陳威

上海建科建筑節(jié)能技術(shù)股份有限公司

0 背景

崇明區(qū)由崇明、長(zhǎng)興、橫沙三島組成，地處長(zhǎng)江入?？?，屬北半球亞熱帶，氣候溫和濕潤(rùn)，太陽能和風(fēng)能資源較豐富。島嶼地理位置在東經(jīng)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(zhǎng)80km，南北寬13至18km。島上地勢(shì)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(qū)，適宜太陽能熱水技術(shù)的應(yīng)用。

崇明區(qū)屬于沖積島，地質(zhì)構(gòu)造與河口兩岸的沖積平原相同，屬第四紀(jì)以來的沖積地層。崇明地勢(shì)低平，在島嶼四周圍繞著廣闊的灘涂，物質(zhì)組成主要為泥沙，也稱沙島。長(zhǎng)江的漲落潮流不一致，形成緩流區(qū)，使泥沙不斷沉積而形成。島上地勢(shì)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(biāo)高（以吳淞標(biāo)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(guī)劃的9個(gè)新市鎮(zhèn)均位于島嶼邊緣地區(qū)，地質(zhì)松軟、地下水資源豐富、水分流動(dòng)性好、土壤傳熱系數(shù)較高、位置適宜，適合地源熱泵技術(shù)的應(yīng)用。

崇明區(qū)正逐步大力推廣可再生能源在建筑領(lǐng)域的技術(shù)應(yīng)用。崇明區(qū)為了掌握可再生能源建筑應(yīng)用項(xiàng)目的實(shí)際運(yùn)行效果，為上海市可再生能源技術(shù)應(yīng)用及崇明生態(tài)島項(xiàng)目建設(shè)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、技術(shù)支撐和經(jīng)驗(yàn)儲(chǔ)備，建設(shè)了可再生能源數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

1 可再生能源數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

崇明區(qū)可再生能源數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)利用RS458串行通信技術(shù)，對(duì)可再生能源項(xiàng)目的各參數(shù)進(jìn)行采集與傳輸，通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心的可再生能源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、分析及展示，實(shí)現(xiàn)可再生能源項(xiàng)目的運(yùn)行情況監(jiān)測(cè)以及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的在線展示。

1.1 系統(tǒng)架構(gòu)

可再生能源數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)遵循分散計(jì)量、數(shù)據(jù)匯總的架構(gòu)（如圖1所示）。項(xiàng)目基本信息通過人工采集方式采集。項(xiàng)目的各監(jiān)測(cè)探頭將監(jiān)測(cè)指標(biāo)數(shù)據(jù)通過自動(dòng)采集方式采集匯總到各項(xiàng)目?jī)?nèi)的數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)，由數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、預(yù)處理。采集數(shù)據(jù)的采集頻率由數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)默認(rèn)，默認(rèn)5min/次，再由數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)將數(shù)據(jù)打包，通過自動(dòng)傳輸方式上傳到示范縣項(xiàng)目監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中心。數(shù)據(jù)中心根據(jù)相關(guān)規(guī)范及文件的要求，向縣能耗監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中心、住建部數(shù)據(jù)中心上傳（如圖1和圖2所示）。

圖1 太陽能熱水系統(tǒng)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)架構(gòu)示意圖

圖2 地源熱泵系統(tǒng)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)架構(gòu)示意圖

1.2 可再生能源數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

集中式太陽能熱水系統(tǒng)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)抽檢率高于同一類型，每20個(gè)系統(tǒng)抽樣不少于1個(gè)系統(tǒng)。地源熱泵系統(tǒng)機(jī)房?jī)?nèi)不同類型的機(jī)組抽樣大于1臺(tái)機(jī)組。以單戶為單位的熱泵系統(tǒng)，抽樣數(shù)量不少于2個(gè)系統(tǒng)，每個(gè)系統(tǒng)的機(jī)組抽樣不少于1臺(tái)機(jī)組。

1.2.1 太陽能熱水系統(tǒng)

太陽能熱水系統(tǒng)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由計(jì)量監(jiān)測(cè)設(shè)備、數(shù)據(jù)采集裝置和數(shù)據(jù)中心軟件組成。計(jì)量監(jiān)測(cè)設(shè)備包括室外溫度傳感器、太陽總輻射傳感器、集熱系統(tǒng)進(jìn)出水溫度傳感器、集熱系統(tǒng)循環(huán)流量傳感器、輔助熱源電表等。主要設(shè)備及采集參數(shù)如下：

（1）室外溫度。太陽能熱水系統(tǒng)附近設(shè)計(jì)1個(gè)室外溫度傳感器（需有防輻射罩），當(dāng)有多個(gè)太陽能熱水系統(tǒng)時(shí)，選擇1個(gè)典型系統(tǒng)設(shè)計(jì)1個(gè)室外溫度傳感器；

（2）太陽總輻射。平行于太陽能集熱器設(shè)計(jì)1個(gè)太陽總輻射傳感器，當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)的多個(gè)采光面或者傾角（傾角之差大于10°）設(shè)計(jì)有太陽能集熱器時(shí)，則平行于每個(gè)采光面或者傾角的太陽能集熱器均需設(shè)計(jì)1個(gè)太陽總輻射傳感器；

