摘要：介紹了智能樓宇能源管理的概念和意義,提出了智能樓宇能源管理系統(tǒng)的架構(gòu),并進(jìn)行了系統(tǒng)設(shè)計(jì),從而實(shí)現(xiàn)樓宇能源的監(jiān)測與管理。該系統(tǒng)在保證樓宇環(huán)境的前提下,同時能夠優(yōu)化能耗系統(tǒng)的運(yùn)行,降低樓宇能耗。

關(guān)鍵詞：智能樓宇;能源管理;節(jié)能減排

0.引言

目前,我國約百分之九十以上的大型公共建筑是典型的耗（電）能大戶,在能源需求日趨緊張的情況下,采用多種手段實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能是必然的選擇。對建筑執(zhí)行能耗量化管理以及效果評估,來控制降低建筑運(yùn)營過程中所消耗的能量,包括空調(diào)、照明、采暖、電梯以及辦公設(shè)備等的能耗,后來降低建筑的運(yùn)營成本,提高能源使用效率,已經(jīng)成為大樓業(yè)主關(guān)注的問題。

針對這一現(xiàn)狀,智能樓宇未來的發(fā)展方向必將是節(jié)能環(huán)保及多領(lǐng)域技術(shù)規(guī)模化發(fā)展,以樓宇能源管理為核心,將所有與用能相關(guān)的系統(tǒng)進(jìn)行集成,并進(jìn)行協(xié)調(diào)控制,科學(xué)選擇和制定用能控制管理方案,在保證樓宇便捷,可靠的前提下,實(shí)現(xiàn)樓宇的智能化,達(dá)到節(jié)能減排的綜合效應(yīng),提升樓宇的品質(zhì)。

1. 智能樓宇能源管理架構(gòu)

智能樓宇能源管理是對智能樓宇的照明、動力、通風(fēng)、空調(diào)、安防等系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)調(diào)控制及整合,基于智能測量、樓宇配電自動化和分布式能源監(jiān)控等系統(tǒng),對用戶供能系統(tǒng)、用能設(shè)備、樓宇分布式能源、儲能設(shè)備等進(jìn)行監(jiān)控、分析、控制及評估,以用戶能源管理為核心,支持微網(wǎng)的獨(dú)立運(yùn)行,實(shí)現(xiàn)合理充分的使用清潔能源,提高用戶的能源使用效率。因此設(shè)計(jì)的其系統(tǒng)架構(gòu)圖見圖1智能樓宇能源管理整體架構(gòu)圖。

智能測量是對樓宇的用能信息進(jìn)行實(shí)時采集,為其它系統(tǒng)提供基礎(chǔ)的信息支撐。

樓宇配電自動化系統(tǒng)完成樓宇配電系統(tǒng)的智能開關(guān)設(shè)備、公共用電設(shè)施監(jiān)測控制、故障自動檢測與故障隔離、電能質(zhì)量控制等,實(shí)現(xiàn)樓宇低壓回路多電源供電,提高供電的可靠性和停電響應(yīng)的及時性,滿足高質(zhì)量的用電需求。

樓宇分布式能源是由樓宇各種分布式能源、儲能裝置、蓄冷蓄熱負(fù)荷以及監(jiān)控、保護(hù)裝置組成的集合體,具有參與電網(wǎng)錯峰避峰,使用清潔能源,節(jié)能減排,發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的作用。

樓宇自動化系統(tǒng)是采用優(yōu)化的控制手段并結(jié)合現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)對樓宇各系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行有效的監(jiān)控和管理,使各子系統(tǒng)設(shè)備始終處于有條不紊、協(xié)同一致、有序狀態(tài)下運(yùn)行,確保建筑物內(nèi)的環(huán)境,同時降低建筑物能耗。

圖1智能樓宇能源管理整體架構(gòu)圖

2.智能樓宇能源管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于以上系統(tǒng)集成及功能需求,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)自上而下共分三層:

監(jiān)控管理層: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。

通信層:使用通信網(wǎng)關(guān)機(jī)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)的協(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。

