小議建筑綜合能源管理系統(tǒng)

孫克

廣東省建筑設(shè)計研究院

摘要：據(jù)統(tǒng)計，在我國，建筑能源消耗占能源總消耗量的30%左右，其中，總面積不足城鎮(zhèn)建筑總面積4%的大型公共建筑，其總能耗占全國城鎮(zhèn)總耗電量的 22%，大型公共建筑年耗電量為普通居民住宅的10～20倍，具有巨大的節(jié)能潛力。在建立了初步的電能計量與管理制度的情況下，建立更為完善、“精細(xì)型”的綜合能源管理系統(tǒng)，通過建筑能源消耗量化管理、節(jié)能分析等技術(shù)手段，降低建筑設(shè)施各耗能設(shè)備在運行過程中所消耗的能量，包括空調(diào)、照明、采暖、電梯、水泵、通風(fēng)機以及其它耗能設(shè)備，從而降低運行成本，成為大型公共建筑節(jié)能增效的有效途徑。

關(guān)鍵詞：能源管理；電力監(jiān)控；能耗計量；能耗分析；節(jié)能

建筑綜合能源管理系統(tǒng)利用數(shù)據(jù)處理與通信技術(shù)，對大樓內(nèi)部水、電、氣等能耗采集、分析和管理模塊進(jìn)行集成與整合，采用通用數(shù)據(jù)模型（CDM）建立全景數(shù)據(jù)庫，并以此為據(jù)建立客觀能源消耗評價體系，及時了解真實的能耗情況并提出節(jié)能降耗的技術(shù)和管理措施，協(xié)助管理者制訂能源使用模式，實現(xiàn)大樓節(jié)能降耗的目的。同時，系統(tǒng)在不斷的數(shù)據(jù)積累過程中，為客戶發(fā)現(xiàn)更多的節(jié)能機會，為后期的調(diào)整與改擴建提供更優(yōu)化的能源供應(yīng)管理方案。系統(tǒng)平臺架構(gòu)如圖1所示。

圖1能源管理系統(tǒng)平臺架構(gòu)

系統(tǒng)平臺采用面向服務(wù)的架構(gòu)（SOA），包括設(shè)備層、數(shù)據(jù)適配層、數(shù)據(jù)層、服務(wù)層、應(yīng)用層、數(shù)據(jù)展示層等多個層次。

（1）設(shè)備層：本層集成監(jiān)控對象，包括 PLC/DDC、ERP 系統(tǒng)、OA 系統(tǒng)、物業(yè)管理系統(tǒng)、財務(wù)系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)都獨立運行，它們對外提供不同類型的接口（BACnet、OPC、ODBC、TCP/UDP 等）。

（2）數(shù)據(jù)適配層：本層是集成平臺的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，為服務(wù)層提供所需的全部數(shù)據(jù)，包括OPC適配器、DB適配器等。

（3）數(shù)據(jù)層：在本層對采集到的子系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，以統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式存儲到實時數(shù)據(jù)庫中，同時支持下發(fā)指令的轉(zhuǎn)換。實時數(shù)據(jù)庫通過通用數(shù)據(jù)模型（CDM）與歷史數(shù)據(jù)庫完成數(shù)據(jù)整合。

（4）服務(wù)層：本層向各類應(yīng)用提供公共服務(wù)，它們可以獨立存在或者作為合成服務(wù)，包括采集服務(wù)、定時服務(wù)、聯(lián)動服務(wù)、報表服務(wù)、GIS服務(wù)、數(shù)據(jù)共享等服務(wù)。

（5）應(yīng)用層：提供應(yīng)用功能，主要包括能耗分析、能源統(tǒng)計、能源安全監(jiān)控等。

（6）數(shù)據(jù)展示層：提供豐富的客戶端功能，支持微軟IE及以IE為內(nèi)核的瀏覽器；支持持各類PC及平板、手機端瀏覽器訪問（含手機端）。在建筑設(shè)備管理中心內(nèi)設(shè)1臺24小時不間斷運行的監(jiān)控服務(wù)器并運行監(jiān)控軟件。電氣工程師可實時查看電氣設(shè)施運轉(zhuǎn)情況并進(jìn)行相關(guān)配置。

