Интеллектуальная энергосберегающая система

Полезная модель относится в устройствам сбора и регистрации данных расхода энергоресурсов в виде воды, электроэнергии и тепловой энергии, а именно, к интеллектуальной энергосберегающей системе (ИЭС) индивидуального учета энергоресурсов в зданиях и сооружениях и может быть использована для автоматизированного индивидуального квартирного учета и управления потреблением энергоресурсов в жилищно-коммунальном хозяйстве. Технической основой ИЭС индивидуального учета и диспетчеризации энергоресурсов в зданиях и сооружениях является технология беспроводных сенсорных сетей, интеллектуальных датчиков и исполнительных устройств, обеспечивающих учет потребленных энергоресурсов, передачу данных на серверы систем коммерческого учета энергоресурсов и управление исполнительными элементами при диспетчеризации энергоресурсов. Технический результат - расширение функциональных возможностей, повышение достоверности данных об энергопотреблении и экономии потребления, комфортности и безопасности пользователей при проживании и эксплуатации помещений зданий и сооружений. 1 н.п., 6 з.п. ф-лы, 1 илл.

Полезная модель относится в устройствам сбора и регистрации данных расхода энергоресурсов в виде воды, электроэнергии и тепловой энергии, а именно, к интеллектуальной энергосберегающей системе (ИЭС) индивидуального учета энергоресурсов в зданиях и сооружениях и может быть использована для автоматизированного индивидуального квартирного учета и управления потреблением энергоресурсов в жилищно-коммунальном хозяйстве.

Известна автоматизированная информационно-измерительная система учета, контроля и управления энергоресурсами в жилищно-коммунальном хозяйстве (описание к патенту на полезную модель RU 78966, МПК G06F 17/40 (2006.01), опубликовано 10.12.2008). Она содержит первичные измерительные преобразователи расхода газа, электроэнергии, воды и тепловой энергии, которые снабженные устройствами отображения информации в виде жидкокристаллического индикатора, модули контроля температуры, охранно-пожарной сигнализации, измерения влажности и первичные преобразователи сигналов от последних. Система снабжена микропроцессорным счетчиком-вычислителем, отображающим информацию с помощью жидкокристаллического индикатора, в которой сигналы от первичных измерительных преобразователей поступают на специализированный счетчик-вычислитель, в котором производится сбор и обработка данных с целью учета расходования энергоресурсов по группам учета, счетчики-вычислители объединены в сеть с помощью шины-интерфейса, например через радиоканал, линиям связи или по сетям 0,4 кВ. Далее информация через устройства сбора, передачи и хранения данных передается по интерфейсной многопользовательской связи в центр обработки информации с рабочими станциями на базе персональных компьютеров на каждом автоматизированном рабочем месте, объединенные в локальную вычислительную сеть, и с помощью соответствующего программного обеспечения выполняющие операции по обработке, контролю, учету, анализу, документированию и архивации информации в разрезе видов энергии, домов, улиц, кварталов, времени потребления. Система снабжена также модулями принудительного отключения подачи энергоносителя. Центр обработки информации связан с другими организациями, например охрана, аварийно-ремонтные подразделения и т.д. В качестве интерфейсной многопользовательской связи может использоваться связь по силовым линиям или радиосвязь.

Известная система имеет ограниченные функциональные возможности, выражающиеся только в возможности ограничения энергопотребления за счет дистанционного отключения при превышении лимита энергопотребления и возможности точечного отключения при возникновении аварийных ситуаций.

Задача полезной модели - создание интеллектуальной энергосберегающей системы индивидуального учета энергоресурсов в зданиях и сооружениях на основе технологий беспроводных сенсорных сетей и интеллектуальных датчиков и расширение ее функциональных возможностей.

Технический результат от использования полезной модели - повышение достоверности данных об энергопотреблении и экономии потребления, комфортности и безопасности пользователям при проживании и эксплуатации помещений зданий и сооружений.

Технический результат достигается тем, что в интеллектуальной энергосберегающей системе (ИЭС), включающей первичные приборы учета расхода и управления энергоресурсами в виде воды, электроэнергии и тепловой энергии, модуль управления нагрузкой энергопотребления, модуль контроля охранно-пожарной сигнализации, устройства сбора, преобразования и передачи информации о текущем значении измеряемых данных на ретрансляционный модуль приема и передачи данных на сервер сбора данных по интерфейсной многопользовательской связи, панель индикации состояния приборов потребителя и программное обеспечение, устройства сбора, преобразования и передачи информации о текущем значении измеряемых данных и модуль управления нагрузкой энергопотребления выполнены с радиодоступом, а ретрансляционный модуль выполнен с возможностью приема информации по радиоканалу и передачи ее на сервер по сети Интернет и/или сети GSM и возможностью доступа через WEB-интерфейс.

