淺談某辦公建筑的建筑能耗管理系統(tǒng)設(shè)計及分析

任運業(yè)

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：本文針對某大型辦公建筑項目，將建筑群內(nèi)部的所有能耗數(shù)據(jù)和參數(shù)，傳輸至建筑能耗管理平臺，由能耗管理平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計、分析和處理后，反饋至建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)和智能照明控制系統(tǒng)，實現(xiàn)項目的能源精細(xì)化管理和智能化控制功能，在保證建筑舒適性的條件下，提高建筑能源利用效率，降低項目用能費用，助力項目達(dá)標(biāo)綠色建筑三星標(biāo)準(zhǔn)。

關(guān)鍵詞：綠色節(jié)能；數(shù)據(jù)采集；能耗監(jiān)測；節(jié)能運行

目前我國擁有數(shù)百億平方米的建筑，總體量穩(wěn)居世界前列，但目前我國的綠色建筑比例只有約0.05 , 建筑的運行能耗總體偏高，目前我國建筑的運行能耗約占全社會總能耗的1/3。我國能源消費總量己躍居世界前列，是能源資源相對短缺的國家又是能源利用率低下的國家，需求和供應(yīng)的矛盾突出。因此，非常有必要廣泛應(yīng)用建筑能耗管理系統(tǒng)，監(jiān)測建筑運行的能源消耗，促進(jìn)建筑的持續(xù)節(jié)能運行，這有助于我國轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式，實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)增長模式由粗放型向集約型轉(zhuǎn)變，由高碳排放向低碳排放轉(zhuǎn)變。

1 現(xiàn)代建筑能耗管理系統(tǒng)設(shè)計存在的問題

1.1 重復(fù)建設(shè)問題

在現(xiàn)代大型建筑的設(shè)計工作中，智能化專項設(shè)計己經(jīng)普及。智能化專項設(shè)計單位會提供一套建筑能耗管理系統(tǒng)施工圖用于指導(dǎo)施工；與此同時，電氣專業(yè)出于通過施工圖審查的目的，也會提供一套建筑能耗管理系統(tǒng)的施工圖。兩套建筑能耗管理系統(tǒng)的施工圖，一起付諸實施后，產(chǎn)生了重復(fù)建設(shè)的問題，有形地增加建設(shè)單位的資金投入。

1.2 計量粗放的問題

水、暖、電專業(yè)的能耗計量儀表的設(shè)置，一般以集中設(shè)置為主。智能化設(shè)計人員如果機(jī)械地按照水、暖、電專業(yè)提供的儀表的位置和數(shù)量進(jìn)行能耗數(shù)據(jù)采集，就無法進(jìn)行精細(xì)化能源管理，也很難為建筑節(jié)能運行提供合理的管理策略。

2 本項目建筑能耗管理系統(tǒng)設(shè)計

2.1 項目概況

本項目位于湖南省長沙市，總建筑面枳約 9.6萬平米。項目包括三棟單體，其中A棟公寓樓地上16層、地下2層；B棟辦公樓地上20層、地下2層；C棟辦公樓地上21層、地下2層。

本項目為建筑面積超過1萬平方米以上的新建公共建筑，根據(jù)《長沙市民用建筑節(jié)能和綠色建筑管理辦法》長政辦發(fā)53號文要求，本項目應(yīng)安裝能耗監(jiān)測數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，且應(yīng)與建筑主體工程同步設(shè)計、同步施工、同步驗收，所采集的建筑能耗數(shù)據(jù)應(yīng)能穩(wěn)定上傳至長沙市建筑能耗監(jiān)測平臺。

2.2 設(shè)計思路

傳統(tǒng)的能耗管理系統(tǒng)，一般只要求滿足能耗監(jiān)測和能耗數(shù)據(jù)上傳的功能，系統(tǒng)流程如圖1 所示。

這種能耗管理模式是一種用于滿足國家和地方政策規(guī)范的開環(huán)管理模式，只知道建筑消耗了多少能源，不能為建筑運行管理提供有針對性的節(jié)能管理策略。