1、電力監(jiān)控功能

在中低壓配電柜及主要配電箱安裝電力測控單元及數(shù)據(jù)總線組成電力監(jiān)控子系統(tǒng)，變壓器、發(fā)電機組、直流屏、UPS自帶監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)平臺過網(wǎng)關(guān)對上述電力設(shè)施實施自動監(jiān)測。電力運行監(jiān)測界面如圖2所示。系統(tǒng)具體監(jiān)測功能包括：

（1）對各回路電壓、電流、有功/無功功率、功率因數(shù)、諧波等電力參數(shù)進(jìn)行實時監(jiān)測，以便值班人員及時發(fā)現(xiàn)故障隱患。

（2）對電力系統(tǒng)的運行參數(shù)進(jìn)行自動采集和分析，并進(jìn)行集中管理。

（3）根據(jù)綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)，低壓配電系統(tǒng)在各配電回路，設(shè)置具有標(biāo)準(zhǔn)通訊接口的多功能全電量儀表，實時監(jiān)測、計算各用電回路用電量等多項參數(shù)。能源管理系統(tǒng)應(yīng)按空調(diào)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、電梯系統(tǒng)、信息中心系統(tǒng)、廚房及相關(guān)系統(tǒng)用電分項計量、統(tǒng)計，作為建筑能耗分析依據(jù)。

（4）提供電力系統(tǒng)設(shè)備維護(hù)、運行的各類報表。

圖2電力運行監(jiān)測界面

2、能耗計量功能

在租戶水電氣計量單元及主要能耗點（設(shè)備機房、衛(wèi)生間、綠化灌溉等）設(shè)置抄表子系統(tǒng)對能耗量（包括電、水等）進(jìn)行自動統(tǒng)計，形成物業(yè)管理收費基礎(chǔ)數(shù)據(jù)供財務(wù)中心調(diào)用，同時生成監(jiān)控數(shù)據(jù)供能耗監(jiān)測分析用。

（1）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

抄表系統(tǒng)采用三級集散式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)上層為平臺管理軟件，中層為數(shù)據(jù)集中器，前端設(shè)置智能電表、智能水表及智能氣表。管理工作站設(shè)于建筑設(shè)備管理中心。

（2）系統(tǒng)主要功能

a. 智能電表對各出租單元及主要設(shè)備的用電數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。智能水表、智能氣表對水、氣量進(jìn)行采集。

b. 數(shù)據(jù)集中器自動對各表計進(jìn)行分組控制，收集、存儲各表計的數(shù)據(jù)和狀態(tài)并傳送給管理工作站。

c. 系統(tǒng)軟件平臺對采集到的終端原始數(shù)據(jù)進(jìn)行存貯、處理、輸出等操作，數(shù)據(jù)可供電氣工程師審核。

d. 工程師工作站通過系統(tǒng)平臺讀取并核實數(shù)據(jù)明細(xì)，確認(rèn)無誤后將數(shù)據(jù)共享給客戶服務(wù)中心財務(wù)系統(tǒng)，實現(xiàn)計費的自動化管理。

e. 系統(tǒng)可讀取、打印用戶每日數(shù)據(jù)和月報表清單。

f.系統(tǒng)可對欠費用戶在控制室遠(yuǎn)程執(zhí)行控制功能。

g. 可分時段設(shè)定不同的單價，進(jìn)行分時段計費。

h. 可對不同類型的用戶組合可方便的設(shè)置其收費關(guān)系。

i. 可對有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行導(dǎo)出，便于財務(wù)系統(tǒng)的集成或調(diào)用。

3、能源管理功能

能源管理的對象包括水、電等各種能源，通過專家系統(tǒng)對智能建筑電力系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、供水系統(tǒng)和環(huán)境數(shù)據(jù)實行集中監(jiān)控和分析，可以主動發(fā)掘節(jié)能潛力，察覺電路故障和給水管道“跑冒滴漏”等現(xiàn)象，實現(xiàn)能源的集中調(diào)度控制和經(jīng)濟結(jié)算。