Кроме того, система может дополнительно содержать беспроводной датчик утечки воды, а охранно-пожарной сигнализация включает беспроводные охранный ИК датчик движения и пожарный датчик.

Приборы учета расхода и управления энергоресурсами и устройства сбора, преобразования и передачи информации о текущем значении измеряемых данных и модуль управления нагрузкой энергопотребления могут быть объединены в модули учета и диспетчеризации водоснабжения, учета и диспетчеризации электроснабжения, учета и диспетчеризации теплоснабжения.

Ретрансляционный модуль может быть выполнен с возможностью архивирования данных с последующей их досылкой на сервер при отсутствии связи.

Ретрансляционный модуль может быть выполнен с возможностью регулирования расходом энергоресурсов потребителем.

Панель индикации состояния приборов выполнена с возможностью регулирования расходом энергоресурсов потребителем и может быть снабжена управляющей клавиатурой и графическим дисплеем.

Модуль контроля охранно-пожарной сигнализации может быть выполнен с возможностью реализации дистанционного управления и передачи известий о тревожных событиях выбранным абонентам сетей GSM.

На рисунке изображена схема ИЭС с указанием основных функциональных частей и каналов передачи информации.

Основными функциональными частями системы в помещении 1 потребителя (квартира, офис) являются первичные приборы 2 учета и управления источниками потребления энергоресурсов, комплект беспроводных устройств 3 сбора, преобразования и передачи данных, квартирный блок 4, сервер 5 сбора данных и клиентское программное обеспечение 6.

Первичные приборы 1 учета и управления включают счетчики воды с импульсным выходом, кран с электроприводом, цифровые термометры, счетчики электроэнергии, пожароохранные датчики.

Комплект беспроводных устройств 2 сбора, преобразования и передачи данных включает:

- беспроводный распределитель тепла, осуществляющий измерение температуры радиатора отопления, а также температуры воздуха в отапливаемом помещении 1 с помощью встроенных в прибор датчиков. Он обеспечивает периодическую передачу данных по радиоканалу с помощью интегрированного приемо-передатчика. Реализует контроль несанкционированного вскрытия корпуса, контроль демонтажа с радиатора отопления, контроль уровня напряжения питания;

- беспроводный счетчик импульсов счетных выходов приборов учета расхода горячей и холодной воды, осуществляющий осуществляет подсчет импульсов со счетных выходов счетчиков холодной/горячей воды и счетчика электроэнергии, а также передачу по радиоканалу информации о текущих показаниях счетчиков (имеет два счетных входа для контроля расхода горячей и холодной воды). Передача информации о текущем значении измеряемой величины, уровне напряжения питания, состоянии тампера вскрытия корпуса прибора осуществляется периодически по радиоканалу с помощью интегрированного приемо-передатчика;

- модуль управления нагрузкой с радиодоступом, предназначенный для управления (включения/отключения) различных типов исполнительных устройств (клапанов, электроприводов и т.п.).

- ретрансляторный модуль радиосети, обеспечивающий прием и немедленную отправку данных по радиоканалу, тем самым позволяя наладить связь с устройством, находящимся за пределами зоны прямой радиовидимости;

- охранный ИК датчик движения беспроводный, обеспечивающий непрерывный контроль наличия движущихся объектов в своей рабочей зоне и при их обнаружении немедленно передает сигнал тревоги по радиоканалу на головное (ведущее) устройство охранной подсистемы;

- пожарный датчик беспроводный, обеспечивающий непрерывный контроль наличия дыма в помещении и при обнаружении задымления немедленно передает сигнал тревоги по радиоканалу на головное (ведущее) устройство пожарной подсистемы.

- беспроводный датчик утечки воды, обеспечивающий непрерывный контроль наличия воды (электропроводной среды) на полу контролируемого помещения и при обнаружении факта протечки немедленно передает сигнал тревоги по радиоканалу на головное (ведущее) устройство.

Квартирный блок 4 (квартирный концентратор) объединяет в себе два устройства: ретрансляционный модуль и панель индикации состояния приборов потребителя индикации и управления ими.

Ретрансляционный модуль является центральным устройством системы в рамках одного помещения (квартиры, офиса и т.п.). Выполняет функции приема данных от всех устройств по радиоканалу и передачу их на Сервер 5 по сети Интернет в специальном протоколе, используя канал проводной компьютерной сети Ethernet. При отсутствии Ethernet, в качестве резервного, используется канал GPRS (данные передаются в сети GSM).

