安科瑞 邱紅
江蘇安科瑞電器制造有限公司 江蘇 江陰 214405
摘 要：本文討論了我國目前智能建筑的節(jié)能措施和能源管理現(xiàn)狀，提出了建設(shè)智能建筑能源管理平臺。從建筑物能耗數(shù)據(jù)的采集和存儲、建筑物參照模型和能耗計算、能耗數(shù)據(jù)分析、能耗控制和管理等方面具體闡述了智能建筑能源管理平臺的建設(shè)方法。
關(guān)鍵詞：智能建筑 能源管理 能耗 節(jié)能 Acrel-5000
1 概述
隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，國家機關(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、旅館飯店、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。
在我國現(xiàn)有的約430億m2建筑中，只有4%采取了能源效率措施，單位建筑面積采暖能耗為發(fā)達國家新建建筑的3倍以上。根據(jù)測算，如果不采取有力措施，到2020年中國建筑能耗是現(xiàn)在的3倍以上。因此，做好大型公共建筑的節(jié)能管理工作，對實現(xiàn)“十一五”建筑節(jié)能規(guī)劃目標具有重要意義。
2 智能建筑節(jié)能措施和現(xiàn)狀
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)）來實現(xiàn)的。BAS系統(tǒng)可以根據(jù)預先編排的時間程序?qū)﹄娏?、照明、空調(diào)等設(shè)備進行*化的管理，從而達到節(jié)能的目的。在工程中，通常采用如下節(jié)能措施：
1）定時法：根據(jù)大樓工作作息時間按時啟?？刂圃O(shè)備，如風機、照明等。
2）溫度—時間延滯法：根據(jù)大樓內(nèi)溫度保持的延滯時間，提前關(guān)閉空調(diào)主機或鍋爐達到節(jié)能之目的。
3）調(diào)節(jié)供水溫度：根據(jù)室內(nèi)外實際溫度調(diào)節(jié)空調(diào)系統(tǒng)的供水溫度，設(shè)定合適的供水溫度減少系統(tǒng)主機的過度運行，實現(xiàn)節(jié)能。
4）經(jīng)濟運行法：在室外溫度達到13℃時，可直接將室外新風作為回風；在室外溫度達到24℃時，可直接將室外新風送入室內(nèi)。在這樣的情況下，系統(tǒng)可節(jié)約對送回風系統(tǒng)進行處理的能源。
5）設(shè)備等壽命運行：對樓內(nèi)冷熱源主機、泵機、風機等設(shè)備進行等時間交替運行，延長設(shè)備的運行壽命，節(jié)省維護費用。
根據(jù)國外工程經(jīng)驗，建筑設(shè)備管理系統(tǒng)（BAS系統(tǒng)）可為新的辦公大樓節(jié)能20%左右。然而據(jù)統(tǒng)計，國內(nèi)智能建筑中真正達到節(jié)能目標的還不到10%，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)測和自動控制使用，造成投資的極大浪費。
具體原因是多方面的，但根源在于，我國迄今為止尚沒有建立一套行之有效的建筑節(jié)能的測試方法，而BAS系統(tǒng)屬于工程性產(chǎn)品并非成套設(shè)備，需要BAS系統(tǒng)工程師在現(xiàn)場做二次編程才能實現(xiàn)控制功能，系統(tǒng)性能受現(xiàn)場工程師人為因素的影響很大，在加上很多智能建筑建設(shè)方和管理方、使用方分離，造成很少有用戶真正關(guān)心到底節(jié)了多少能，用戶在建筑節(jié)能方面的投入產(chǎn)出比是多少。事實上，由于缺乏建筑物地能源使用模型和完善的計量手段，即使有用戶提出上述問題，也無法得到準確的數(shù)據(jù)。
因此，需要在智能建筑中設(shè)置能源管理系統(tǒng)，對建筑物地設(shè)備能效進行監(jiān)測、分析和管理，并建立建筑物的能耗模型，才能真正實現(xiàn)節(jié)能的目的。Acrel(安科瑞)公司開發(fā)了Acrel-5000建筑能耗分析管理系統(tǒng)，通過ACR網(wǎng)絡(luò)電力儀表，諧波表，導軌式電能表，對商場、賓館、學校、醫(yī)院、銀行、體育館、政府機關(guān)等大型公建進行電能分項計量和能耗分析管理。系統(tǒng)實現(xiàn)建筑信息、BA參數(shù)配置、日志與用戶管理、設(shè)備監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)控、能耗指標、分項能耗、支路能耗、報表制作、數(shù)據(jù)處理等功能。
3 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、、便捷、節(jié)能、環(huán)保、健康的建筑環(huán)境?！吨悄芙ㄖO(shè)計標準》GB/T 50314-2006把智能建筑定義成一個統(tǒng)一的建筑環(huán)境，而非通常理解的“設(shè)置建筑智能化系統(tǒng)的建筑”。因此，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)上一套計算機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，運用科學算法發(fā)出合理的操控指令，通過樓宇控制系統(tǒng)實現(xiàn)其動作。
