一、前言
隨著我國經(jīng)濟社會的發(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、降低建筑運營過程中所消耗的能量，最終降低建筑的運營成本，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，采用先進的在線監(jiān)測、云計算、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，實現(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，最終實現(xiàn)建筑管理輔助決策系統(tǒng)。
（1）實現(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，采用實時能源監(jiān)控、分戶分項能源統(tǒng)計分析、優(yōu)化系統(tǒng)運行。通過重點能耗設(shè)備監(jiān)控、能耗費率分析等多種手段，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、無功補償裝置聯(lián)動，達到移峰填谷、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
力控智能樓宇能源管理系統(tǒng)設(shè)計采用分層分布式結(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)備運行狀態(tài)傳輸至智能樓宇能源管理平臺，并下發(fā)上位機對現(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)來進行集成。實時歷史數(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)部實現(xiàn)高數(shù)據(jù)壓縮率，實現(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)備運行, 通過聯(lián)動控制實現(xiàn)能源管理, 提高經(jīng)濟效益及環(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)的實時狀態(tài)采集進入系統(tǒng)，供數(shù)據(jù)監(jiān)視、存儲、報警、分析、計算、統(tǒng)計平衡等使用。
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)各個耗能、產(chǎn)能、用能的信息孤島及子系統(tǒng)。
★將孤立的散點進行數(shù)據(jù)采集，整合進大型建筑節(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)采用云計算技術(shù)，利用同一平臺管理全球建筑機電設(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)議進行兼容。技術(shù)人員遠程即可了解現(xiàn)場參數(shù)，觀察現(xiàn)場設(shè)備運行狀態(tài)，實現(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 報警管理
系統(tǒng)平臺利用多個報警模型，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警。包括模擬量報警、事件報警、重大變化連續(xù)重復(fù)報警、硬件設(shè)備報警等。支持一個完全分布式的報警系統(tǒng)，報警及事件傳送，報警確認(rèn)處理以及報警記錄存檔。用戶可以自定義各種報警，報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)備報警
重要能耗設(shè)備運行狀態(tài)異常報警。
2）環(huán)境質(zhì)量報警
空氣質(zhì)量、溫度、濕度等異常報警。
3）電源故障報警
設(shè)備電源故障，UPS斷電報警。
4）網(wǎng)絡(luò)通訊報警
設(shè)備通訊及網(wǎng)絡(luò)故障等異常報警。
5）報警級別設(shè)定
基于事件的報警，報警分組管理，報警優(yōu)先級管理。
6）報警和事件輸出方式
報警窗口、聲、光、電、短信、文件、打印等方式。
圖2 樓宇能源管理報警管理模塊
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，實時監(jiān)視和記錄能源設(shè)備的運行、異常、故障和事故狀態(tài)。通過技改和加強維護，指導(dǎo)維護保養(yǎng)工作，提高能源設(shè)備效率，實現(xiàn)能源設(shè)備閉環(huán)管理。
主要功能包括：
★運行記錄、啟停記錄的實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)查詢。
★缺陷、故障記錄維護，查詢。
★維修工單，試驗工單，保養(yǎng)計劃等設(shè)備維護管理。
★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，運行成本分析和報表。
圖3 樓宇能源管理設(shè)備管理模塊
3.5 計劃與實績管理
根據(jù)能源分配計劃、檢修計劃、歷史能耗數(shù)據(jù)分析和統(tǒng)計、能源消耗預(yù)測、供能狀況等可自動計算能源消耗計劃和外購計劃，制定詳細的建筑能源管理指標(biāo)體系，指導(dǎo)相關(guān)部門按照供需計劃組織配電、配熱。
采集、提取和整理各種樓宇子系統(tǒng)實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績數(shù)據(jù)，為所有部門編制各類其他報表提供基準(zhǔn)。通過計劃與實績數(shù)據(jù)的分析比較，對樓宇能源數(shù)據(jù)進行有效跟蹤，幫助管理者理清近期潛在影響因素，快速制定實行決策，增進應(yīng)變能力。
能源實績有日、月、季、年能源實績表（包括電、熱、水等不同分析切入點）；能源計劃有日、月、季、年能源供需計劃表（包括電、熱、水等不同分析切入點）。計劃與實績比較有同比環(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，計算評價大型建筑能源利用水平的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)，實現(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、逐日、逐月、逐年報告；單位面積能耗為能耗評價提供數(shù)據(jù)支持；管理值（即目標(biāo)值）參考幫助分析實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
比較相同時間范圍內(nèi)不同單位的能耗值，或比較相同單位在不同時間范圍內(nèi)的能耗值。
（4）日平均報告率
任何一天每 15 分鐘平均能耗（電能）需求的報告，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提供參考。
（5）偏差分析
任何一天不同時段能耗值與管理值（即目標(biāo)值）的偏差計算，能耗值超過管理值的時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)所選費率以及實際用電狀況，分時間段（離峰、半尖峰、尖峰）顯示用電趨勢以及用電報表。
（8）系統(tǒng)運行優(yōu)化
發(fā)揮集中管控的平臺優(yōu)勢，對空調(diào)風(fēng)機、熱交換器、空氣循環(huán)系統(tǒng)及末端系統(tǒng)進行優(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)運行策略，確保用電設(shè)備正常高效運行。
3）對全樓宇用電負(fù)荷、電能質(zhì)量及電價架構(gòu)進行綜合分析，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，并實時分析。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)運行策略。
★根據(jù)能量優(yōu)化控制策略實現(xiàn)遠程控制各個子系統(tǒng)，并通過運行結(jié)果說明能量優(yōu)化控制策略的效果。
3.8 報表分析和經(jīng)濟性分析管理
通過能源消費結(jié)構(gòu)、樓層能耗對比、重點耗能設(shè)備分析等多種分析方式，報表分析可以幫助物業(yè)管理人員計算特定房間或人均能耗，實現(xiàn)自主能源審計管理。報表可以自動生成，按實際需要手動或自動打印，供調(diào)度和運行管理人員使用。其中有能源調(diào)度日報表、能源供需計劃報表、能源實績報表、能源平衡報表、能源質(zhì)量管理報表、能源成本報表、能源單耗報表、能源綜合報表、能源設(shè)備狀態(tài)報表、能源故障信息統(tǒng)計報表、能源設(shè)備備件報表、能源配送消耗報表等。
圖7 樓宇能源報表分析
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)進行線上監(jiān)測。
2）國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的經(jīng)濟運行指標(biāo)。
3）對國家規(guī)定的節(jié)能目標(biāo)設(shè)置警戒線，對未達目標(biāo)的指標(biāo)進行自動警示。
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、能源計量單位體系、計量儀表、計量點、計量區(qū)域。
3.11 權(quán)限維護管理
針對不同程序的信息敏感度，系統(tǒng)提供權(quán)限維護管理模塊，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、數(shù)據(jù)庫維護。
四、結(jié)論
力控智能樓宇能源管理系統(tǒng)在保證樓宇環(huán)境舒適的前提下運行, 能夠優(yōu)化運行樓宇供用能系統(tǒng), 同時降低智能樓宇的能源消耗。目前為止此套系統(tǒng)已經(jīng)有多個實際應(yīng)用案例，并取得不錯的效果。
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