一,、前言
隨著我國經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展,，大型公共建筑耗能的問題日益突出,，對建筑執(zhí)行能耗量化管理以及效果評估,，控制、降低建筑運(yùn)營過程中所消耗的能量,，最終降低建筑的運(yùn)營成本,，提高能源使用效率。
力控科技致力于為客戶提供廣泛的能源管理解決方案,，力控智能樓宇能源管理系統(tǒng)作為樓宇管控一體化的能源綜合監(jiān)控信息化平臺,，采用先進(jìn)的在線監(jiān)測、云計(jì)算,、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù),，實(shí)現(xiàn)供能設(shè)備與耗能設(shè)備直接對話,，傳感器和執(zhí)行器、監(jiān)測和檢測間環(huán)環(huán)相扣,，實(shí)現(xiàn)智能樓宇數(shù)字化管理,。
能源管理系統(tǒng)從以下三方面著手，最終實(shí)現(xiàn)建筑管理輔助決策系統(tǒng),。
（1）實(shí)現(xiàn)對樓宇自控,、CCTV、門禁,、智能空調(diào),、UPS、電梯,、變配電、照明,、消防等子系統(tǒng)的大融合,，通過匯總后由控制中心統(tǒng)一調(diào)度。
（2）減少能源消耗,，采用實(shí)時(shí)能源監(jiān)控,、分戶分項(xiàng)能源統(tǒng)計(jì)分析、優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行,。通過重點(diǎn)能耗設(shè)備監(jiān)控,、能耗費(fèi)率分析等多種手段，使管理者能夠準(zhǔn)確掌握能源成本比重和發(fā)展趨勢,，制訂有的放矢的節(jié)能策略,。與蓄能裝置、無功補(bǔ)償裝置聯(lián)動,，達(dá)到移峰填谷,、提高功率因數(shù)的目的。
（3）監(jiān)控辦公,、居住環(huán)境舒適信息：主要包括環(huán)境的溫度,、濕度、空氣質(zhì)量指標(biāo)等,。
二,、系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)
力控智能樓宇能源管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用分層分布式結(jié)構(gòu), 系統(tǒng)自上而下共分四層：
現(xiàn)場設(shè)備層：指分布于高低壓配電柜中的測控保護(hù)裝置、儀表,、樓宇自控,、CCTV、門禁,、智能空調(diào),、UPS,、電梯、變配電,、消防等子系統(tǒng),。
網(wǎng)絡(luò)通信層：使用通信網(wǎng)關(guān)將各個(gè)子系統(tǒng)所使用的非標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議統(tǒng)一轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議, 將監(jiān)測數(shù)據(jù)及設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)傳輸至智能樓宇能源管理平臺，并下發(fā)上位機(jī)對現(xiàn)場設(shè)備的各種控制命令,。
監(jiān)控層：具有良好的人機(jī)交互界面,，SCADA軟件負(fù)責(zé)與國內(nèi)外各種樓宇控制廠家的檢測、控制設(shè)備構(gòu)成任意復(fù)雜的監(jiān)控系統(tǒng),，實(shí)現(xiàn)完美的過程可視化,，并且可與“第三方”的軟、硬件系統(tǒng)來進(jìn)行集成,。實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫提供豐富的企業(yè)級信息系統(tǒng)客戶端應(yīng)用和工具,，大容量支持企業(yè)級應(yīng)用，內(nèi)部實(shí)現(xiàn)高數(shù)據(jù)壓縮率,，實(shí)現(xiàn)存儲大量歷史數(shù)據(jù),。
能源管理層: 為現(xiàn)場操作人員及管理人員提供充足的信息(包含樓宇供用能信息、電能質(zhì)量信息,、各子系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)及用能信息等) , 制定能量優(yōu)化策略, 優(yōu)化設(shè)備運(yùn)行, 通過聯(lián)動控制實(shí)現(xiàn)能源管理, 提高經(jīng)濟(jì)效益及環(huán)境效益,。
圖1 樓宇能源管理系統(tǒng)框架
三、系統(tǒng)功能模塊組成
3.1 數(shù)據(jù)采集
數(shù)據(jù)采集管理以樓宇管理過程中所涉及的各種控制,、監(jiān)測,、計(jì)量、檢測等為基礎(chǔ),，支持OPC,、DDE、ODBC等相關(guān)接口,，采集各種數(shù)據(jù)采集器和人工錄入設(shè)備,。
