如何運用樓宇管理系統促進建筑節能——淺述滬上生態家BMS的節能設計及能源管理系統

文｜施耐德電氣樓宇事業部 孫 靖 劉 曄

如何運用樓宇管理系統促進建筑節能
——淺述滬上生態家BMS的節能設計及能源管理系統

文｜施耐德電氣樓宇事業部 孫 靖 劉 曄

本文通過介紹施耐德電氣的Vista系統在世博參展項目滬上生態家中的應用，闡述了運用樓宇管理系統（BMS）解決方案構建簡單、高效的設備和能源管理平臺，實現樓宇節能的方法。

樓宇管理系統（BMS） 節能增效 能源管理 世博 滬上生態家

1 滬上生態家BMS設計理念

滬上生態家的BMS設計首先需要體現BMS技術在未來上海家庭住宅中的應用，在世博期間向觀眾展示未來的高科技生活；此外，考慮到滬上生態家屬于永久性建筑，世博結束后將作為創意辦公樓使用，BMS系統設計需兼顧實用性，且便于日后根據具體使用方式進行靈活調整。

作為家庭住宅，滬上生態家不同于商用建筑，其建筑設備（暖通空調、給排水、送排風設備等）的控制相對簡單；但是智能設備種類繁多，包括智能照明、智能遮陽、智能家居、安全防范、再生能源設備等。如何將這些智能設備集成在同一平臺下進行協調運作，取得良好的節能效果是滬上生態家BMS設計的一大重點。此外，能源的管理與分析既有助于參觀者掌握滬上生態家的能源來源與使用比例，了解滬上生態家中所應用的新能源和節能技術，也便于世博結束后滬上生態家作為創意辦公樓的持續能源改進，因此這部分是滬上生態家BMS系統的另一重點。

2 施耐德電氣Vista BMS系統平臺

滬上生態家項目選用了施耐德電氣的Vista系統作為其BMS產品平臺。Vista系統以Building IT作為其產品理念，將IT的理念融入了產品的各個層面。作為BMS產品平臺，它具有開放、友好、集成、安全的特點。它采用完全開放的網絡結構，能確保用戶可以自由選擇產品。它的管理層軟件運行于微軟Windows操作系統，基于標準以太網或TCP/IP光纖網進行通信；現場層采用開放的LonWorks技術。在界面方面，Vista 5擁有基于XML可標記語言的矢量圖形系統和組件重用技術；在安全方面，Vista可以選擇使用微軟Windows XP/7/2008 server的安全系統對用戶進行管理，并且采用了HTTPS和128位編碼的安全體制，安全性達到了FDA 21 CFR中第11部分的要求。

Vista能夠提供從基本的環境監控到提高能源/成本效率的全方位服務，可以有效地提高用戶對建筑物能耗的控制力。它可以通過數據采集與處理有效掌握建筑物能源分配及各類環境、設備因素對能耗的影響；還可以進行節能潛力分析，并在能源改造過程中隨時跟蹤投入、回報情況，預測投資回收期。此外，Vista能夠利用樓宇自控系統的歷史及實時數據，構建建筑設備全生命周期綜合管理平臺。通過此平臺，用戶可以跟蹤所有設備運行數據、管理維護進程、從全生命周期角度制定設備管理計劃并支持整個實施過程。不僅如此，Vista FM還可提供文件、合同和物業流程管理功能。

3 滬上生態家BMS系統集成設計

滬上生態家BMS系統包括樓宇自控系統、門禁與巡更系統、消防系統、紅外報警系統、智能照明系統、風力發電系統、燃料電池、外圍護結構遮陽系統、客流信息采集系統、能源監測計量系統等眾多子系統，只有將這些子系統信息集成在同一平臺上，通過系統信息交換和內部聯動才能充分優化系統軟、硬件配置和監控流程，并充分向觀眾展示各項新技術在生態、節能等方面的作用。