考慮到本項目存在公寓、外租辦公和自用辦公等多種業(yè)態(tài)的實際情況，采用傳統(tǒng)的開環(huán)式能耗管理系統(tǒng)己經(jīng)不能滿足物業(yè)管理要求。因此，設(shè)計方考慮將能耗計量、能耗監(jiān)測、能耗收費、節(jié)能運行、節(jié)能展示等功能融合為一個整體，分別面向本項目的A棟公寓租戶、B棟辦公樓租戶、裙樓商業(yè)租戶和物業(yè)運營管理單位等多類用戶提供服務(wù)，形成一套閉環(huán)的管理系統(tǒng)。系統(tǒng)流程如圖2所示。

2.3 系統(tǒng)架構(gòu)

本項目建筑能耗管理系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)，B/S架構(gòu)允許授權(quán)用戶通過各類網(wǎng)絡(luò)終端（計算機(jī)、手機(jī)或PAD）通過互聯(lián)網(wǎng)訪問和管理項目的能耗管理系統(tǒng)。

2.4 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖1：開環(huán)能耗管理系統(tǒng)流程圖

圖2：閉環(huán)能耗管理系統(tǒng)流程圖

圖3：建筑能耗管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

本系統(tǒng)分為五個層次，自下而上分別是數(shù)據(jù)感知層、數(shù)據(jù)采集層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層、系統(tǒng)服務(wù)層和系統(tǒng)展示層。系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)如圖3所示。

2.4.1 一層：數(shù)據(jù)感知層

數(shù)據(jù)感知層由各種數(shù)字能耗計量儀表組成，如：空調(diào)能量表、數(shù)字流量表、數(shù)字電表、燃?xì)獗淼龋嬃磕┒嗽O(shè)備的耗能量。

本項目由水暖電專業(yè)根據(jù)規(guī)范要求和物業(yè)管理要求設(shè)置能耗計量儀表，智能化專業(yè)對各專業(yè)儀表的設(shè)置提供優(yōu)化建議。

2.4.2 二層：數(shù)據(jù)采集層

數(shù)據(jù)采集層由能耗數(shù)據(jù)采集器和數(shù)據(jù)采集鏈路組成，能耗數(shù)據(jù)采集器對數(shù)字電能表、數(shù)字燃?xì)獗?、?shù)字流量表、空調(diào)能量表等設(shè)備進(jìn)行能耗數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)過濾與存儲，并通過信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，將能耗數(shù)據(jù)上傳到能耗管理服務(wù)器。數(shù)據(jù)采集鏈路指傳輸數(shù)據(jù)的方式，如：RS-485總線、M-BUS總線以及無線等方式。

本項目數(shù)據(jù)采集器安裝在各樓層弱電間，采集各類儀表的能耗數(shù)據(jù)。系統(tǒng)采用RS-485總線制傳輸，采用的能耗數(shù)據(jù)采集器，至多支持4路下行RS-485總線回路，每個回路可接32個數(shù)字儀表。為了保證總線回路的通信速率，提高通信鏈路的穩(wěn)定性，設(shè)計按照不超過500米距離的要求設(shè)計總線回路。

2.4.3 三層：網(wǎng)絡(luò)傳輸層

網(wǎng)絡(luò)傳輸層包括數(shù)據(jù)采集器上行的綜合布線鏈路、信息網(wǎng)絡(luò)設(shè)備以及相關(guān)協(xié)議。綜合布線鏈路包括各類光纖、雙絞線等材料；信息網(wǎng)絡(luò)設(shè)備包括交換機(jī)、路由器等設(shè)備：主要協(xié)議包括TCP/IP協(xié)議和UDP協(xié)議。

考慮到辦公樓擬建的局域網(wǎng)資源和降低通訊成本的因素，本項目能耗管理系統(tǒng)采用外網(wǎng)綜合布線系統(tǒng)傳輸，外網(wǎng)綜合布線采用單模光纖+ 非屏蔽6 類線解決方案。能耗管理系統(tǒng)接入到外網(wǎng)信息網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和處理，以便將能耗數(shù)據(jù)上傳至長沙市能耗監(jiān)測管理平臺，借助辦公樓外網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，并在此基礎(chǔ)上構(gòu)建增值服務(wù)。