現(xiàn)場采集內(nèi)容覆蓋樓宇自控、CCTV,、門禁,、智能空調(diào)、UPS,、電梯,、變配電、消防等系統(tǒng),。其中主要關(guān)注核心系統(tǒng)運(yùn)行狀況,、主要能耗管網(wǎng)狀態(tài)、環(huán)境介質(zhì)質(zhì)量監(jiān)測等數(shù)據(jù)。將全樓宇智能控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)狀態(tài)采集進(jìn)入系統(tǒng),，供數(shù)據(jù)監(jiān)視,、存儲、報(bào)警,、分析,、計(jì)算、統(tǒng)計(jì)平衡等使用,。
主要功能包括：
★整合現(xiàn)場各種控制系統(tǒng),。
★整合建筑物內(nèi)各個(gè)耗能、產(chǎn)能,、用能的信息孤島及子系統(tǒng),。
★將孤立的散點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，整合進(jìn)大型建筑節(jié)能集控智能平臺 ,。
★與有線網(wǎng)絡(luò),、無線網(wǎng)絡(luò)集成。
3.2 控制調(diào)度中心
該系統(tǒng)采用云計(jì)算技術(shù),，利用同一平臺管理全球建筑機(jī)電設(shè)備無限容量的架構(gòu),，能夠在同一平臺下融合兼容目前主流自控廠家的產(chǎn)品。兼容協(xié)議不僅包括所有公開的BACnet,、LonWorks、M-Bus,、IEC60870-5-101/102/103/104,、DLT-645、CDT,、Modbus等標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議,，還可以與樓宇自控系統(tǒng)主流品牌控制系統(tǒng)私有協(xié)議進(jìn)行兼容。技術(shù)人員遠(yuǎn)程即可了解現(xiàn)場參數(shù),，觀察現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行狀態(tài),，實(shí)現(xiàn)樓宇全過程“可視化”管理。該平臺基于云架構(gòu)技術(shù),，還可為專家和技術(shù)人員提供遠(yuǎn)程指導(dǎo)功能,。
需要整合、集控的子系統(tǒng)有樓宇自控系統(tǒng),、變配電調(diào)度系統(tǒng),、智能照明系統(tǒng)、無功補(bǔ)償裝置,、自發(fā)電裝置,、蓄能裝置、饋電線路控制系統(tǒng)、門禁,、消防監(jiān)測系統(tǒng),、智能中央空調(diào)控制系統(tǒng)等。
3.3 報(bào)警管理
系統(tǒng)平臺利用多個(gè)報(bào)警模型,，負(fù)責(zé)過程,、設(shè)備、質(zhì)量,、安全指標(biāo),、能源限額多種方式報(bào)警。包括模擬量報(bào)警,、事件報(bào)警,、重大變化連續(xù)重復(fù)報(bào)警、硬件設(shè)備報(bào)警等,。支持一個(gè)完全分布式的報(bào)警系統(tǒng),，報(bào)警及事件傳送，報(bào)警確認(rèn)處理以及報(bào)警記錄存檔,。用戶可以自定義各種報(bào)警,，報(bào)警信息可以通過不同方式傳送至用戶。
主要功能包括：
1）設(shè)備報(bào)警
重要能耗設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)異常報(bào)警,。
2）環(huán)境質(zhì)量報(bào)警
空氣質(zhì)量,、溫度、濕度等異常報(bào)警,。
3）電源故障報(bào)警
設(shè)備電源故障,，UPS斷電報(bào)警。
4）網(wǎng)絡(luò)通訊報(bào)警
設(shè)備通訊及網(wǎng)絡(luò)故障等異常報(bào)警,。
5）報(bào)警級別設(shè)定
基于事件的報(bào)警,，報(bào)警分組管理，報(bào)警優(yōu)先級管理,。
6）報(bào)警和事件輸出方式
報(bào)警窗口,、聲、光,、電,、短信、文件,、打印等方式,。
圖2 樓宇能源管理報(bào)警管理模塊
3.4 設(shè)備管理
能源管理系統(tǒng)的對象覆蓋樓宇的各種大型能源設(shè)施，實(shí)時(shí)監(jiān)視和記錄能源設(shè)備的運(yùn)行,、異常,、故障和事故狀態(tài),。通過技改和加強(qiáng)維護(hù)，指導(dǎo)維護(hù)保養(yǎng)工作,，提高能源設(shè)備效率,，實(shí)現(xiàn)能源設(shè)備閉環(huán)管理。
主要功能包括：
★運(yùn)行記錄,、啟停記錄的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)查詢,。
★缺陷、故障記錄維護(hù),，查詢,。
★維修工單，試驗(yàn)工單,，保養(yǎng)計(jì)劃等設(shè)備維護(hù)管理,。
★設(shè)備基礎(chǔ)信息管理(型號，廠家,，電壓等級等信息),。
★維修成本，運(yùn)行成本分析和報(bào)表,。
圖3 樓宇能源管理設(shè)備管理模塊