比如說，建筑體的外界氣象環境是一個看起來相對獨立的子系統，但如果通過軟件對外界氣象環境參數加以計算和分析，就可以確定空調機組新風門的最優開度，在保證建筑內空氣品質的前提下盡可能利用外界免費的冷量或熱量，減少通過冷水機組或鍋爐等冷、熱源對室內空氣進行冷卻或加熱處理，從而減少電能及天然氣等能源的消耗。又比如，在夏季午夜通過室內外直接換氣方式，利用室外較冷的空氣冷卻室內由于白天日光輻射、人員設備發熱而產生的熱空氣。這樣既能減少使用空調冷卻室內空氣所需的冷量或電能，也能提高室內空氣的含氧量和品質。再比如，可以利用客流信息采集系統，根據客流量多少預測空調負荷，以實現優化控制。此外，可以根據室外照度傳感器的讀值，決定靠近窗戶的照明燈具的開閉、對照明燈具的亮度進行調節，或使用遮陽簾阻止過強的光線進入室內。這樣可以減少燈具的開啟，節省電能，同時還能減少由于過量的燈具使用而造成的空調制冷浪費，從而節省電能。類似這樣的，看似毫不相關的眾多子系統，通過BMS進行集成后，可以實現相互提供控制依據，從而讓各個子系統在穩定可靠運行的前提下使用最少的能源。

此外，除了上面提及的各個子系統之間的潛在關系，就對能源的有效利用及分配方面來說，一個檢測系統也是非常必要的。通過監測和記錄能源，例如電能的使用情況，同時對比室外氣象參數、參觀人流量、室內二氧化碳參數、室內溫濕度等參數的歷史記錄，可以分析出電能的利用效率。若利用效率偏低，可通過調整某些參數的設定、更換老化的機電設備等手段提升對電能的利用效率。

4 滬上生態家對節能增效的考慮及其能源管理系統選型

針對滬上生態家的住宅特征，為充分體現未來對能源效率的重視，保證建筑設備高效運行，避免無效能耗，應在BMS中融入比普通項目更多的對能源優化的考慮。

（1）所有風機、水泵設備加裝變頻器。變頻器不僅能夠根據實際需求調整設備負荷以節約能源，還可直接反饋設備的實時運行狀態、能耗數據等，以便進行設備和能源管理。

（2）室內部分區域安裝溫/濕度及CO2傳感器，根據空氣狀態動態調整設備運行狀態，兼顧舒適與節能，并通過溫/濕度與CO2參數記錄體現滬上生態家建筑自然通風的設計效果。

（3）建筑物部分區域安裝照度傳感器，根據日照對遮陽及照明系統進行動態控制。

（4）建立空調系統與門窗及占用狀態的聯動控制?？照{系統根據門窗及占用狀態進行模式切換。例如當房間窗戶打開時空調系統自動停止工作以節約能源，當房間處于非占用狀態時空調系統自動轉入節能運行模式等。

（5）對冷熱源總管及各新風機組、空調機組進行熱能計量。通過輸出熱能、消耗電量等的比較分析直接獲得單位冷熱量的能源消耗數據，以評判控制策略優劣。

（6）根據空調區域人流量狀況建立模型，預測區域冷熱量需求，并與實際需求進行比較，分析預測進一步優化控制的可行性。

除通過各種集成控制手段直接進行節能增效外，滬上生態家還能夠通過施耐德電氣的Vista能源管理模塊，對所有能源消耗以及再生能源設備進行管理。

電、水、氣等的使用情況由第三方設備進行采集，然后通過通信網關傳入Vista BMS系統。Vista的能源管理模塊與BMS無縫集成，直接從BMS中提取實時數據進行記錄、分析和管理。

