劉靜

安科瑞電氣股份有限公司   嘉定   201801

摘  要：本文討論了我國目前智能建筑的節能措施和能源管理現狀，提出了建設智能建筑能源管理平臺。從建筑物能耗數據的采集和存儲、建筑物參照模型和能耗計算、能耗數據分析、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方法。

關鍵詞：智能建筑　能源管理　能耗　節能　Acrel-5000

1 　概述

隨著我國經濟的發展，國家機關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、高檔旅館酒店、高檔辦公樓等）的全年能耗中，大約50%~60%消耗于空調制冷與采暖系統，20%~30%用于照明。

在我國現有的約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達國家新建建筑的3倍以上。根據測算，如果不采取有力措施，到2020年中國建筑能耗是現在的3倍以上。因此，做好大型公共建筑的節能管理工作，對實現“十一五”建筑節能規劃目標具有重要意義。

2 　智能建筑節能措施和現狀

目前，智能建筑的能源管理主要是由建筑設備管理系統（BAS系統）來實現的。BAS系統可以根據預先編排的時間程序對電力、照明、空調等設備進行最優化的管理，從而達到節能的目的。在工程中，通常采用如下節能措施：

1）定時法：根據大樓工作作息時間按時啟停控制設備，如風機、照明等。

2）溫度—時間延滯法：根據大樓內溫度保持的延滯時間，提前關閉空調主機或鍋爐達到節能之目的。

3）調節供水溫度：根據室內外實際溫度調節空調系統的供水溫度，設定合適的供水溫度減少系統主機的過度運行，實現節能。

4）經濟運行法：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。在這樣的情況下，系統可節約對送回風系統進行處理的能源。

5）設備等壽命運行：對樓內冷熱源主機、泵機、風機等設備進行等時間交替運行，延長設備的運行壽命，節省維護費用。

根據國外工程經驗，建筑設備管理系統（BAS系統）可為新的辦公大樓節能20%左右。然而據統計，國內智能建筑中真正達到節能目標的還不到10%，80%以上的智能建筑內BAS系統僅僅作為設備狀態監視和自動控制使用，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能的測試方法，而BAS系統屬于工程性產品并非成套設備，需要BAS系統工程師在現場做二次編程才能實現控制功能，系統性能受現場工程師人為因素的影響很大，在加上很多智能建筑建設方和管理方、使用方分離，造成很少有用戶真正關心到底節了多少能，用戶在建筑節能方面的投入產出比是多少。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據。

因此，需要在智能建筑中設置能源管理系統，對建筑物地設備能效進行監測、分析和管理，并建立建筑物的能耗模型，才能真正實現節能的目的。Acrel(安科瑞)公司開發了Acrel-5000建筑能耗分析管理系統，通過ACR網絡電力儀表，諧波表，導軌式電能表，對商場、賓館、學校、醫院、銀行、體育館、政府機關等大型公建進行電能分項計量和能耗分析管理。系統實現建筑信息、BA參數配置、日志與用戶管理、設備監控、環境監控、能耗指標、分項能耗、支路能耗、報表制作、數據處理等功能。

3 　智能建筑能源管理系統的結構

智能建筑是指以建筑物為平臺，兼備信息設施系統、信息化應用系統、建筑設備管理系統、公共安全系統等，集結構、系統、服務、管理及其優化組合為一體，向人們提供安全、高效、便捷、節能、環保、健康的建筑環境。《智能建筑設計標準》GB/T 50314-2006把智能建筑定義成一個統一的建筑環境，而非通常理解的“設置建筑智能化系統的建筑”。因此，智能建筑的節能通常包括：建筑節能、設備節能和管理節能。

能源管理系統是基于自動化控制系統基礎上一套計算機智能化的管理軟件平臺。該系統通過對建筑物內各類能耗參數的收集、分析，運用科學算法發出合理的操控指令，通過樓宇控制系統實現其動作。

Acrel-5000能耗監測系統以計算機、通訊設備、測控單元為基本工具，為大型公共建筑的實時數據采集、開關狀態監測及遠程管理與控制提供了基礎平臺，它可以和檢測、控制設備構成任意復雜的監控系統。該系統主要采用分層分布式計算機網絡結構，一般分為三層：站控管理層、網絡通訊層和現場設備層，如圖1所示。

圖1 系統結構圖

1）站控管理層

站控管理層針對能耗監測系統的管理人員，是人機交互的直接窗口，也是系統的最上層部分。主要由系統軟件和必要的硬件設備，如工業級計算機、打印機、UPS 電源等組成。監測系統軟件具有良好的人機交互界面，對采集的現場各類數據信息計算、分析與處理，并以圖形、數顯、聲音等方式反映現場的運行狀況。

監控主機：用于數據采集、處理和數據轉發。為系統內或外部提供數據接口，進行

系統管理、維護和分析工作。

打印機：系統召喚打印或自動打印圖形、報表等。

模擬屏：系統通過通訊方式與智能模擬屏進行數據交換，形象顯示整個系統運行狀況。

UPS：保證計算機監測系統的正常供電，在整個系統發生供電問題時，保證站控管理層設備的正常運行。

2）網絡通訊層

通訊層主要是由通訊管理機、以太網設備及總線網絡組成。該層是數據信息交換的橋梁，負責對現場設備回送的數據信息進行采集、分類和傳送等工作的同時，轉達上位機對現場設備的各種控制命令。