3.5 計(jì)劃與實(shí)績管理
根據(jù)能源分配計(jì)劃,、檢修計(jì)劃、歷史能耗數(shù)據(jù)分析和統(tǒng)計(jì),、能源消耗預(yù)測,、供能狀況等可自動計(jì)算能源消耗計(jì)劃和外購計(jì)劃，制定詳細(xì)的建筑能源管理指標(biāo)體系,，指導(dǎo)相關(guān)部門按照供需計(jì)劃組織配電,、配熱。
采集,、提取和整理各種樓宇子系統(tǒng)實(shí)際能源消耗量和能源介質(zhì)放散量等數(shù)據(jù)，獲取能源分析所需的實(shí)績數(shù)據(jù),，為所有部門編制各類其他報(bào)表提供基準(zhǔn),。通過計(jì)劃與實(shí)績數(shù)據(jù)的分析比較，對樓宇能源數(shù)據(jù)進(jìn)行有效跟蹤,，幫助管理者理清近期潛在影響因素,，快速制定實(shí)行決策，增進(jìn)應(yīng)變能力,。
能源實(shí)績有日,、月、季,、年能源實(shí)績表（包括電,、熱、水等不同分析切入點(diǎn)）；能源計(jì)劃有日,、月,、季、年能源供需計(jì)劃表（包括電,、熱,、水等不同分析切入點(diǎn)）。計(jì)劃與實(shí)績比較有同比環(huán)比分析,，其中包括柱狀,、曲線、餅圖,。
圖4 樓宇能源管理績效與計(jì)劃管理模塊
3.6 平衡優(yōu)化管理
能源供應(yīng)和能源消耗之間存在距離,，調(diào)整復(fù)雜，系統(tǒng)在大量歷史數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上,，對能源的生產(chǎn),、存儲、混合,、輸送和使用各環(huán)節(jié)集中管理與控制,，為大型建筑群建立一套與能源管理系統(tǒng)集成的能源分布網(wǎng)絡(luò)和平衡優(yōu)化模型。通過綜合平衡和燃料轉(zhuǎn)換使用的系統(tǒng)方法,，計(jì)算評價(jià)大型建筑能源利用水平的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo),，實(shí)現(xiàn)能源供需動態(tài)與靜態(tài)平衡，得出各種能源介質(zhì)的優(yōu)化分配方案,，使大型建筑能源的合理利用達(dá)到新高度,。
圖5 樓宇能源管理平衡優(yōu)化管理模塊
主要功能包括：
（1）能耗報(bào)告
能耗采集的是電表的總有功功率，主要是幫助用戶掌握能源消耗情況,，找出能源消耗異常值,。包括能耗值的逐時(shí)、逐日,、逐月,、逐年報(bào)告；單位面積能耗為能耗評價(jià)提供數(shù)據(jù)支持,；管理值（即目標(biāo)值）參考幫助分析實(shí)際能耗值與能耗目標(biāo)值的差異,；功率因子參考提供能耗值（電能）與用能品質(zhì)間的比對；溫度,、濕度參考幫助分析能耗資料與環(huán)境數(shù)據(jù)的相關(guān)性,。
（2）能耗排名
不同時(shí)間范圍內(nèi)的能耗值排序，以升序或降序顯示,，幫助用戶找出能耗最低和最高的設(shè)備單位,。
（3）能耗比較
比較相同時(shí)間范圍內(nèi)不同單位的能耗值,，或比較相同單位在不同時(shí)間范圍內(nèi)的能耗值。
（4）日平均報(bào)告率
任何一天每 15 分鐘平均能耗（電能）需求的報(bào)告,，幫助用戶了解能源消耗模式并找出超出預(yù)期的峰值需求,，為與電力公司簽訂合同時(shí)提供參考。
（5）偏差分析
任何一天不同時(shí)段能耗值與管理值（即目標(biāo)值）的偏差計(jì)算,，能耗值超過管理值的時(shí)段偏差值用紅色表示,，表明能源消耗的增加傾向。
（6）回歸分析
對每個(gè)能耗類型為電類的有功功率,、無功功率,、瞬間功率、功率因數(shù)進(jìn)行線性回歸分析,，展現(xiàn)各成員參數(shù)之間的線性關(guān)系,。
（7）用電分析
根據(jù)所選費(fèi)率以及實(shí)際用電狀況，分時(shí)間段（離峰,、半尖峰,、尖峰）顯示用電趨勢以及用電報(bào)表。
（8）系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化
發(fā)揮集中管控的平臺優(yōu)勢,，對空調(diào)風(fēng)機(jī),、熱交換器、空氣循環(huán)系統(tǒng)及末端系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)節(jié),，避免因憋壓,、壓力失衡造成的不必要能耗增加，根據(jù)負(fù)載變化自動調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速或冷熱源輸出功率,。
3.7 配電及能源優(yōu)化策略
配電及能源優(yōu)化系統(tǒng)從電力專業(yè)的深度對電能消耗進(jìn)行數(shù)字化和集成化的管理,、控制和優(yōu)化。系統(tǒng)與無功補(bǔ)償裝置聯(lián)動提高功率因數(shù),，通過與自發(fā)電裝置（如太陽能發(fā)電裝置或其他類型發(fā)電裝置）,、蓄能裝置的聯(lián)動與交互，完成饋電線路控制,，實(shí)現(xiàn)移峰填谷,。