能源管理采用專家分析系統(tǒng)對能源信息實行集中監(jiān)測和控制，一方面，實現(xiàn)從能源數(shù)據(jù)采集-過程監(jiān)控-能源消耗分析-能源優(yōu)化管理全過程的自動化、科學(xué)化管理，將能源管理與能源使用的全過程有機結(jié)合，提升能源管理的整體水平；另一方面，通過對能源信息進(jìn)行準(zhǔn)確匯總，同時對能源消耗設(shè)備的運行狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)控，運用數(shù)據(jù)處理與分析技術(shù)，實現(xiàn)能耗系統(tǒng)的全面分析和管理，包括能耗的統(tǒng)計分析，預(yù)測分析等，從而提高能源使用效率和降低能源使用成本，發(fā)現(xiàn)節(jié)能機會，實現(xiàn)綠色環(huán)保目標(biāo)。

4、能源管理組成模塊

（1）能耗數(shù)據(jù)采集：實時統(tǒng)計各類能耗及用能設(shè)備維護(hù)數(shù)據(jù)，建立全景數(shù)據(jù)庫如圖3所示，為能源審計、節(jié)能診斷提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

圖3能耗數(shù)據(jù)實時采集

（2）區(qū)域能效評估：以樓層為單位統(tǒng)計能耗，引入 KPI 指標(biāo)計算方法，建立大樓的 KPI 指標(biāo)分析，對包括單位面積綜合能耗、單位面積空調(diào)能耗、單位面積照明能耗等關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行考核分析，給各能耗區(qū)域定義能耗級別，并與國家公共建筑節(jié)能評估標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比對，劃分出能效等級，使管理者更加直觀、深入的了解大樓的能耗情況，發(fā)現(xiàn)高耗能區(qū)，采取相應(yīng)的節(jié)能措施（如調(diào)整人員用能習(xí)慣）。

（3）設(shè)備能效評估：以設(shè)備為單位統(tǒng)計能耗，整合空調(diào)、給排水、電力、照明等各類建筑設(shè)備監(jiān)控子系統(tǒng)，對設(shè)備進(jìn)行能效管理，構(gòu)建節(jié)能數(shù)據(jù)模型，建立能源消耗評價體系，對能耗統(tǒng)計中發(fā)現(xiàn)的高能耗設(shè)備是否是由運行管理造成的進(jìn)行判斷，根據(jù)診斷結(jié)果制定節(jié)能方案（低成本或無成本改造）。如圖4所示。

圖4設(shè)備能效評估

（4）節(jié)能控制實現(xiàn)：落實節(jié)能方案，調(diào)整用能設(shè)備運行方式及人員用能習(xí)慣，如重新設(shè)定設(shè)備開關(guān)機日程計劃，通過控制系統(tǒng)實現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)。如圖5所示。

圖5設(shè)備運行計劃控制

（5）經(jīng)驗總結(jié)：系統(tǒng)經(jīng)過一段時間運行后，所采集的歷史數(shù)據(jù)產(chǎn)生積累與沉淀，通過數(shù)據(jù)分析，對負(fù)荷做出預(yù)測，可發(fā)現(xiàn)節(jié)能機會，實現(xiàn)建筑持續(xù)節(jié)能。如圖6所示。

圖6負(fù)荷預(yù)測

5、結(jié)束語

綜上所述，基于成熟的能源數(shù)據(jù)采集、獲取、傳輸以及海量數(shù)據(jù)管理平臺，通過建筑綜合能源管理系統(tǒng)實現(xiàn)對建筑能源消耗實時監(jiān)控，能源消耗超標(biāo)預(yù)警、節(jié)能潛力分析、設(shè)備維護(hù)管理以及維護(hù)優(yōu)化方案分析等功能，達(dá)到對建筑能源進(jìn)行主動管理和節(jié)能增效的目的。

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