Acrel-5000能耗監(jiān)測系統(tǒng)以計算機、通訊設(shè)備、測控單元為基本工具，為大型公共建筑的實時數(shù)據(jù)采集、開關(guān)狀態(tài)監(jiān)測及遠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)成任意復雜的監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要采用分層分布式計算機網(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）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，是人機交互的直接窗口，也是系統(tǒng)的zui上層部分。主要由系統(tǒng)軟件和必要的硬件設(shè)備，如工業(yè)級計算機、打印機、UPS 電源等組成。監(jiān)測系統(tǒng)軟件具有良好的人機交互界面，對采集的現(xiàn)場各類數(shù)據(jù)信息計算、分析與處理，并以圖形、數(shù)顯、聲音等方式反映現(xiàn)場的運行狀況。
監(jiān)控主機：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，進行
系統(tǒng)管理、維護和分析工作。
打印機：系統(tǒng)召喚打印或自動打印圖形、報表等。
模擬屏：系統(tǒng)通過通訊方式與智能模擬屏進行數(shù)據(jù)交換，形象顯示整個系統(tǒng)運行狀況。
UPS：保證計算機監(jiān)測系統(tǒng)的正常供電，在整個系統(tǒng)發(fā)生供電問題時，保證站控管理層設(shè)備的正常運行。
2）網(wǎng)絡(luò)通訊層
通訊層主要是由通訊管理機、以太網(wǎng)設(shè)備及總線網(wǎng)絡(luò)組成。該層是數(shù)據(jù)信息交換的橋梁，負責對現(xiàn)場設(shè)備回送的數(shù)據(jù)信息進行采集、分類和傳送等工作的同時，轉(zhuǎn)達上位機對現(xiàn)場設(shè)備的各種控制命令。
通訊管理機：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、前置機等功能。
以太網(wǎng)設(shè)備：包括工業(yè)級以太網(wǎng)交換機。
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。
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，采用具有高可靠性、帶有現(xiàn)場總線連接的分布式I/O控制器構(gòu)成數(shù)據(jù)采集終端，向數(shù)據(jù)中心上傳存儲的建筑能耗數(shù)據(jù)。測量儀表擔負著zui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、準確并實時傳送至數(shù)據(jù)中心。
4 智能建筑能源管理與能耗監(jiān)測系統(tǒng)的功能
4.1能源管理功能
4.1.1數(shù)據(jù)的采集和存儲
數(shù)據(jù)的采集和存儲是整個系統(tǒng)的基礎(chǔ)，沒有大量的數(shù)據(jù)就無法進行有效的分析，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。
數(shù)據(jù)內(nèi)容主要包括：建筑物環(huán)境參數(shù)、設(shè)備運行狀態(tài)參數(shù)、各設(shè)備能耗數(shù)據(jù)等。獲取的參數(shù)越多、運行的周期越長，越容易得到準確的結(jié)論。但若參數(shù)過多，又會造成建設(shè)成本的大量增加，因此可根據(jù)各建筑物的具體情況把數(shù)據(jù)分為：系統(tǒng)運行所必須的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和輔助數(shù)據(jù)（可選數(shù)據(jù)），在管理效果和建設(shè)成本間取得平衡。
4.1.2建筑物參照模型和能耗計算
按照世界能源委員1979年提出的“節(jié)能”定義：采取技術(shù)上可行、經(jīng)濟上合理、環(huán)境和社會可接受的一切措施，來提高能源資源的利用效率。即盡可能地減少能源消耗量，生產(chǎn)出與原來同樣數(shù)量、同樣質(zhì)量的產(chǎn)品；或者是以原來同樣數(shù)量的能源消耗量，生產(chǎn)出比原來數(shù)量更多或數(shù)量相等質(zhì)量更好的產(chǎn)品。以此延伸開來，建筑物的節(jié)能可以定義為：在基本不影響建筑物功能和舒適性的前提下，盡量減少能耗。所以，判斷一個建筑物節(jié)能與否，節(jié)能多少需要有個參照物，通過和參照物比較才能得出結(jié)論。對于改造的建筑，通?？梢杂猛粴夂驐l件下的歷史能耗數(shù)據(jù)作為參照。而新建建筑則相對比較復雜，日前在實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。主要適用于連鎖飯店、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或管理公司旗下的建筑物。
測試法：在建筑物正常運行后，分別在各氣候條件下測試采取能耗管理措施和未采取措施的日能耗數(shù)量。通?？梢栽谙摹⒍瑑杉靖鬟x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間跨度偏長。