能源管理軟件對所有能源消耗及產生數據進行記錄，并可按照日/星期/月生成相應報表和圖形，如圖1所示。

能源管理軟件對電能質量進行監測，在出現問題時進行報警。報警信息可通過Email方式發送給相關工作人員。

能源管理軟件根據歷史規律分析設備運行過程中的異常情況（如圖2所示），并進行報警。報警信息可通過Email方式發送給相關工作人員。

能源管理軟件將能源數據與設備運行狀態、當時氣象條件等進行比較，發現設備無效運行時間，改善設備運行策略。

能源管理軟件通過能源數據發現建筑設備中存在的能源改善空間，如改善墻窗材料保溫性能、提高燈具發光效率、提高冷熱源能效比等，并評估各種改善措施的投入產出效益。

5 滬上生態家BMS系統的運行/管理模式

滬上生態家BMS系統在調試及試運行結束后，即進入正常的運行模式。利用BMS，用戶可以通過精美的圖形操作界面，方便地實現對系統中各設備的時間表控制、系統報警及事件管理、能源管理、趨勢/操作記錄管理等功能。同時，系統管理員也可利用BMS的用戶管理功能，創建和修改用戶，令每個用戶只能按其權限瀏覽或修改部分設備參數，確保任何越權操作都將被禁止，以保證系統的安全性。

5.1 時間表控制

BMS控制軟件可以依據使用者的要求，對不同的樓宇機電設備制定啟動和停止運行時間表，令相應設備的控制器嚴格按照使用者預先排定的時間表控制機電設備的啟停。此外，BMS控制軟件還可以將不同的設備放在一起作為一個群組安排統一的時間表，如在夜間換氣模式下，可以將多個送風機和排風機放在一個時間表群組中進行管理，由統一時間表進行控制。這樣就不必對每個送風機或排風機分別編制時間表，既利于管理，又提高了工作效率。

5.2 系統報警及事件管理

BMS控制軟件的報警處理功能使日常管理變得非常簡單。報警信號可自動驅動一臺或多臺打印機打印出報警信息，并同時顯示在屏幕上，如圖3所示。

報警信號還可被傳遞到遠程操作設備，例如尋呼設備、傳真機、電子郵箱、手機或緊急服務中心，從而保證無論白天還是夜晚、工作日還是節假日，也不論操作員是否在終端前工作，整個系統都在操作人員的掌握之中。

操作員可運用彩色圖像工具或指定功能鍵隨時查看報警情況，包括報警的發生、消除和確認。為便于區分，每種不同優先級的報警都用不同的顏色表示，并可以按時間順序或優先順序排列。優先級表示報警的緊急程度，可選擇聲音報警或視頻報警。

此外還有一些其他的報警功能，如在檢修期間停止的報警會在另一區域中顯示出來；報警鎖定功能可以避免短時間內的重復報警；每個報警信號都帶有相關的統計資料，包括產生的次數、最近一次的日期和具體時間等，對于安排設備維護大有幫助。

5.3 能源管理

Vista能源管理模式是基于Microsoft Excel的獨立Windows程序，有很強的分析能源消耗記錄和預算未來能耗狀況的能力，另外也可對其他參數進行統計分析，如時間及其與各參數之間的關系，各參數彼此之間的關系的統計分析等。

Vista可通過自動或人工收集數據。各種參數，如溫度、天氣情況、能源消耗、運行時間、建筑占用情況等都能自動記錄下來，并按每天、每星期、每月或每年進行分析。

由于具有動態數據交換（DDE）功能，Vista的數據交換簡單易行，可從網絡或ASCII文件中讀入信息，有些信息或預算值也可人工輸入。

Vista可以建立起基于氣候變化的能源消耗表，從而依據全年能耗曲線控制供熱、制冷的能源消耗，當消耗過高或過低時產生報警，以保證控制的精確性和連續性。

5.4 記錄功能

（1）趨勢記錄

系統可在指定時間間隔內收集、存儲測量值，為以后的分析和生成報表做準備，既可用小間隔記錄控制設定等短過程，也可用大間隔記錄能量消耗等長過程。

（2）操作記錄

系統可以收集、存儲系統發生事件的信息，包括報警發生后進行相應處理的日期、時間、維護人員等。其報表參數范圍十分廣泛，可以自由選擇所需輸出的信息。

6 結束語

滬上生態家項目中的BMS系統的應用，不僅將所有弱電系統集成在同一個平臺上，簡化了使用者的日常設備和能源管理，體現了先進性、開放性、集成性和高效性的系統設計理念，同時也為世博參觀者提供了一次近距離接觸和深入體驗BMS系統的良好機會，是運用樓宇自控系統促進建筑節能的典范。