绿色建筑能源监测与管理系统

2011-02-27上海泰豪智能节能技术有限公司杨文滨施展翔

智能建筑与智慧城市 2011年4期

文｜上海泰豪智能节能技术有限公司杨文滨施展翔

1 建筑能耗及建筑节能

在我国目前能耗结构中，建筑能源消耗已占我国总商品能耗的20%～30%。在建筑的全生命周期中，建筑材料和建造过程所消耗的能源一般只占其总能源消耗的20%左右，大部分能源消耗发生在建筑物的运行过程中。

目前我国在大型公共建筑的新建和既有改造项目中，由于对室内环境要求的不同理念和不同标准，建筑设计盲目追求“与国外接轨”，“新、特、奇”，造成大量全玻璃、全密闭的高能耗建筑。

我国的建筑运行能耗控制水平，尤其是大型公共建筑的能耗控制水平都远低于同等气候条件的发达国家，更远低于美国大多数建筑。因此，我国大型公共建筑的节能应该有很大的空间。通过建立大型公共建筑分项用能实时监控及能源管理系统，采集实际能源消耗数据，结合绿色建筑评价标准，逐步通过管理及技术改造实现建筑节能。

2 建筑能耗监测系统的相关技术标准

2.1 国际标准

（1）IEEE Std 739-1995，《IEEE Recommended Practice for Energy Management in Industrial and Commercial Facilities》是由美国电气和电子工程师协会制定的关于工业和商业企业系统中各系统和设备能量消耗监控和管理的指导性建议。该建议通过如何实施能源审计，考察建筑物各设备有无能源浪费现象，并对照明系统、空调系统、电机、空压机等系统分别给出了能效判断和提高能效的方法。

（2）《IPMVP国际节能效果测量和认证规程》是由国际节能效果测量和认证规程委员会颁布，IPMVP为评估确认能效、节水和可再生能源项目的实施效果提供了现有最佳技术及方法。

2.2 国内标准

为能耗统计、能源审计、能效公示、用能定额和超定额加价等制度的建立准备条件，促使办公建筑和大型公共建筑提高节能运行管理水平，住房和城乡建设部在2008年6月正式颁布了一套国家机关办公建筑及大型公共建筑能耗监测系统技术导则，共包括5个导则：

（1）《国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统分项能耗数据采集技术导则》。

（2）《国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统分项能耗数据传输技术导则》。

（3）《国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统楼宇分项计量设计安装技术导则》。

（4）《国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统数据中心建设与维护技术导则》。

（5）《国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统建设、验收与运行管理规范》。

3 建筑能源监测管理系统概述

一般来讲，建筑能源监测管理系统就是将建筑物或者建筑群内的变配电、照明、电梯、空调、供热、给排水等能源使用状况，实行集中监视、管理和分散控制的管理系统，是实现建筑能耗在线监测和动态分析功能的硬件系统和软件系统的统称。它由各计量装置、数据采集器和能耗数据管理软件系统组成。基本上，通过实时的在线监控和分析管理实现以下效果：

（1）对设备能耗情况进行监视。

（2）找出低效率运转的设备。

（3）找出能源消耗异常。

（4）降低峰值用电水平。

通过上述过程及方法实现降低能源消耗，节省费用。

4 建筑能源监测管理系统架构

能源管理系统一般由各计量装置、数据采集器、管理系统组成，它帮助用户建立实时能耗数据采集、能源管理、能耗数据统计与分析系统等。

以基于Web技术的能源检测及管理系统架构为例，各种计量装置用来度量各种分类分项能耗，包括电能表（含单相电能表、三相电能表、多功能电能表）、水表、燃气表、热（冷）量表等。计量装置具有数据远传功能，通过现场总线与数据采集器连接，可以采用多种通信协议（如MODBUS标准开放协议）将数据输出。数据采集器通过以太网将数据传至管理系统的数据库中。管理系统对能源管理工程进行组态和浏览能耗数据，将能耗数据按照《国家机关办公建筑及大型公共建筑分项能耗数据传输技术导则》远传至上层的数据中转站或数据中心。

5 建筑能源监测管理系统与楼宇自控系统的结合

建筑能源监测管理系统的目标是为了对建筑的能耗实现精确的计量，进行能耗分类归总，计算单位平均能耗，并查找耗能点和挖掘节能潜力。

楼宇自控系统的目标是对建筑内机电设备及环境信息进行实时的监测和管理，实现节能、舒适、高效、安全的目标。

一般会把以上两个系统独立设计，作为并行的两套系统，末端设备独立、通信联网部分独立、软件独立。这样做其实存在很大的问题，不管是能源管理系统还是楼控系统，都是体现建筑内机电设备的特征之一，只有两者结合才能描述完整的建筑内机电设备状态和环境状态。原因如下：

