引言

　　隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，國家機(jī)關(guān)辦公建筑和大型公共建筑高耗能的問題日益突出。目前，我國每年竣工建筑面積約為20億m2,其中公共建筑約有4億m2。2萬m2以上的大型公共建筑面積占城鎮(zhèn)建筑面積的比例不到4%，但是能耗卻占到建筑能耗的20%以上，其中單位面積耗電量更是普通民宅的10到15倍。在公共建筑（特別是大型商場、旅館酒店、辦公樓等）的全年能耗中，大約50%~60%消耗于空調(diào)制冷與采暖系統(tǒng)，20%~30%用于照明。

　　目前，智能建筑的能源管理主要是由建筑設(shè)備管理系統(tǒng)（BAS系統(tǒng)）來實(shí)現(xiàn)的。BAS系統(tǒng)可以根據(jù)預(yù)先編排的時(shí)間程序?qū)﹄娏?、照明、空調(diào)等設(shè)備進(jìn)行化的管理，從而達(dá)到節(jié)能的目的。然而據(jù)統(tǒng)計(jì)，國內(nèi)80%以上的智能建筑內(nèi)BAS系統(tǒng)僅僅作為設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視和自動控制使用，造成投資的極大浪費(fèi)。

　　1 智能建筑能源管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

　　智能建筑是指以建筑物為平臺，兼?zhèn)湫畔⒃O(shè)施系統(tǒng)、信息化應(yīng)用系統(tǒng)、建筑設(shè)備管理系統(tǒng)、公共安全系統(tǒng)等，集結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)、服務(wù)、管理及其優(yōu)化組合為一體，向人們提供安全、高效、便捷、節(jié)能、環(huán)保、健康的建筑環(huán)境。智能建筑的節(jié)能通常包括：建筑節(jié)能、設(shè)備節(jié)能和管理節(jié)能。

　　能源管理系統(tǒng)是基于自動化控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上一套計(jì)算機(jī)智能化的管理軟件平臺。該系統(tǒng)通過對建筑物內(nèi)各類能耗參數(shù)的收集、分析，運(yùn)用科學(xué)算法發(fā)出合理的操控指令，通過樓宇控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)其動作。

　　Acrel-5000能耗監(jiān)測系統(tǒng)以計(jì)算機(jī)、通訊設(shè)備、測控單元為基本工具，為大型公共建筑的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、開關(guān)狀態(tài)監(jiān)測及遠(yuǎn)程管理與控制提供了基礎(chǔ)平臺，它可以和檢測、控制設(shè)備構(gòu)成任意復(fù)雜的監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要采用分層分布式計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，一般分為三層：站控管理層、網(wǎng)絡(luò)通訊層和現(xiàn)場設(shè)備層，如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

　　1.1 站控管理層

　　站控管理層針對能耗監(jiān)測系統(tǒng)的管理人員，是人機(jī)交互的直接窗口，也是系統(tǒng)的上層部分。監(jiān)測系統(tǒng)軟件具有良好的人機(jī)交互界面，對采集的現(xiàn)場各類數(shù)據(jù)信息計(jì)算、分析與處理，并以圖形、數(shù)顯、聲音等方式反映現(xiàn)場的運(yùn)行狀況。

　　打印機(jī)：系統(tǒng)召喚打印或自動打印圖形、報(bào)表等。

　　模擬屏：系統(tǒng)通過通訊方式與智能模擬屏進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，形象顯示整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行狀況。

　　UPS：保證計(jì)算機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)的正常供電，在整個(gè)系統(tǒng)發(fā)生供電問題時(shí)，保證站控管理層設(shè)備的正常運(yùn)行。

　　監(jiān)控主機(jī)：用于數(shù)據(jù)采集、處理和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。為系統(tǒng)內(nèi)或外部提供數(shù)據(jù)接口，進(jìn)行系統(tǒng)管理、維護(hù)和分析工作。

　　1.2 網(wǎng)絡(luò)通訊層

　　該層是數(shù)據(jù)信息交換的橋梁，負(fù)責(zé)對現(xiàn)場設(shè)備回送的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集、分類和傳送等工作的同時(shí)，轉(zhuǎn)達(dá)上位機(jī)對現(xiàn)場設(shè)備的各種控制命令。