（3）集熱系統(tǒng)進(jìn)出口溫度。在集熱系統(tǒng)的進(jìn)出管路上各設(shè)計(jì)1個(gè)水溫度傳感器；

（4）集熱系統(tǒng)循環(huán)流量。在集熱系統(tǒng)的進(jìn)水管或出水管路上設(shè)計(jì)1個(gè)水流量傳感器；

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

（6）數(shù)據(jù)采集裝置。每個(gè)示范項(xiàng)目原則上只設(shè)計(jì)1個(gè)數(shù)據(jù)采集裝置，當(dāng)項(xiàng)目的計(jì)量監(jiān)測(cè)設(shè)備分散設(shè)置時(shí)，需根據(jù)實(shí)際情況設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集裝置。數(shù)據(jù)采集裝置應(yīng)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(hào)的功能。數(shù)據(jù)采集裝置通道數(shù)應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目具體監(jiān)測(cè)要求確定，應(yīng)預(yù)留2個(gè)以上數(shù)據(jù)采集通道。

1.2.2 地源熱泵系統(tǒng)

地源熱泵系統(tǒng)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由計(jì)量監(jiān)測(cè)設(shè)備、數(shù)據(jù)采集裝置和數(shù)據(jù)中心軟件組成。計(jì)量監(jiān)測(cè)設(shè)備包括室外溫度傳感器、系統(tǒng)用戶側(cè)進(jìn)出水溫度傳感器、系統(tǒng)熱源側(cè)進(jìn)出水溫度傳感器、系統(tǒng)用戶側(cè)循環(huán)流量傳感器、系統(tǒng)熱源側(cè)循環(huán)流量傳感器、系統(tǒng)耗電量監(jiān)測(cè)電表、機(jī)組用戶側(cè)進(jìn)出水溫度傳感器、機(jī)組熱源側(cè)進(jìn)出水溫度傳感器、機(jī)組用戶側(cè)循環(huán)流量傳感器、機(jī)組熱源側(cè)循環(huán)流量傳感器、機(jī)組輸入功率傳感器等。主要設(shè)備及采集參數(shù)如下：

（1）室外溫度。在地源熱泵系統(tǒng)機(jī)房附近設(shè)計(jì)1個(gè)室外溫度傳感器（應(yīng)有防輻射罩），當(dāng)有多個(gè)地源熱泵系統(tǒng)機(jī)房時(shí)，選擇1個(gè)典型機(jī)房設(shè)計(jì)1個(gè)室外溫度傳感器；

（2）系統(tǒng)熱源側(cè)、系統(tǒng)用戶側(cè)進(jìn)出水溫度。在地源熱泵系統(tǒng)的熱源側(cè)和用戶側(cè)總進(jìn)出水管各設(shè)計(jì)一個(gè)水溫度傳感器；

（3）系統(tǒng)熱源側(cè)、系統(tǒng)用戶側(cè)循環(huán)水流量。在地源熱泵系統(tǒng)的熱源側(cè)和用戶側(cè)總進(jìn)出水管各設(shè)計(jì)一個(gè)循環(huán)水流量傳感器；

（4）系統(tǒng)耗電量。在地源熱泵系統(tǒng)的配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)有獨(dú)立的配電回路時(shí)，在總配電回路輸入端設(shè)計(jì)1個(gè)普通電能表，當(dāng)?shù)卦礋岜孟到y(tǒng)的配電回路分散設(shè)計(jì)時(shí)，需根據(jù)配電系統(tǒng)的實(shí)際情況確定普通電能表的設(shè)計(jì)數(shù)量；

（5）機(jī)組熱源側(cè)、機(jī)組用戶側(cè)進(jìn)出水溫度。在地源熱泵機(jī)組的熱源側(cè)和用戶側(cè)進(jìn)出水管各設(shè)計(jì)一個(gè)水溫度傳感器；

（6）機(jī)組熱源側(cè)、機(jī)組用戶側(cè)循環(huán)水流量。在地源熱泵機(jī)組的熱源側(cè)和用戶側(cè)進(jìn)出水管各設(shè)計(jì)一個(gè)循環(huán)水流量傳感器；

（7）機(jī)組輸入功率。在地源熱泵機(jī)組配電輸入端設(shè)計(jì)一個(gè)功率傳感器或者普通電能表；

（8）數(shù)據(jù)采集裝置。每個(gè)示范項(xiàng)目原則上只設(shè)計(jì)1個(gè)數(shù)據(jù)采集裝置，當(dāng)項(xiàng)目的計(jì)量監(jiān)測(cè)設(shè)備分散設(shè)置時(shí)，需根據(jù)實(shí)際情況設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集裝置。數(shù)據(jù)采集裝置應(yīng)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(hào)的功能。數(shù)據(jù)采集裝置通道數(shù)應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目具體監(jiān)測(cè)要求確定，應(yīng)預(yù)留2個(gè)以上數(shù)據(jù)采集通道。

1.3 可再生能源數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)備參數(shù)

可再生能源數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用的計(jì)量設(shè)備和數(shù)據(jù)采集裝置性能參數(shù)滿足表1和表2的規(guī)定。

表1 計(jì)量設(shè)備性能參數(shù)選擇

表2 數(shù)據(jù)采集裝置性能參數(shù)要求

2 可再生能源數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)平臺(tái)展示

太陽能熱水系統(tǒng)及地源熱泵系統(tǒng)實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)如圖3和圖4所示。

圖3 太陽能熱水系統(tǒng)環(huán)境溫度及進(jìn)出水溫實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)

圖4 地源熱泵系統(tǒng)水泵能耗實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)圖

3 結(jié)論

崇明區(qū)可再生能源數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建成后，用于崇明區(qū)的太陽能熱水系統(tǒng)以及地源熱泵系統(tǒng)的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，可在平臺(tái)上實(shí)時(shí)查詢太陽能熱水系統(tǒng)以及地源熱泵系統(tǒng)各參數(shù)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，分析各項(xiàng)目的運(yùn)行狀態(tài)，為崇明可再生能源系統(tǒng)應(yīng)用效果評(píng)價(jià)提供了有力的技術(shù)支撐。