECharts可视化框架开发而成，对数据进行可视化。系统开发遵循前后端分离的原则，提高开发效率。

图2 临建区能源计量管控系统

4. 交流讨论

目前该系统已完成软硬件调试工作，在项目上正式运行。由于运行时间较短，尚未收集

到足够的数据量以进行数据分析。事实上，项目所处的建设阶段（影响当下工人生活区工人实际人数），一年四季室外天气的变化（影响空调能耗）等因素都会显著影响建筑工地临建区的实际能耗。因此需要积累更长时间的数据才能全面反应临建区的用能特点。

    对于不同项目的临建区，按能耗类型来细分，办公耗能、生活耗能以及食堂烹饪耗能与临建区的规模或者说项目规模大致成成比例关系，而空调能耗则较为特殊，除受临建区规模影响外，还与项目所在地点的气候条件有密切关系。本项目对单个项目临建能耗进行了较为详细的计量，而不满足于传统的电表数据，主要目的在于实现对临建能耗问题研究的白箱化，将问题拆解以进行深入研究。但单个项目的数据必然存在一定的偶然性和随机性，因此计划在今后的工作中以此系统为工具对更多的项目临建区开展能耗调研，结合回归分析，能耗模拟等方法总结建筑工地临建区的能耗规律，进而实现对我国建筑工地临建区碳排放情况的全面摸底。

5. 结语

本文介绍了一套应用于建筑工地临建区的能源计量系统，能够实现各功能分区、各时段实时功率，用电量计量等功能，以此系统收集到的数据为基础可深入研究建筑工地临建区的能耗规律，有助于实现对我国建筑行业施工阶段临建区碳排放的全面摸底。

参考文献

[1]金珍宏. 白鹤滩水电站施工期能耗量分析方法[B]. 水利水电技术，1000-0860( 2012) 11-0034-03.

[2]  GB 55015-2021, 建筑节能与可再生能源利用通用规范[S].

[3]  JGJ/T188-2009，施工现场临时建筑物技术规范[S].

[4]任晓丹. 建筑施工现场临建设施绿色度评价及应用[D]. 兰州交通大学，2022.

[5]罗文结. 公路项目建设期能耗计算及评估系统设计与实现[D]. 华南理工大学，2020.

[6]王楠. 西安市某高校实训楼建筑电气与能耗监控系统设计[D]. 硕士，2016.

[7] 蔡毓剑,杨太华.基于BIM技术的建筑工程能耗分析[J].绿色科技,2018,(16):182-185.

[8] 方绍宇.基于BIM技术的建筑工程能耗分析[J].城市建设理论研究(电子版),2018,(21):69.

[9] 李沈杰,姜周曙,黄国辉,徐庚,叶晓平,李培远,游张平.太阳能-空气源热泵复合工程能耗管理系统的开发[J].工业控制计算机,2016,29(09):45-47.