崇明區建筑可再生能源數據監測系統建設研究

陳威

上海建科建筑節能技術股份有限公司

0 背景

崇明區由崇明、長興、橫沙三島組成，地處長江入海口，屬北半球亞熱帶，氣候溫和濕潤，太陽能和風能資源較豐富。島嶼地理位置在東經121°09’30”至121°54’00”，北緯31°27’00”至31°51’15”。全島面積1 267平方km2，東西長80km，南北寬13至18km。島上地勢平坦，年平均日太陽輻射量12 762kJ/m2，年太陽輻射量為4 658MJ/(m2·a)，為我國太陽能資源較豐富地區，適宜太陽能熱水技術的應用。

崇明區屬于沖積島，地質構造與河口兩岸的沖積平原相同，屬第四紀以來的沖積地層。崇明地勢低平，在島嶼四周圍繞著廣闊的灘涂，物質組成主要為泥沙，也稱沙島。長江的漲落潮流不一致，形成緩流區，使泥沙不斷沉積而形成。島上地勢平坦，無山崗丘陵，西北部和中部稍高，西南部和東部略低。崇明90%以上的土地標高（以吳淞標高0m為參照）在3．21m至4．20m之間，地下淺層土壤溫度保持在15-17℃左右。崇明新城以及規劃的9個新市鎮均位于島嶼邊緣地區，地質松軟、地下水資源豐富、水分流動性好、土壤傳熱系數較高、位置適宜，適合地源熱泵技術的應用。

崇明區正逐步大力推廣可再生能源在建筑領域的技術應用。崇明區為了掌握可再生能源建筑應用項目的實際運行效果，為上海市可再生能源技術應用及崇明生態島項目建設提供基礎數據、技術支撐和經驗儲備，建設了可再生能源數據監測系統。

1 可再生能源數據監測系統

崇明區可再生能源數據監測系統利用RS458串行通信技術，對可再生能源項目的各參數進行采集與傳輸，通過無線網絡傳輸到數據中心的可再生能源監測系統服務器進行數據存儲、分析及展示，實現可再生能源項目的運行情況監測以及實時數據的在線展示。

1.1 系統架構

可再生能源數據監測系統遵循分散計量、數據匯總的架構（如圖1所示）。項目基本信息通過人工采集方式采集。項目的各監測探頭將監測指標數據通過自動采集方式采集匯總到各項目內的數據網關，由數據網關進行數據存儲、預處理。采集數據的采集頻率由數據網關默認，默認5min/次，再由數據網關將數據打包，通過自動傳輸方式上傳到示范縣項目監測數據中心。數據中心根據相關規范及文件的要求，向縣能耗監測數據中心、住建部數據中心上傳（如圖1和圖2所示）。

圖1 太陽能熱水系統數據監測系統架構示意圖

圖2 地源熱泵系統數據監測系統架構示意圖

1.2 可再生能源數據監測系統設計

集中式太陽能熱水系統數據監測抽檢率高于同一類型，每20個系統抽樣不少于1個系統。地源熱泵系統機房內不同類型的機組抽樣大于1臺機組。以單戶為單位的熱泵系統，抽樣數量不少于2個系統，每個系統的機組抽樣不少于1臺機組。

1.2.1 太陽能熱水系統

太陽能熱水系統數據監測系統由計量監測設備、數據采集裝置和數據中心軟件組成。計量監測設備包括室外溫度傳感器、太陽總輻射傳感器、集熱系統進出水溫度傳感器、集熱系統循環流量傳感器、輔助熱源電表等。主要設備及采集參數如下：

（1）室外溫度。太陽能熱水系統附近設計1個室外溫度傳感器（需有防輻射罩），當有多個太陽能熱水系統時，選擇1個典型系統設計1個室外溫度傳感器；

（2）太陽總輻射。平行于太陽能集熱器設計1個太陽總輻射傳感器，當一個系統的多個采光面或者傾角（傾角之差大于10°）設計有太陽能集熱器時，則平行于每個采光面或者傾角的太陽能集熱器均需設計1個太陽總輻射傳感器；