　　以太網(wǎng)設(shè)備：包括工業(yè)級以太網(wǎng)交換機(jī)。

　　通訊介質(zhì)：系統(tǒng)主要采用屏蔽雙絞線、光纖以及無線通訊等。

　　通訊管理機(jī)：是系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理和智能通訊管理中心。它具備了數(shù)據(jù)采集與處理、通訊控制器、前置機(jī)等功能。

　　1.3 現(xiàn)場設(shè)備層

　　現(xiàn)場設(shè)備層是數(shù)據(jù)采集終端，主要由智能儀表組成，測量儀表擔(dān)負(fù)著基層的數(shù)據(jù)采集任務(wù)，其監(jiān)測的能耗數(shù)據(jù)必須完整、準(zhǔn)確并實(shí)時(shí)傳送至數(shù)據(jù)中心。

　　2 智能建筑能源管理與能耗監(jiān)測系統(tǒng)的功能

　　2.1 能源管理功能

　　2.1.1 數(shù)據(jù)的采集和存儲

　　數(shù)據(jù)的采集和存儲是整個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，沒有大量的數(shù)據(jù)就無法進(jìn)行有效的分析，沒有有效的分析就無法得到正確的能源管理措施。數(shù)據(jù)可通過建筑設(shè)備管理系統(tǒng)（BAS系統(tǒng)）采集。

　　2.1.2 建筑物參照模型和能耗計(jì)算

　　日前在實(shí)際工程中常見下列幾種方式：

　　類比法：以類型、規(guī)模、功能相仿的建筑的能耗作為參照。主要適用于連鎖酒店、連鎖超市、連鎖商場等建筑條件相仿，管理模式相同的同一集團(tuán)或管理公司旗下的建筑物。

　　測試法：通?？梢栽谙?、冬兩季各選擇數(shù)天，采取隔日測試法，即天，測試采取能源管理措施日能耗量；第二天，關(guān)閉能源管理軟件測試日能耗量；以此類推。這種方式缺陷是測試的時(shí)間跨度偏長。

　　計(jì)算法：通過為建筑建立模型，設(shè)定參數(shù)，模擬計(jì)算出該建筑物的能耗。通過模型能對建筑物的各設(shè)備能耗全面計(jì)算，為能耗管理提供方向性指導(dǎo)。但采用不同的軟件計(jì)算出的能耗值有差距，目前對計(jì)算出的能耗值的準(zhǔn)確性和權(quán)威性均存在爭議，計(jì)算結(jié)果能否作為節(jié)能合同內(nèi)的節(jié)能率計(jì)算依據(jù)是主要的分歧點(diǎn)。

　　2.1.3 能耗數(shù)據(jù)分析

　　通過對建筑的能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、分析，結(jié)合模型建筑物能耗對比，確定建筑物能耗對比，從而提供建筑物能源管理優(yōu)化措施。能耗數(shù)據(jù)分析模塊是能耗管理軟件的精髓所在，目前市場上各家軟件的算法不盡相同，其效果還需市場驗(yàn)證。然而，以模糊語言變量及模糊邏輯推理為基礎(chǔ)的計(jì)算機(jī)智能控制技術(shù)的發(fā)展將極大推動能源管理水平。

　　2.1.4 能源控制和管理

　　建筑物的節(jié)能措施主要通過建筑設(shè)備管理系統(tǒng)（BAS系統(tǒng)）來執(zhí)行。能源管理平臺和BAS系統(tǒng)的完美結(jié)合，是能源控制和管理措施實(shí)現(xiàn)的保障。目前，能源管理和BAS還分屬不同智能化系統(tǒng)，兩系統(tǒng)的相互融合應(yīng)該是智能化系統(tǒng)發(fā)展的方向。

　　2.1.5 能源管理報(bào)表

　　用表格和圖片的形式體現(xiàn)建筑物的能源使用情況、設(shè)備能耗、設(shè)備運(yùn)行效率、能耗歷史曲線等，以適應(yīng)不同人群的需求。系統(tǒng)一般應(yīng)能提供WEB服務(wù)，獲得授權(quán)許可的遠(yuǎn)程用戶能通過瀏覽器了解建筑物的能源使用狀況。