通訊管理機：是系統數據處理和智能通訊管理中心。它具備了數據采集與處理、通訊控制器、前置機等功能。

以太網設備：包括工業級以太網交換機。

通訊介質：系統主要采用屏蔽雙絞線、光纖以及無線通訊等。

3）現場設備層

現場設備層是數據采集終端，主要由智能儀表組成，采用具有高可靠性、帶有現場總線連接的分布式I/O控制器構成數據采集終端，向數據中心上傳存儲的建筑能耗數據。測量儀表擔負著最基層的數據采集任務，其監測的能耗數據必須完整、準確并實時傳送至數據中心。

4 　智能建筑能源管理與能耗監測系統的功能

4.1能源管理功能

4.1.1數據的采集和存儲

數據的采集和存儲是整個系統的基礎，沒有大量的數據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。數據可通過建筑設備管理系統（BAS系統）采集。

數據內容主要包括：建筑物環境參數、設備運行狀態參數、各設備能耗數據等。獲取的參數越多、運行的周期越長，越容易得到準確的結論。但若參數過多，又會造成建設成本的大量增加，因此可根據各建筑物的具體情況把數據分為：系統運行所必須的基礎數據和輔助數據（可選數據），在管理效果和建設成本間取得平衡。

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“節能”定義：采取技術上可行、經濟上合理、環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，生產出與原來同樣數量、同樣質量的產品；或者是以原來同樣數量的能源消耗量，生產出比原來數量更多或數量相等質量更好的產品。以此延伸開來，建筑物的節能可以定義為：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，判斷一個建筑物節能與否，節能多少需要有個參照物，通過和參照物比較才能得出結論。對于改造的建筑，通常可以用同一氣候條件下的歷史能耗數據作為參照。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量。通常可以在夏、冬兩季各選擇數天，采取隔日測試法，即第一天，測試采取能源管理措施日能耗量；第二天，關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，設定參數，模擬計算出該建筑物的能耗。這種方式優點很明顯，通過模型能對建筑物的各設備能耗全面計算，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權威性均存在爭議，計算結果能否作為節能合同內的節能率計算依據是主要的分歧點。

4.1.3能耗數據分析

通過對建筑的能耗數據統計、分析，結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備能耗效率，從而提供建筑物能源管理優化措施。能耗數據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的計算機智能控制技術的發展將極大推動能源管理水平。

4.1.4能源控制和管理

建筑物的節能措施主要通過建筑設備管理系統（BAS系統）來執行。能源管理平臺和BAS系統的完美結合，是能源控制和管理措施實現的保障。目前，能源管理和BAS還分屬不同智能化系統，兩系統的相互融合應該是智能化系統發展的方向。

4.1.5能源管理報表

用表格和圖片的形式體現建筑物的能源使用情況、設備能耗、設備運行效率、能耗歷史曲線等，以適應不同人群的需求。系統一般應能提供WEB服務，獲得授權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的能耗數據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據包括建筑基本情況數據采集指標和其它不能通過自動方式采集的能耗數據，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據包括建筑分項能耗數據和分類能耗數據，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據中心。

4.2.1大型公建或樓宇建筑的信息管理

系統提供標準的手工信息錄入界面，可對各棟監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據的功能。

Acrel-5000建筑能耗分析管理系統的數據庫建立也完全依據114號文，根據建筑的使用功能和用能特點，將國家機關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、醫療衛生建筑               6、體育建筑

7、綜合建筑                   8、其它建筑

4.2.2能耗數據的實時監測

系統采集站定時采集各監控點的儀表參數并上傳至本地建筑能耗分析管理系統數據庫，用戶可于當地實時查詢能耗監測情況。

4.2.3建筑分類能耗分析

系統在完成數據處理與上傳的同時，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、其他能源應用量（如集中熱水供應量、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域的照明、插座等室內設備用電。主要包括照明和插座用電、走廊和應急照明用電、室外景觀照明用電。

空調用電：主要包括冷熱站用電、空調末端用電。

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

單位空調面積用電量＝總用電量/總空調面積

4.2.5用能情況的同、環比分析

統計建筑或片區能耗的時用量、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建筑節能輔助診斷

系統可提取各能耗數據進行同、環對比分析，確立標桿值并對各監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 　結束語

近年來，隨著國家發展節能減排工作力度的加大，智能建筑物的節能問題越來越成為人們關注的焦點。節能要求的提高，傳統的BAS系統逐漸不能滿足智能建筑的節能要求，有實力的BAS系統供應商紛紛成立能源管理部門，因此，Acrel(安科瑞)提供的Acrel-5000能耗監測系統，實現對分類能耗、分項能耗的遠程監測與管理成為智能建筑發展的必然趨勢。

參考文獻：

[1]上海安科瑞電氣股份有限公司產品手冊.2010.08版.

[2]南京長江都市建筑設計股份有限公司產品手冊.