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,以及各個子系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)等。

圖2能源管理平臺分層設(shè)計(jì)圖

能源管理系統(tǒng)現(xiàn)場設(shè)備層是整個系統(tǒng)的硬件支撐平臺,是整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)源,設(shè)計(jì)清晰合理的現(xiàn)場設(shè)備層是樓宇智能用電能源管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。

能源管理系統(tǒng)接入的設(shè)備種類多樣,所使用的物理接口類型及協(xié)議類型比較復(fù)雜,所傳輸數(shù)據(jù)種類也不盡相同,為了確保智能樓宇能源管理系統(tǒng)的可維護(hù)性和可擴(kuò)展性,所有的設(shè)備均將測量數(shù)據(jù)及設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等送至通信網(wǎng)關(guān)機(jī),通信網(wǎng)關(guān)機(jī)使用對應(yīng)的通信協(xié)議進(jìn)行解析,并將所有數(shù)據(jù)按照設(shè)定的順序打包為統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議,送至智能樓宇能源管理監(jiān)控管理層,

監(jiān)控管理層是智能樓宇能源管理系統(tǒng)的核心,它負(fù)責(zé)以圖形化的方式向用戶提供實(shí)時監(jiān)測,數(shù)據(jù)分析,電能質(zhì)量分析,能源評估等功能,并通過交互式技術(shù)向用戶提供用能策略制定及聯(lián)動控制等功能,具體功能如下所述。

實(shí)時信息監(jiān)測

(1)實(shí)時供用能信息。

(2)清潔能源使用情況,體現(xiàn)清潔能源的環(huán)保性和經(jīng)濟(jì)性等信息。

(3)使用APF、SVC+等設(shè)備帶來的電能質(zhì)量優(yōu)化及動態(tài)補(bǔ)償?shù)男畔ⅰ?/p>

(4)新型節(jié)能設(shè)備的節(jié)能運(yùn)行信息。

(5)電動汽車充放電運(yùn)行信息。

(6)樓宇自控系統(tǒng)運(yùn)行信息。

歷史用能情況分析

(1)各個用能系統(tǒng)不同時段能源使用量對比

(2)各個用能系統(tǒng)能耗等級分析

(3)根據(jù)用電量模擬多部制電價賬單

(4)分析不同時段的電能質(zhì)量信息

等能量優(yōu)化控制策略

(1)通過對歷史用能情況的分析,制定各子系統(tǒng)運(yùn)行策略,確保用能設(shè)備的正常運(yùn)行

(2)基于不同電價結(jié)構(gòu),制定經(jīng)濟(jì)性用電策略,實(shí)現(xiàn)削峰填谷,減少電費(fèi)支出

(3)通過樓宇用電負(fù)荷的分析,制定平衡負(fù)荷策略,降低電網(wǎng)壓力,提高發(fā)電設(shè)備效率、延長使用壽命

(4)對用電負(fù)荷、電能質(zhì)量及電價架構(gòu)進(jìn)行綜合分析,制定新能源并網(wǎng)策略及電動汽車充放電系統(tǒng)充放電策略,實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排

聯(lián)動控制

(1)根據(jù)樓宇環(huán)境參數(shù)及當(dāng)前用能情況,調(diào)節(jié)空調(diào)及通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行策略

(2)根據(jù)能量優(yōu)化控制策略實(shí)現(xiàn)對各個子系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制,并通過運(yùn)行結(jié)果說明能量優(yōu)化控制策略的效果。

提供互動模式,用戶自行定制當(dāng)天用電策略,并實(shí)時分析并模擬用電策略,預(yù)測用電信息,為用戶制定用電策略提供數(shù)據(jù)支持。

3.安科瑞建筑能耗分析系統(tǒng)

3.1概述

Acrel-5000web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(jì)，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(diǎn)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。用戶可按照有關(guān)規(guī)定實(shí)施能源計(jì)算，分析現(xiàn)狀，查找問題，挖掘節(jié)能潛力，提出切實(shí)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(bào)送能源計(jì)算報(bào)告。

