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(cè)與管理。該系統(tǒng)在保證樓宇環(huán)境的前提下,同時(shí)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(guó)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(duì)建筑執(zhí)行能耗量化管理以及效果評(píng)估,來(lái)控制降低建筑運(yùn)營(yíng)過(guò)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(lái)降低建筑的運(yùn)營(yíng)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(wèn)題。

針對(duì)這一現(xiàn)狀,智能樓宇未來(lái)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)?；l(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(duì)智能樓宇的照明、動(dòng)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(cè)量、樓宇配電自動(dòng)化和分布式能源監(jiān)控等系統(tǒng),對(duì)用戶供能系統(tǒng)、用能設(shè)備、樓宇分布式能源、儲(chǔ)能設(shè)備等進(jìn)行監(jiān)控、分析、控制及評(píng)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(jiàn)圖1智能樓宇能源管理整體架構(gòu)圖。

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

樓宇配電自動(dòng)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(cè)控制、故障自動(dòng)檢測(cè)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(shí)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(chǔ)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(cuò)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(dòng)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(duì)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(shí)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(chǎng)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?jī)?yōu)化策略,優(yōu)化設(shè)備運(yùn)行,通過(guò)聯(lián)動(dòng)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(gè)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(cè)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(tái)。

現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層:指分布于高低壓配電柜中的測(cè)控保護(hù)裝置、儀表,以及各個(gè)子系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)等。

圖2能源管理平臺(tái)分層設(shè)計(jì)圖

能源管理系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層是整個(gè)系統(tǒng)的硬件支撐平臺(tái),是整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)源,設(shè)計(jì)清晰合理的現(xiàn)場(chǎng)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(cè)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(duì)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(shí)監(jiān)測(cè),數(shù)據(jù)分析,電能質(zhì)量分析,能源評(píng)估等功能,并通過(guò)交互式技術(shù)向用戶提供用能策略制定及聯(lián)動(dòng)控制等功能,具體功能如下所述。

實(shí)時(shí)信息監(jiān)測(cè)

(1)實(shí)時(shí)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(lái)的電能質(zhì)量?jī)?yōu)化及動(dòng)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(dòng)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(gè)用能系統(tǒng)不同時(shí)段能源使用量對(duì)比

(2)各個(gè)用能系統(tǒng)能耗等級(jí)分析

(3)根據(jù)用電量模擬多部制電價(jià)賬單

(4)分析不同時(shí)段的電能質(zhì)量信息

等能量?jī)?yōu)化控制策略

(1)通過(guò)對(duì)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(jià)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(guò)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(zhǎng)使用壽命

(4)對(duì)用電負(fù)荷、電能質(zhì)量及電價(jià)架構(gòu)進(jìn)行綜合分析,制定新能源并網(wǎng)策略及電動(dòng)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(dòng)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?jī)?yōu)化控制策略實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)子系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制,并通過(guò)運(yùn)行結(jié)果說(shuō)明能量?jī)?yōu)化控制策略的效果。

提供互動(dòng)模式,用戶自行定制當(dāng)天用電策略,并實(shí)時(shí)分析并模擬用電策略,預(yù)測(cè)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(duì)水、氣、煤、油、熱(冷)量等集中采集與分析，通過(guò)對(duì)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(jí)提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐。用戶可按照國(guó)家有關(guān)規(guī)定實(shí)施能源計(jì)算，分析現(xiàn)狀，查找問(wèn)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(jí)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(chǎng)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(cè)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(tái)運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)月能耗折算、地圖導(dǎo)航，各能耗逐時(shí)、逐月曲線，當(dāng)日，當(dāng)月能耗同比分析滾動(dòng)顯示。

3.3.2用能概況

對(duì)建筑、部門、區(qū)域、支路、分類分項(xiàng)等用能進(jìn)行對(duì)比，支持當(dāng)日逐時(shí)趨勢(shì)、當(dāng)月逐日趨勢(shì)曲線、分時(shí)段能耗統(tǒng)計(jì)對(duì)比、總能耗同環(huán)比對(duì)比。

3.3.3用能統(tǒng)計(jì)

對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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指定時(shí)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(duì)選擇支路分類能源在指定時(shí)段工作時(shí)間與非工作時(shí)間用能統(tǒng)計(jì)對(duì)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(tái)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(duì)選定的建筑自動(dòng)統(tǒng)計(jì)各能源的月使用的同環(huán)比趨勢(shì)，并提供簡(jiǎn)單的能耗分析結(jié)果，針對(duì)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