Ретрансляционный модуль также реализует функцию ведения журнала (архивирование) всех данных, приходящих от приборов и требующих отправки на Сервер. Архивирование непрерывно ведется в собственной памяти FLASH, а также и во внешней SD-карте памяти в текстовом формате CSV (XLS-совместимый). Предусмотрена функция досылки данных на сервер из собственной FLASH памяти, накопившихся при отсутствии связи.

Ретрансляторный модуль также хранит перечень устройств, входящих в систему и все их настройки. Хранит комплект заданий температуры с учетом их распределения по часам и по дням.

Ретрансляторный модуль обеспечивает пользователю функцию доступа через WEB-интерфейс, в котором после ввода пароля доступен просмотр параметров всех устройств и редактирование тех параметров, изменение которых разрешено пользователю (задание регулятору температуры, состояние клапанов и т.п.). WEB-интерфейс также позволяет просматривать журнал переданных на сервер сообщений (из собственной памяти FLASH) и просмотр архива в формате *.CSV из SD-карты.

Панель индикации состояния приборов потребителя осуществляет индикацию состояния приборов находящихся в беспроводной сети. Индикация реализуется с помощью графического дисплея, который реализует функцию просмотра пользователем текущих значений контролируемых параметров, а также позволяет с помощью управляющей символьно-цифровой клавиатуры редактировать те параметры, изменение которых разрешено пользователю (задание регулятору температуры, состояние клапанов и т.п.).

Указанные выше элементы объединены в рамках следующих основных модулей:

- модуля учета и диспетчеризации водоснабжения;

- модуля учета и диспетчеризации электроснабжения;

- модуля учета и диспетчеризации теплоснабжения;

- пожаро-охранной подсистемы.

Пример реализации системы на типовом объекте стандартных потребительских качеств.

Для опытной эксплуатации и испытаний система была развернута на объектах стандартных потребительских качеств, в качестве которых были выбраны:

- офисное здание, расположенное в Коминтерновском районе г.Воронежа (испытания систем беспроводной передачи данных, учета и регулирования теплоснабжения, учета и диспетчеризации водоснабжения и электроснабжения);

- жилой трехкомнатной квартиры стандартной планировки в здании, расположенном в Левобережном районе г.Воронежа (накопление статистических данных по системам учета и диспетчеризации водоснабжения и электроснабжения).

Офисное здание предназначено для пребывания работников в дневные часы (с 8.00 до 19.00). Работники располагаются в отдельных комнатах (кабинетах), площадь которых колеблется в интервале 1545 м². В каждой из комнат размещены офисные столы (рабочие места) с установленными персональными компьютерами. Отдельно выделены помещения для печатающего оборудования (плоттерные) и крупной вычислительной техники (серверные).

Здание имеет 3 этажа, общая площадь всех помещений каждого этажа составляет 2613 м². Каждый этаж оборудован тремя санузлами (женские и мужские). К каждому из которых имеется подвод холодного и горячего водоснабжения. Также имеется цокольный этаж, на котором расположены лаборатории, архив, электрощитовая и прочие инженерно-технические помещения. Площадь цокольного этажа 438 м².

Несущие стены здания изготовлены из монолитных железобетонных блоков, межкомнатные перегородки - из кирпича. Остекление выполнено в виде пластиковых окон, которые имеют три режима вентилирования: полностью открыто, проветривание, микропроветривание.

Здание подключено к магистралям городского теплоснабжения, холодного и горячего водоснабжения и канализации. Отопление в здании организовано при помощи радиаторов, установленных в каждой комнате и расположенных на участке стены под окнами. Каждый из радиаторов оснащен линией байпаса и ручными вентилями, позволяющими в ручном режиме изменять его температуру.

Центральная электрощитовая располагается в цокольном этаже, затем от нее силовые кабели распределяются по этажам, а затем - по офисным помещениям. При этом приборы учета электроэнергии установлены по одному на каждую фирму, арендующую несколько офисных помещений.

В рамках реализации опытного образца системы на выбранном объекте было размещено следующее оборудование:

- в каждом санузле на 1-м, 2-м и 3-м этажах были установлены счетчики горячей и холодной воды, имеющие счетные выходы;

- на вводе в здание центрального питающего водовода, на цокольном этаже установлены общедомовые приборы учета холодной и горячей воды, также оборудованные счетными выходами;

- в санузлах установлены беспроводные датчики протечек;

- в помещениях (офисах), которые были оборудованы счетчиками электроэнергии без счетных выходов, данные счетчики были заменены на счетчики со счетными выходами;

- в центральной щитовой на каждом из этажей были установлены этажные приборы учета электроэнергии, также со счетными выходами;

- в офисных помещениях были установлены квартирные блоки. При этом установка осуществлялась таким образом, чтобы каждый блок обслуживал группу помещений (офисов), арендуемых одной фирмой (юридическим лицом);

- на радиаторы отопления были установлены беспроводные модули теплоснабжения;

- установлены (частично интегрированы с уже существующим на объекте оборудованием) пожароохранные модули с комплектами беспроводных датчиков.