2.4.4 四層：系統(tǒng)服務(wù)層

系統(tǒng)服務(wù)層由能耗管理服務(wù)器和能耗管理軟件組成，負(fù)責(zé)對項目能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總、統(tǒng)計、分析、計算、處理和存儲。實現(xiàn)能耗計量收費、能耗分析、能耗查詢、能耗預(yù)警和管理優(yōu)化等功能。

2.4.5 五層：系統(tǒng)展示層

用戶可通過多種方式訪問建筑能耗管理系統(tǒng)，本項目要求支持用戶可通過手機(jī)、PAD、計算機(jī)客戶端等方式訪問，實時掌握建筑的能耗動態(tài)。同時通過IBMS平臺和信息發(fā)布系統(tǒng)打通，支持在本項目的LED大屏進(jìn)行展示。

2.5 主要功能設(shè)計

2.5.1電能耗計量監(jiān)測功能

電能耗計量監(jiān)測采用電表采集電能的數(shù)據(jù)，在需要計量收費和監(jiān)測的區(qū)域設(shè)計安裝電表。

總用電量計量：在每臺變壓器低壓干線處安裝數(shù)字電能表，對總的用電量進(jìn)行計量。

分戶計量：在 A 棟公寓、B 棟辦公樓裙樓商業(yè)和食堂等末端用戶設(shè)置數(shù)字電表進(jìn)行分戶計量。

分層計量：C 棟辦公樓為自用辦公為主，在樓層普通照明配電箱、樓層公共照明配電箱和樓層空調(diào)配電箱設(shè)置數(shù)字電表進(jìn)行分層計量。

分類分項計量監(jiān)測如下：

照明、插座系統(tǒng)電耗（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)系統(tǒng)電耗（空調(diào)機(jī)房用電、空調(diào)末端用電）。

動力系統(tǒng)電耗（電梯用電、水泵用電、通風(fēng)機(jī)用電）。

特殊電耗（弱電機(jī)房、消防控制室、廚房餐廳等其他特殊用電）。

2.5.2水能耗計量監(jiān)測功能

水能耗計量監(jiān)測采用水表采集水能的數(shù)據(jù)，在需要計量收費和監(jiān)測的區(qū)域設(shè)計安裝水表。

根據(jù)項目對水表計量收費和監(jiān)測的要求，需要計量監(jiān)測的區(qū)域如下：

總用水量：在園區(qū)給水干管設(shè)置數(shù)字流量表計量。

餐廳廚房用水：在餐廳廚房給水管設(shè)置數(shù)字流量表計量。

洗手間用水：在樓層洗手間給水管設(shè)置數(shù)字流量表計量。

分戶計量：在 A 棟公寓、B 棟辦公樓裙樓商業(yè)和食堂等末端用戶設(shè)置數(shù)字流量表進(jìn)行分戶計量。

空調(diào)系統(tǒng)用水：在空調(diào)系統(tǒng)給水管設(shè)置數(shù)字流量表計量。

2.5.3空調(diào)能耗計量監(jiān)測功能

(1) 集中計量：供回水管上安裝能量表，計量使用的冷熱量

(2) 末端計量：每戶的風(fēng)機(jī)盤管安裝智能溫控器，計量風(fēng)機(jī)盤管使用的當(dāng)量時間

2.5.4能耗KPI功能

能耗KPI：本項目C棟辦公樓為業(yè)主自持，各個部門分樓層、分區(qū)域獨立辦公。能耗管理系統(tǒng)分析能耗情況，將能源消耗分?jǐn)偟礁鱾€部門、個人，實現(xiàn)能耗考核，促進(jìn)管理方面的主動節(jié)能。