（3）集熱系統進出口溫度。在集熱系統的進出管路上各設計1個水溫度傳感器；

（4）集熱系統循環流量。在集熱系統的進水管或出水管路上設計1個水流量傳感器；

（5）輔助熱源。系統采用電熱鍋爐、電加熱器、空氣源熱泵機組等作為輔助熱源時，在系統輔助熱源的配電輸入端布置電能表，電能表的數量根據系統輔助熱源的配電系統情況確定；

（6）數據采集裝置。每個示范項目原則上只設計1個數據采集裝置，當項目的計量監測設備分散設置時，需根據實際情況設計數據采集裝置。數據采集裝置應具有采集包括溫度傳感器、總輻射傳感器、流量傳感器和功率傳感器等信號的功能。數據采集裝置通道數應根據項目具體監測要求確定，應預留2個以上數據采集通道。

1.2.2 地源熱泵系統

地源熱泵系統數據監測系統由計量監測設備、數據采集裝置和數據中心軟件組成。計量監測設備包括室外溫度傳感器、系統用戶側進出水溫度傳感器、系統熱源側進出水溫度傳感器、系統用戶側循環流量傳感器、系統熱源側循環流量傳感器、系統耗電量監測電表、機組用戶側進出水溫度傳感器、機組熱源側進出水溫度傳感器、機組用戶側循環流量傳感器、機組熱源側循環流量傳感器、機組輸入功率傳感器等。主要設備及采集參數如下：

（1）室外溫度。在地源熱泵系統機房附近設計1個室外溫度傳感器（應有防輻射罩），當有多個地源熱泵系統機房時，選擇1個典型機房設計1個室外溫度傳感器；

（2）系統熱源側、系統用戶側進出水溫度。在地源熱泵系統的熱源側和用戶側總進出水管各設計一個水溫度傳感器；

（3）系統熱源側、系統用戶側循環水流量。在地源熱泵系統的熱源側和用戶側總進出水管各設計一個循環水流量傳感器；

（4）系統耗電量。在地源熱泵系統的配電系統設計有獨立的配電回路時，在總配電回路輸入端設計1個普通電能表，當地源熱泵系統的配電回路分散設計時，需根據配電系統的實際情況確定普通電能表的設計數量；

（5）機組熱源側、機組用戶側進出水溫度。在地源熱泵機組的熱源側和用戶側進出水管各設計一個水溫度傳感器；

（6）機組熱源側、機組用戶側循環水流量。在地源熱泵機組的熱源側和用戶側進出水管各設計一個循環水流量傳感器；

（7）機組輸入功率。在地源熱泵機組配電輸入端設計一個功率傳感器或者普通電能表；

（8）數據采集裝置。每個示范項目原則上只設計1個數據采集裝置，當項目的計量監測設備分散設置時，需根據實際情況設計數據采集裝置。數據采集裝置應具有采集包括溫度傳感器、流量傳感器和功率傳感器等信號的功能。數據采集裝置通道數應根據項目具體監測要求確定，應預留2個以上數據采集通道。

1.3 可再生能源數據監測系統設備參數

可再生能源數據監測系統采用的計量設備和數據采集裝置性能參數滿足表1和表2的規定。

表1 計量設備性能參數選擇

表2 數據采集裝置性能參數要求

2 可再生能源數據監測系統平臺展示

太陽能熱水系統及地源熱泵系統實時運行參數如圖3和圖4所示。

圖3 太陽能熱水系統環境溫度及進出水溫實時數據

圖4 地源熱泵系統水泵能耗實時數據圖

3 結論

崇明區可再生能源數據監測系統建成后，用于崇明區的太陽能熱水系統以及地源熱泵系統的數據監測，可在平臺上實時查詢太陽能熱水系統以及地源熱泵系統各參數的實時數據，分析各項目的運行狀態，為崇明可再生能源系統應用效果評價提供了有力的技術支撐。