（1）能源管理系统的表具（包括电表、水表等）价格较贵，如果完全依靠能源管理系统测量，则投资巨大，影响用户安装的积极性。

（2）很多被测能耗，如照明灯具、风机、水泵等，属于固定功率运行，只需通过楼宇自控系统测量开机时间，即可得到比较准确的能耗数据，完全可用于能源管理系统。

（3）能源管理系统的能耗数据需要和设备状态相结合，进行耗能点分析，才更有价值；同时，设备自身的运行时间及运行规律，与设备自身的寿命和维修周期有关，这同样属于能源管理系统的范畴。

（4）能源管理系统要与环境参数相结合，比如：气象参数、室内环境参数等。一方面节能要建立在满足用户正常需要的基础上，另一方面，自然环境的变化，对能耗的影响，需要建立长期的数据模型，才能得出符合实际的规律。

（5）楼宇自控系统会对部分能源进行计量，这部分数据可直接进入能源管理系统，避免重复投资。

（6）能源管理系统和楼宇自控系统，可共享总线网络和网络控制器，节省投资。

（7）能源管理系统会根据能耗数据进行分析，会对楼宇自控系统的参数进行调整，以满足节能的目标。

综上所述，能源管理系统和楼宇自控系统应该作为一个整体加以设计，才能实现数据完整、功能完整、节省投资的目标。

两者的整体设计，建议采用如下步骤：

（1）按照能耗分类、分项、分区域的划分原则，列出建筑主要耗能机电设备清单。

（2）根据楼宇自控系统的设计方案，列出楼控系统已监控的机电设备清单，如为额定功率运行，则计入时间型电计量点；否则不计入时间型电计量点。计入时间型电计量点的设备，需明确记录额定功率值。

（3）在耗能设备清单中，除去时间型计量点，余下部分，需全部设计安装专用计量仪表（如：水表、电表、热表等），同时，必须选择带远传通信接口（一般为RS485总线）的计量仪表，推荐采用支持开放通信协议的仪表。

（4）把专用计量仪表就近接入楼控DDC中。

（5）按照标准楼控系统设计控制部分和通信部分。

（6）通过楼控系统工作站软件提供的对外开放协议接口，读取数据。

楼控系统只提供能耗相关数据的实时值，对数据的二次加工（如：把时间型电计量点转换为能耗数值等）和数据统计等，均在能源监测管理系统中实现。

6 能源监测管理系统实施要点

能源监测管理系统的实施必须符合国家、地方相关技术导则标注及规范。能源监测管理系统的实施必须落实以下几点：

（1）能源监测管理系统的目标：能源监测管理系统的目标是为了对建筑的能耗实现精确的计量，进行能耗分类归总，计算单位平均能耗，并查找耗能点和挖掘节能潜力，并最终实现节能减排。

（2）能源监测管理系统是一个系统工程：能源监测管理系统是一个复杂和庞大的系统，它需要建筑内多个系统的配合，涉及到硬件、软件、网络、环境以及人员的支持，实现前必须对系统的困难作充分估计。

（3）能源监测管理系统是一个自完善工程：能源监测管理系统成功的实施，必须是以建筑的管理使用人员为核心，不能完全交给节能顾问及产品供应商。只有建筑的管理者及使用者真正参与进来，能源监管系统才具有意义。

因此，能源监测与管理系统的实施，必须注意以下关键点：

（1）现场调查：提前发现实施中可能出现的问题，并预先进行规划和改进。

（2）能源监测管理系统必须与建筑已有系统充分结合，并尽量利用已有资源，不能影响现有系统安全及性能。

（3）系统必须具有完整的设计方案、工程图纸、设备清单及施工方案等资料。

（4）系统建设及验收必须严格执行相关技术标准。

（5）进行建筑管理者及使用者的业务培训，提高相关人员业务水平。

（6）系统的日常运行维护及定期检修必须制定严格的管理规范。

（7）系统应留有一定的升级扩展能力。

7 工程案例

建筑楼宇实施了能源监测与管理系统后，通过现场总线、通信网络组成的“神经系统”收集数据，通过管理系统这个“大脑”判断能耗浪费和异常，通过数据分析，并做出决策。建筑节能不是一蹴而就的，它需要经过一个不断循环、不断反馈、不断优化的过程，最终达到节省能源，节省成本的目的。本节选取某办公建筑B大厦为例来简要说明能源监测及管理系统在建筑节能中的应用。大楼能耗模型如图1所示。