2.5.5節(jié)能管控功能

能耗管理系統(tǒng)可有效的監(jiān)控內(nèi)各個單位的能耗狀況，避免非正常上班時間的能耗浪費，節(jié)約能源，給使用單位提供能源控制、管理方面的決策依據(jù)。

用戶可以制定能耗節(jié)約策略，例如當(dāng)空調(diào)的熱量消耗達(dá)到預(yù)設(shè)值后，通過樓宇自控接口，監(jiān)測風(fēng)機(jī)盤管和B A設(shè)備的運行狀態(tài)，減小送風(fēng)量和提高或降低送風(fēng)/回風(fēng)溫度。當(dāng)設(shè)備終端的能源累積量達(dá)到系統(tǒng)設(shè)定的值時，系統(tǒng)可以自動對風(fēng)機(jī)盤管發(fā)送關(guān)機(jī)命令，并且關(guān)閉盤管的控制面板遠(yuǎn)程控制。

3 專業(yè)間配合

3.1 和電氣專業(yè)配合

智能化專業(yè)在項目設(shè)計前和電氣專業(yè)就避免能耗管理系統(tǒng)重復(fù)建設(shè)的問題進(jìn)行協(xié)商，明確由電氣專業(yè)根據(jù)物業(yè)管理要求設(shè)置帶遠(yuǎn)傳接口的數(shù)字化電表，由智能化專業(yè)負(fù)責(zé)電表的數(shù)據(jù)采集的布線和能耗管理系統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計，確保整個項目只有一套能耗管理系統(tǒng)和平臺。

3.2 和給排水專業(yè)配合

由給排水專業(yè)根據(jù)物業(yè)管理要求設(shè)置帶遠(yuǎn)傳接口的數(shù)字化流量表，由智能化專業(yè)負(fù)責(zé)流量表的數(shù)據(jù)采集的布線和能耗管理系統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計。

3.3 和暖通專業(yè)配合

由暖通專業(yè)根據(jù)物業(yè)管理要求設(shè)置帶遠(yuǎn)傳接口的數(shù)字化空調(diào)能量表，由智能化專業(yè)負(fù)責(zé)空調(diào)能量表的數(shù)據(jù)采集的布線和能耗管理系統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計。

3.4 和綠建專業(yè)配合

根據(jù)《綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50378要求，綠建三星標(biāo)準(zhǔn)建筑應(yīng)滿足該標(biāo)準(zhǔn)的所有控制項要求，并且綠建總得分不低于80分。智能化專業(yè)在項目設(shè)計前和綠建專業(yè)就控制項和得分項進(jìn)行協(xié)商，由智能化專業(yè)設(shè)計能耗管理系統(tǒng)，系統(tǒng)的功能需要滿足和能耗監(jiān)測、計量和節(jié)能措施等方面的控制項和得分項的要求，助力綠建三星標(biāo)準(zhǔn)達(dá)標(biāo)。

4 系統(tǒng)設(shè)計的發(fā)展趨勢

目前能耗管理系統(tǒng)組網(wǎng)以有線傳輸為主，具有穩(wěn)定性高的優(yōu)點，但也存在擴(kuò)展不便的缺點。由于能耗管理系統(tǒng)在傳輸過程中產(chǎn)生的流量較小，對網(wǎng)絡(luò)帶寬要求不高，延時要求也不高，采用無線傳輸不僅可以滿足能耗管理系統(tǒng)的組網(wǎng)需求，還具備擴(kuò)展靈活的優(yōu)勢。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和5G 通信的快速普及，利用無線傳輸會越來越廣泛地應(yīng)用于能耗管理系統(tǒng)。

5 安科瑞Acrel-5000建筑能耗分析系統(tǒng)