Квартирные блоки подключены к уже существующей в здании локальной вычислительной сети Ethernet. Для обеспечения устойчивого канала связи беспроводных датчиков применялись модули радиоретрансляторный модульов.

Опытный образец ИЭС включал в себя следующие основные типовые устройства:

- модуль учета и диспетчеризации электроснабжения, конструктивно совмещенный с квартирным блоком (ретрансляторный модульом локальным) в составе: электросчетчика со счетным выходом, реле-ограничителя потребляемой электрической мощности, предназначенного для дистанционного импульсного управления электрическими цепями, блока управления реле-ограничителем по командам от квартирного блока;

- модуль учета и диспетчеризации водоснабжения в составе: счетчиков холодной и горячей воды с импульсным выходом «БЕРЕГУН 01.15.080», кранов с электроприводом «НС220В-Р», беспроводного цифрового термометра DS18B20 для измерения температуры горячей воды, преобразователя «счетный выход-радиоинтерфейс» (БСИ-01), модуля управления нагрузкой с радиодоступом (МУН-01) - предназначенного для управления исполнительными устройствами;

- модуль учета и диспетчеризации теплоснабжения в составе: термостатического вентиля с электронным управлением и автономным электропитанием, цифровых термометров DS18B20 для измерения температуры радиатора и температуры воздуха в отапливаемом помещении (беспроводный распределитель тепла (БРТ-01)), вычислительного модуля, радиоинтерфейса;

- квартирный концентратор (квартирный блок) в составе: ретрансляторный модульа ETERNET/GSM (РЛ-01) и квартирной панели индикации и управления КПИУ-01;

- ретрансляторный модуль радиосети РРС-01;

- охранный инфракрасный датчик движения беспроводный ОДП-01;

- пожарный датчик беспроводный ПДБ-01;

- беспроводный датчик утечки воды БДУВ-01.

Квартирный блок вместе с ретрансляторный модулем установлен в квартирном электрощитке.

В опытном образце ИЭС также используются краны шаровые с электроприводом, счетчики холодной воды, счетчики горячей воды, фильтры грубой очистки воды, кабель КСПВ 2×0,5, модуль радиатора отопления, предназначенный для поддержания требуемой температуры в помещении и сбора данных о текущей температуре теплоносителя, пожароохранный модуль, имеющий собственный GSM-модуль для повышения надежности отправки тревожных сигналов извещений пользователю, беспроводной датчик температуры.

1. Интеллектуальная энергосберегающая система, включающая первичные приборы учета расхода и управления энергоресурсами в виде воды, электроэнергии и тепловой энергии, модуль управления нагрузкой энергопотребления, модуль контроля охранно-пожарной сигнализации, устройства сбора, преобразования и передачи информации о текущем значении измеряемых данных на ретрансляционный модуль приема и передачи данных на сервер сбора данных по интерфейсной многопользовательской связи, панель индикации состояния приборов потребителя и программное обеспечение, отличающаяся тем, что устройства сбора, преобразования и передачи информации о текущем значении измеряемых данных и модуль управления нагрузкой энергопотребления выполнены с радиодоступом, а ретрансляционный модуль выполнен с возможностью приема информации по радиоканалу и передачи ее на сервер по сети Интернет и/или сети GSM и возможностью доступа через WEB-интерфейс.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит беспроводной датчик утечки воды, а охранно-пожарная сигнализация включает беспроводные охранный ИК датчик движения и пожарный датчик.

3. Система по п.1, отличающаяся тем, что приборы учета расхода и управления энергоресурсами и устройства сбора, преобразования и передачи информации о текущем значении измеряемых данных и модуль управления нагрузкой энергопотребления объединены в модули учета и диспетчеризации водоснабжения, учета и диспетчеризации электроснабжения, учета и диспетчеризации теплоснабжения.

4. Система по п.1, отличающаяся тем, что ретрансляционный модуль выполнен с возможностью архивирования данных с последующей их досылкой на сервер при отсутствии связи.

5. Система по п.1, отличающаяся тем, что ретрансляционный модуль выполнен с возможностью регулирования расхода энергоресурсов потребителем.

6. Система по п.1, отличающаяся тем, что панель индикации состояния приборов с возможностью регулирования расхода энергоресурсов потребителем и снабжена управляющей клавиатурой и графическим дисплеем.

7. Система по п.1, отличающаяся тем, что модуль контроля охранно-пожарной сигнализации выполнен с возможностью реализации дистанционного управления и передачи известий о тревожных событиях выбранным абонентам сетей GSM.