3.2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(jì)、施工和運(yùn)行維護(hù)。

3.3系統(tǒng)功能

3.3.1系統(tǒng)概況

平臺運(yùn)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。

3.3.2用能概況

對建筑、部門、區(qū)域、支路、分類分項(xiàng)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(jì)對比、總能耗同環(huán)比對比。

3.3.3用能統(tǒng)計(jì)

對建筑、區(qū)域、分項(xiàng)、支路等結(jié)構(gòu)按日、月、年報(bào)表的形式統(tǒng)計(jì)對分類能源用能進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，支持報(bào)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。

3.3.4復(fù)費(fèi)率統(tǒng)計(jì)

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

3.3.5同比分析

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

3.3.6能源流向圖

能源流向圖展示單棟建筑時段內(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。

3.3.7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時段工作時間與非工作時間用能統(tǒng)計(jì)對比，支持導(dǎo)出報(bào)表。

3.3.8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(yùn)行。

3.3.9用戶報(bào)告

用戶報(bào)告針對選定的建筑自動統(tǒng)計(jì)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(dú)的復(fù)費(fèi)率用能分析，報(bào)告可編輯。

4.系統(tǒng)硬件配置

5.結(jié)論

智能樓宇能源管理是對樓宇能耗進(jìn)行數(shù)字化和集成化,通過采集設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、能耗信息、及歷史數(shù)據(jù)等信息,結(jié)合實(shí)際運(yùn)行負(fù)荷需求和電價政策,結(jié)合新的能源供電模式和新型的用能設(shè)備配置,從而科學(xué)選擇和制定能耗控制管理方案,在整體上對供用能設(shè)備進(jìn)行協(xié)調(diào)控制,以實(shí)現(xiàn)樓宇用能的智能化。

智能樓宇能源管理系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上對智能樓宇各個供用能系統(tǒng)進(jìn)行了系統(tǒng)的劃分及分析,使用了分層分布式結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì),集成多個閉環(huán)子系統(tǒng),使用組態(tài)方式實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)集成、數(shù)據(jù)分析及展示功能,確保了系統(tǒng)具備高可維護(hù)性及高可擴(kuò)展性。該系統(tǒng)的運(yùn)行在保證樓宇環(huán)境的前提下,能夠?qū)崿F(xiàn)優(yōu)化樓宇供用能系統(tǒng)的運(yùn)行,同時降低智能樓宇的能源消耗。.

參考文獻(xiàn)

[1]胡江溢,王鶴,周昭茂.電力需求側(cè)管理的經(jīng)驗(yàn)及對我國的啟示[J].電網(wǎng)技術(shù),2007,31(18):10-14.

[2]康重慶,陳啟鑫,夏清.低碳電力技術(shù)的研究展望[J].電網(wǎng)技術(shù),2009,33(2):1-7.

[3]董文茂.能源電廠推動中國節(jié)能[J]I環(huán)境,2007(3):84-861DONGWen 2mao I Energy Efficiency Powerplant Pushs Energy Saving of China[J].1Environment,2007(3):84-861.

[4]翟青,康艷兵,牛波.美國節(jié)能管理工作特點(diǎn)及對我國的啟示中國能源,2003,25(7):8-141.

[5]高秀英.淺論電能質(zhì)量的問題與改善措施.[J].應(yīng)用能源技術(shù),2010,4:41-45.

[6]鄧清平,王廣宏.能源管理信息系統(tǒng)中信息技術(shù)應(yīng)用[J].節(jié)能環(huán)保,2007,(12):36-38.

[7]Jiang Lin,Charles Goldman.Developing An Energy Efficiency Industry in Shanghai[M].US: United States University of California,2004.

[8]MOSKOVITZDW,周伏秋,郁聰,等.大力推行能源電廠,支持實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)[J].電力需求側(cè)管理,2007,9(4):2-51.

[9]蘇曉華,初艷鯤.VR技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].森林工程,2006,22(5):51-53.

[10]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊.2022.05版.

[11]靳曉剛, 葉 舟, 張慎明. 智能樓宇能源管理研究.