小議建筑綜合能源管理系統

孫克

廣東省建筑設計研究院

摘要：據統計，在我國，建筑能源消耗占能源總消耗量的30%左右，其中，總面積不足城鎮建筑總面積4%的大型公共建筑，其總能耗占全國城鎮總耗電量的 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、“精細型”的綜合能源管理系統，通過建筑能源消耗量化管理、節能分析等技術手段，降低建筑設施各耗能設備在運行過程中所消耗的能量，包括空調、照明、采暖、電梯、水泵、通風機以及其它耗能設備，從而降低運行成本，成為大型公共建筑節能增效的有效途徑。

關鍵詞：能源管理；電力監控；能耗計量；能耗分析；節能

建筑綜合能源管理系統利用數據處理與通信技術，對大樓內部水、電、氣等能耗采集、分析和管理模塊進行集成與整合，采用通用數據模型（CDM）建立全景數據庫，并以此為據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能降耗的技術和管理措施，協助管理者制訂能源使用模式，實現大樓節能降耗的目的。同時，系統在不斷的數據積累過程中，為客戶發現更多的節能機會，為后期的調整與改擴建提供更優化的能源供應管理方案。系統平臺架構如圖1所示。

圖1能源管理系統平臺架構

系統平臺采用面向服務的架構（SOA），包括設備層、數據適配層、數據層、服務層、應用層、數據展示層等多個層次。

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

（2）數據適配層：本層是集成平臺的數據轉換器，為服務層提供所需的全部數據，包括OPC適配器、DB適配器等。

（3）數據層：在本層對采集到的子系統數據進行格式轉換，以統一數據格式存儲到實時數據庫中，同時支持下發指令的轉換。實時數據庫通過通用數據模型（CDM）與歷史數據庫完成數據整合。

（4）服務層：本層向各類應用提供公共服務，它們可以獨立存在或者作為合成服務，包括采集服務、定時服務、聯動服務、報表服務、GIS服務、數據共享等服務。

（5）應用層：提供應用功能，主要包括能耗分析、能源統計、能源安全監控等。

（6）數據展示層：提供豐富的客戶端功能，支持微軟IE及以IE為內核的瀏覽器；支持持各類PC及平板、手機端瀏覽器訪問（含手機端）。在建筑設備管理中心內設1臺24小時不間斷運行的監控服務器并運行監控軟件。電氣工程師可實時查看電氣設施運轉情況并進行相關配置。

1、電力監控功能

在中低壓配電柜及主要配電箱安裝電力測控單元及數據總線組成電力監控子系統，變壓器、發電機組、直流屏、UPS自帶監控系統，系統平臺過網關對上述電力設施實施自動監測。電力運行監測界面如圖2所示。系統具體監測功能包括：

（1）對各回路電壓、電流、有功/無功功率、功率因數、諧波等電力參數進行實時監測，以便值班人員及時發現故障隱患。

（2）對電力系統的運行參數進行自動采集和分析，并進行集中管理。

（3）根據綠色建筑評價標準，低壓配電系統在各配電回路，設置具有標準通訊接口的多功能全電量儀表，實時監測、計算各用電回路用電量等多項參數。能源管理系統應按空調系統、照明系統、電梯系統、信息中心系統、廚房及相關系統用電分項計量、統計，作為建筑能耗分析依據。

（4）提供電力系統設備維護、運行的各類報表。

圖2電力運行監測界面

2、能耗計量功能

在租戶水電氣計量單元及主要能耗點（設備機房、衛生間、綠化灌溉等）設置抄表子系統對能耗量（包括電、水等）進行自動統計，形成物業管理收費基礎數據供財務中心調用，同時生成監控數據供能耗監測分析用。

（1）系統結構

抄表系統采用三級集散式網絡結構，網絡上層為平臺管理軟件，中層為數據集中器，前端設置智能電表、智能水表及智能氣表。管理工作站設于建筑設備管理中心。

（2）系統主要功能

a. 智能電表對各出租單元及主要設備的用電數據進行采集。智能水表、智能氣表對水、氣量進行采集。

b. 數據集中器自動對各表計進行分組控制，收集、存儲各表計的數據和狀態并傳送給管理工作站。

c. 系統軟件平臺對采集到的終端原始數據進行存貯、處理、輸出等操作，數據可供電氣工程師審核。

d. 工程師工作站通過系統平臺讀取并核實數據明細，確認無誤后將數據共享給客戶服務中心財務系統，實現計費的自動化管理。

e. 系統可讀取、打印用戶每日數據和月報表清單。

f.系統可對欠費用戶在控制室遠程執行控制功能。

g. 可分時段設定不同的單價，進行分時段計費。

h. 可對不同類型的用戶組合可方便的設置其收費關系。

i. 可對有關數據進行導出，便于財務系統的集成或調用。

3、能源管理功能

能源管理的對象包括水、電等各種能源，通過專家系統對智能建筑電力系統、動力系統、照明系統、供水系統和環境數據實行集中監控和分析，可以主動發掘節能潛力，察覺電路故障和給水管道“跑冒滴漏”等現象，實現能源的集中調度控制和經濟結算。

能源管理采用專家分析系統對能源信息實行集中監測和控制，一方面，實現從能源數據采集-過程監控-能源消耗分析-能源優化管理全過程的自動化、科學化管理，將能源管理與能源使用的全過程有機結合，提升能源管理的整體水平；另一方面，通過對能源信息進行準確匯總，同時對能源消耗設備的運行狀態進行實時監控，運用數據處理與分析技術，實現能耗系統的全面分析和管理，包括能耗的統計分析，預測分析等，從而提高能源使用效率和降低能源使用成本，發現節能機會，實現綠色環保目標。

4、能源管理組成模塊

（1）能耗數據采集：實時統計各類能耗及用能設備維護數據，建立全景數據庫如圖3所示，為能源審計、節能診斷提供數據基礎。

圖3能耗數據實時采集

（2）區域能效評估：以樓層為單位統計能耗，引入 KPI 指標計算方法，建立大樓的 KPI 指標分析，對包括單位面積綜合能耗、單位面積空調能耗、單位面積照明能耗等關鍵指標進行考核分析，給各能耗區域定義能耗級別，并與國家公共建筑節能評估標準進行比對，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，發現高耗能區，采取相應的節能措施（如調整人員用能習慣）。

（3）設備能效評估：以設備為單位統計能耗，整合空調、給排水、電力、照明等各類建筑設備監控子系統，對設備進行能效管理，構建節能數據模型，建立能源消耗評價體系，對能耗統計中發現的高能耗設備是否是由運行管理造成的進行判斷，根據診斷結果制定節能方案（低成本或無成本改造）。如圖4所示。

圖4設備能效評估

（4）節能控制實現：落實節能方案，調整用能設備運行方式及人員用能習慣，如重新設定設備開關機日程計劃，通過控制系統實現節能目標。如圖5所示。

圖5設備運行計劃控制

（5）經驗總結：系統經過一段時間運行后，所采集的歷史數據產生積累與沉淀，通過數據分析，對負荷做出預測，可發現節能機會，實現建筑持續節能。如圖6所示。

圖6負荷預測

5、結束語

綜上所述，基于成熟的能源數據采集、獲取、傳輸以及海量數據管理平臺，通過建筑綜合能源管理系統實現對建筑能源消耗實時監控，能源消耗超標預警、節能潛力分析、設備維護管理以及維護優化方案分析等功能，達到對建筑能源進行主動管理和節能增效的目的。

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