計算法：通過為建筑建立模型，設(shè)定參數(shù)，模擬計算出該建筑物的能耗。這種方式優(yōu)點很明顯，通過模型能對建筑物的各設(shè)備能耗全面計算，為能耗管理提供方向性指導。但采用不同的軟件計算出的能耗值有差距，目前對計算出的能耗值的準確性和性均存在爭議，計算結(jié)果能否作為節(jié)能合同內(nèi)的節(jié)能率計算依據(jù)是主要的分歧點。
4.1.3能耗數(shù)據(jù)分析
通過對建筑的能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計、分析，結(jié)合模型建筑物能耗對比，確定建筑物能耗對比，確定建筑物的能耗狀況和設(shè)備能耗效率，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，其效果還需市場驗證。然而，以模糊語言變量及模糊邏輯推理為基礎(chǔ)的計算機智能控制技術(shù)的發(fā)展將極大推動能源管理水平。
4.1.4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)的結(jié)合，是能源控制和管理措施實現(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。
4.1.5能源管理報表
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*許可的遠程用戶能通過瀏覽器了解建筑物的能源使用狀況。
4.2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。通過自動采集方式采集的數(shù)據(jù)包括建筑分項能耗數(shù)據(jù)和分類能耗數(shù)據(jù)，由自動計量裝置實時采集，通過自動傳輸方式實時傳輸至數(shù)據(jù)中心。
4.2.1大型公建或樓宇建筑的信息管理
系統(tǒng)提供標準的手工信息錄入界面，可對各棟監(jiān)控建筑的基本信息進行整理和錄入，并支持手工錄入歷史能耗數(shù)據(jù)的功能。
Acrel-5000建筑能耗分析管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫建立也*依據(jù)114號文，根據(jù)建筑的使用功能和用能特點，將國家機關(guān)辦公建筑和大型公共建筑分為如下8類：
1、辦公建筑 2、商場建筑
3、賓館飯店建筑 4、文化教育建筑
5、醫(yī)療衛(wèi)生建筑 6、體育建筑
7、綜合建筑 8、其它建筑
4.2.2能耗數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測
系統(tǒng)采集站定時采集各監(jiān)控點的儀表參數(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?shù)貙崟r查詢能耗監(jiān)測情況。
4.2.3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，將建筑能耗進行分類分析，該部分功能符合114號文的定義，即將建筑能耗分類為如下六類：
1、耗電量
2、耗水量
3、耗氣量（天然氣量或者煤氣量）
4、集中供熱耗熱量
5、集中供冷耗冷量
6、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）
4.2.4電量分項能耗分析
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、通風機用電。
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）所折算的標準煤量之和。
總用電量＝∑各變壓器總表直接計量值
分類能耗量＝∑各分類能耗計量表的直接計量值
分項用電量＝∑各分項用電計量表的直接計量值
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
4.2.5用能情況的同、環(huán)比分析
統(tǒng)計建筑或片區(qū)能耗的時用量、日用量和年用量，以曲線圖、柱狀圖等不同方式顯示，支持報表輸出。
4.2.6建筑節(jié)能輔助診斷
系統(tǒng)可提取各能耗數(shù)據(jù)進行同、環(huán)對比分析，確立值并對各監(jiān)控點的能耗情況進行能耗水平判定，對能耗改善提出一套完整的診斷流程，并給出能耗分析報告。
5 結(jié)束語
近年來，隨著國家發(fā)展節(jié)能減排工作力度的加大，智能建筑物的節(jié)能問題越來越成為人們關(guān)注的焦點。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，有實力的BAS系統(tǒng)供應(yīng)商紛紛成立能源管理部門，因此，Acrel(安科瑞)提供的Acrel-5000能耗監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)對分類能耗、分項能耗的遠程監(jiān)測與管理成為智能建筑發(fā)展的必然趨勢。
參考文獻：
[1]江蘇安科瑞電器制造有限公司產(chǎn)品手冊.2012.08版.
[2]南京長江都市建筑設(shè)計股份有限公司產(chǎn)品手冊.
作者簡介：
邱紅（1990－），女，漢族，工程師，主要研究方向為智能建筑供配電監(jiān)控系統(tǒng)