Acrel-5000建筑能耗分析系統(tǒng)是用戶端能源管理分析系統(tǒng)，在電能管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了對水、氣、煤、油、熱(冷)量等集中采集與分析，通過對用戶端所有能耗進(jìn)行細(xì)分和統(tǒng)計，以直觀的數(shù)據(jù)和圖表向管理人員或決策層展示各類能源的使用消耗情況，便于找出高耗能點或不合理的耗能習(xí)慣，有效節(jié)約能源，為用戶進(jìn)一步節(jié)能改造或設(shè)備升級提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐。用戶可按照國家有關(guān)規(guī)定實施能源計算，分析現(xiàn)狀，查找問題，挖掘節(jié)能潛力，提出切實可行的節(jié)能措施，并向縣級以上管理節(jié)能工作的部門報送能源計算報告。

6 應(yīng)用場所

適用于公共建筑、集團(tuán)公司、工業(yè)園區(qū)、大型物業(yè)、學(xué)校、醫(yī)院、企業(yè)等不同行業(yè)的能耗監(jiān)測與管理的系統(tǒng)設(shè)計、施工和運行維護(hù)。

7 系統(tǒng)組網(wǎng)圖

8 系統(tǒng)功能

8.1系統(tǒng)概況

平臺運行狀態(tài)，當(dāng)月能耗折算、地圖導(dǎo)航，各能耗逐時、逐月曲線，當(dāng)日，當(dāng)月能耗同比分析滾動顯示。

8.2 用能概況

對建筑、部門、區(qū)域、支路、分類分項等用能進(jìn)行對比，支持當(dāng)日逐時趨勢、當(dāng)月逐日趨勢曲線、分時段能耗統(tǒng)計對比、總能耗 同環(huán)比對比。

8.3 用能統(tǒng)計

對建筑、區(qū)域、分項、支路等結(jié)構(gòu)按日、月、年報表的形式統(tǒng)計對分類能源用能進(jìn)行統(tǒng)計，支持報表數(shù)據(jù)導(dǎo)出EXCEL，支持選擇建筑數(shù)據(jù)進(jìn)行生成柱狀圖。

8.4 復(fù)費率統(tǒng)計

復(fù)費率報表按日、月、年統(tǒng)計對單棟建筑下不同支路的尖、峰、平、谷用電量及成本費用進(jìn)行統(tǒng)計分析。支持?jǐn)?shù)據(jù)導(dǎo)出到EXCEL。

8.5 同比分析

對建筑、分項、區(qū)域、支路等用能按日、月、年以圖形和報表結(jié)合的方式進(jìn)行用能數(shù)據(jù)同比分析。

8.6 能源流向圖

能源流向圖展示單棟建筑自己設(shè)定時段內(nèi)各類能源從源頭到末端的的能源流向，支持按原始值和折標(biāo)值查看。

8.7 夜間能耗分析

夜間能耗以表格、曲線、餅圖等形式對選擇支路分類能源在自己設(shè)定時段工作時間與非工作時間用能統(tǒng)計對比，支持導(dǎo)出報表。

8.8 設(shè)備管理

設(shè)備管理包括，設(shè)備類型、設(shè)備臺賬、維保記錄等功能。輔助用戶合理管理設(shè)備，確保設(shè)備的運行。

8.9 用戶報告

用戶報告針對選定的建筑自動統(tǒng)計各能源的月使用的同環(huán)比趨勢，并提供簡單的能耗分析結(jié)果，針對用電提供單獨的復(fù)費率用能分析，報告可編輯。

9 系統(tǒng)硬件配置

10 結(jié)論

總而言之，將大數(shù)據(jù)應(yīng)用到公共建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)中能夠大大提高系統(tǒng)的工作效率．一方面，隨著監(jiān)測系統(tǒng)的建設(shè)，越來越多的數(shù)據(jù)開始被記錄下來，如何充分利用這些數(shù)據(jù)正是每一個從業(yè)人員都面臨的問題；另一方面，將大數(shù)據(jù)引用到監(jiān)測系統(tǒng)中，不僅能夠充分對監(jiān)測系統(tǒng)本身的數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘利用，還能夠利用到外部數(shù)據(jù)來提升監(jiān)測系統(tǒng)的水平，從而建立起一個科學(xué)完備的公共建筑能耗監(jiān)測體系。

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作者簡介:任運業(yè)，男，安科瑞電氣股份有限公司。