本系統(tǒng)提供了用戶可自主編程的控制策略生成工具，用戶可根據(jù)具體需求自主編程,，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化策略,。
圖6 樓宇配電及能源優(yōu)化策略
控制策略的編制基于建筑用電結(jié)構(gòu),、季節(jié),、環(huán)境等因素。實(shí)現(xiàn)移峰填谷,、提高功率因數(shù),，減少能源支出,。
1）降低用電消耗，提高設(shè)備效率,，延長設(shè)備使用壽命,。
2）通過分析歷史用電情況，優(yōu)化各子系統(tǒng)運(yùn)行策略,，確保用電設(shè)備正常高效運(yùn)行,。
3）對全樓宇用電負(fù)荷、電能質(zhì)量及電價(jià)架構(gòu)進(jìn)行綜合分析,，制定新能源并網(wǎng)策略及系統(tǒng)充放電策略,，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。
聯(lián)動控制
★提供互動模式,，用戶自行定制用電策略,，并實(shí)時(shí)分析。模擬用電策略,，預(yù)測用電信息,，為用戶制定用電策略提供數(shù)據(jù)支持。
★根據(jù)空間環(huán)境參數(shù)及當(dāng)前用電負(fù)荷情況,，調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的空調(diào)及通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行策略,。
★根據(jù)能量優(yōu)化控制策略實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制各個(gè)子系統(tǒng)，并通過運(yùn)行結(jié)果說明能量優(yōu)化控制策略的效果,。
3.8 報(bào)表分析和經(jīng)濟(jì)性分析管理
通過能源消費(fèi)結(jié)構(gòu),、樓層能耗對比、重點(diǎn)耗能設(shè)備分析等多種分析方式,，報(bào)表分析可以幫助物業(yè)管理人員計(jì)算特定房間或人均能耗,，實(shí)現(xiàn)自主能源審計(jì)管理。報(bào)表可以自動生成,，按實(shí)際需要手動或自動打印,，供調(diào)度和運(yùn)行管理人員使用。其中有能源調(diào)度日報(bào)表,、能源供需計(jì)劃報(bào)表,、能源實(shí)績報(bào)表、能源平衡報(bào)表,、能源質(zhì)量管理報(bào)表,、能源成本報(bào)表、能源單耗報(bào)表,、能源綜合報(bào)表,、能源設(shè)備狀態(tài)報(bào)表、能源故障信息統(tǒng)計(jì)報(bào)表,、能源設(shè)備備件報(bào)表,、能源配送消耗報(bào)表等,。
圖7 樓宇能源報(bào)表分析
3.9 能源對標(biāo)管理
利用建筑物規(guī)范的能源管理體系，通過與競爭對手比較,，建立完善持續(xù)改進(jìn)的流程,。
主要功能包括：
1）結(jié)合國家標(biāo)準(zhǔn)，對主要設(shè)備的單耗指標(biāo),、單位能耗等指標(biāo)進(jìn)行線上監(jiān)測,。
2）國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行指標(biāo)。
3）對國家規(guī)定的節(jié)能目標(biāo)設(shè)置警戒線,，對未達(dá)目標(biāo)的指標(biāo)進(jìn)行自動警示,。
3.10 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理
基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理是大型建筑群開展能源工作的重要基礎(chǔ)內(nèi)容，是大型建筑能源管理信息化建設(shè)的前提和基石,。主要功能包括：能源介質(zhì)編碼,、能源計(jì)量單位體系、計(jì)量儀表,、計(jì)量點(diǎn),、計(jì)量區(qū)域。
3.11 權(quán)限維護(hù)管理
針對不同程序的信息敏感度,，系統(tǒng)提供權(quán)限維護(hù)管理模塊,，可以滿足復(fù)雜的系統(tǒng)管理要求。主要功能包括：用戶信息,、角色管理,、控制操作管理、系統(tǒng)日記維護(hù),、數(shù)據(jù)庫維護(hù),。
四、結(jié)論
力控智能樓宇能源管理系統(tǒng)在保證樓宇環(huán)境舒適的前提下運(yùn)行, 能夠優(yōu)化運(yùn)行樓宇供用能系統(tǒng), 同時(shí)降低智能樓宇的能源消耗,。目前為止此套系統(tǒng)已經(jīng)有多個(gè)實(shí)際應(yīng)用案例,，并取得不錯的效果。
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