　　2.2 能耗分析軟件功能

　　Acrel-5000建筑能耗分析管理系統(tǒng)的能耗數(shù)據(jù)采集方式包括人工采集方式和自動采集方式。通過人工采集方式采集的數(shù)據(jù)包括建筑基本情況數(shù)據(jù)采集指標(biāo)和其它不能通過自動方式采集的能耗數(shù)據(jù)，如建筑消耗的煤、液化石油、人工煤氣等能耗量。

　　2.2.1 大型公建或樓宇建筑的信息管理

　　系統(tǒng)支持手工錄入歷史能耗數(shù)據(jù)的功能；提供標(biāo)準(zhǔn)的手工信息錄入界面，可對各棟監(jiān)控建筑的基本信息進(jìn)行整理和錄入。

　　Acrel-5000建筑能耗分析管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫建立也完全依據(jù)114號文，根據(jù)建筑的使用功能和用能特點(diǎn)，將國家機(jī)關(guān)辦公建筑和大型公共建筑分為：辦公建筑、商場建筑、賓館飯店建筑、文化教育建筑、醫(yī)療衛(wèi)生建筑、體育建筑、綜合建筑、其它建筑。

　　2.2.2

　　系統(tǒng)采集站定時(shí)采集各監(jiān)控點(diǎn)的儀表參數(shù)并上傳至本地建筑能耗分析管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，用戶可于當(dāng)?shù)貙?shí)時(shí)查詢能耗監(jiān)測情況。

圖2 能耗的實(shí)時(shí)監(jiān)測

　　2.2.3 建筑分類能耗分析

　　系統(tǒng)在完成數(shù)據(jù)處理與上傳的同時(shí)，將建筑能耗進(jìn)行分類分析，該部分功能符合114號文的定義，即將建筑能耗分類為：耗電量、耗水量、耗氣量（天然氣量或者煤氣量）、集中供熱耗熱量、集中供冷耗冷量、其他能源應(yīng)用量（如集中熱水供應(yīng)量、煤、油、可再生能源等）

圖3 能耗分類圖

　　2.2.4 電量分項(xiàng)能耗分析

　　照明插座用電：為建筑物主要功能區(qū)域的照明、插座等室內(nèi)設(shè)備用電。主要包括照明和插座用電、走廊和應(yīng)急照明用電、室外景觀照明用電。

　　空調(diào)用電：主要包括冷熱站用電、空調(diào)末端用電。

　　動力用電：主要包括電梯用電、水泵用電、通風(fēng)機(jī)用電。

　　特殊用電：主要包括信息中心、洗衣房、廚房餐廳、游泳池、健身房或者其他特殊用電。

　　建筑總能耗為建筑各分類能耗（除水耗量外）所折算的標(biāo)準(zhǔn)煤量之和。

　　總用電量＝∑各變壓器總表直接計(jì)量值

　　分類能耗量＝∑各分類能耗計(jì)量表的直接計(jì)量值

　　分項(xiàng)用電量＝∑各分項(xiàng)用電計(jì)量表的直接計(jì)量值

　　單位建筑面積用電量＝總用電量/總建筑面積

　　單位空調(diào)面積用電量＝總用電量/總空調(diào)面積

圖4 分項(xiàng)能耗圖

　　2.2.5 用能情況的同、環(huán)比分析

　　統(tǒng)計(jì)建筑或片區(qū)能耗的時(shí)用量、日用量和年用量，以曲線圖、柱狀圖等不同方式顯示，支持報(bào)表輸出。

圖5 建筑分項(xiàng)能耗環(huán)比同比圖

　　2.2.6 建筑節(jié)能輔助診斷

　　系統(tǒng)可提取各能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行同、環(huán)對比分析，確立標(biāo)桿值并對各監(jiān)控點(diǎn)的能耗情況進(jìn)行能耗水平判定，對能耗改善提出一套完整的診斷流程，并給出能耗分析。

　　3 結(jié)語

　　近年來，隨著國家發(fā)展節(jié)能減排工作力度的加大，節(jié)能問題越來越成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。節(jié)能要求的提高，傳統(tǒng)的BAS系統(tǒng)逐漸不能滿足智能建筑的節(jié)能要求，有實(shí)力的BAS系統(tǒng)供應(yīng)商紛紛成立能源管理部門，因此，實(shí)現(xiàn)對分類能耗、分項(xiàng)能耗的遠(yuǎn)程監(jiān)測與管理成為智能建筑發(fā)展的必然趨勢。