應(yīng)用場(chǎng)景	型號(hào)	圖 片	保護(hù)功能
建筑能耗管理系統(tǒng)	Acrel-5000web		采用泛在物聯(lián)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、移動(dòng)通訊、智能傳感等技術(shù)手段可為用戶提供能源數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)計(jì)分析、能效分析、用能預(yù)警、設(shè)備管理等服務(wù)，平臺(tái)可以廣泛應(yīng)用于多種領(lǐng)域。
智能網(wǎng)關(guān)	ANet-1E2S1		采用嵌入式硬件計(jì)算機(jī)平臺(tái)，具有多個(gè)下行通信接口及一個(gè)或者多個(gè)上行網(wǎng)絡(luò)接口，作為信息采集系統(tǒng)中采集終端與平臺(tái)系統(tǒng)間的橋梁，能夠根據(jù)不同的采集規(guī)約進(jìn)行水表、氣表、電表、微機(jī)保護(hù)等設(shè)備終端的數(shù)據(jù)采集匯總，并使用相應(yīng)的規(guī)約轉(zhuǎn)發(fā)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)給平臺(tái)系統(tǒng)。
高壓重要回路或低壓進(jìn)線柜	APM810		具有全電量測(cè)量，電能統(tǒng)計(jì)，電能質(zhì)量分析及網(wǎng)絡(luò)通訊等功能，主要用于對(duì)電網(wǎng)供電質(zhì)量的綜合監(jiān)控診斷及電能管理。該系列儀表采用了模塊化設(shè)計(jì)，當(dāng)客戶需要增加開關(guān)量輸入輸出，模擬量輸入輸出，SD卡記錄，以太網(wǎng)通訊時(shí)，只需在背部插入對(duì)應(yīng)模塊即可。
	APM520		三相全電量測(cè)量，2-63次諧波，不平衡度，支持付費(fèi)率，越限告警，SOE,4-20mA輸出。
低壓聯(lián)絡(luò)柜、出線柜	AEM96		三相多功能電能表，均集成三相電力參數(shù)測(cè)量及電能計(jì)量及考核管理，提供上24時(shí)、上31日以及上12月的電能數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。具有63次分次諧波與總諧波含量檢測(cè)，帶有開關(guān)量輸入和繼電器輸出可實(shí)現(xiàn)“遙信”和“遙控”功能，并具備告警輸出，可廣泛應(yīng)用于多種控制系統(tǒng)，SCADA系統(tǒng)和能源管理系統(tǒng)中。
動(dòng)力柜	ACR120EL		測(cè)量所有的常用電力參數(shù)，如三相電流、電壓，有功、無(wú)功功率，電度，諧波等，并具備完善的通信聯(lián)網(wǎng)功能，非常適合于實(shí)時(shí)電力監(jiān)控系統(tǒng)。
	DTSD1352		DIN35mm導(dǎo)軌式安裝結(jié)構(gòu)，體積小巧，能測(cè)量電能及其他電參量，可進(jìn)行時(shí)鐘、費(fèi)率時(shí)段等參數(shù)設(shè)置，精度高、可靠性好、性能指標(biāo)符合國(guó)標(biāo)GB/T17215-2002、GB/T17883-1999和電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T614-2007對(duì)電能表的各項(xiàng)技術(shù)要求，并且具有電能脈沖輸出功能；可用RS485通訊接口與上位機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。
	AEW100		三相全電量測(cè)量，剩余電流、2-63次諧波，支持付費(fèi)率，量值、電纜溫度，可選2G/4G通訊。

照明箱	DTSD1352		DIN35mm導(dǎo)軌式安裝結(jié)構(gòu)，體積小巧，能測(cè)量電能及其他電參量，可進(jìn)行時(shí)鐘、費(fèi)率時(shí)段等參數(shù)設(shè)置，精度高、可靠性好、性能指標(biāo)符合國(guó)標(biāo)GB/T17215-2002、GB/T17883-1999和電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T614-2007對(duì)電能表的各項(xiàng)技術(shù)要求，并且具有電能脈沖輸出功能；可用RS485通訊接口與上位機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。
	DDSD1352		DDSD1352單相電子式電能表主要用于計(jì)量低壓網(wǎng)絡(luò)的單相有功電能，同時(shí)可測(cè)量電壓、電流、功率等電量，具有紅外通訊功能，并可選配RS485通訊功能，方便用戶進(jìn)行用電監(jiān)測(cè)、集抄和管理。可靈活安裝于配電箱內(nèi)，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同區(qū)域和不同負(fù)荷的分項(xiàng)電能計(jì)量，統(tǒng)計(jì)和分析。
	DDS1352		單相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測(cè)量，正反向電能計(jì)量，紅外及RS485通訊，電流規(guī)格10（60）A，有功電能精度1級(jí)。無(wú)功精度2級(jí)，尺寸:1P
	ADW300/4G		計(jì)量低壓網(wǎng)絡(luò)的三相有功電能，具有RS485通訊和470MHz無(wú)線通訊功能，方便用戶進(jìn)行用電監(jiān)測(cè)、集抄和管理?？伸`活安裝于配電箱內(nèi)，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同區(qū)域和不同負(fù)荷的分項(xiàng)電能計(jì)量，統(tǒng)計(jì)和分析。
	ARCM300T-Z-4G		三相全電量測(cè)量，剩余電流、2-63次諧波，支持付費(fèi)率，量值、電纜溫度，可選2G/4G通訊。
給水管道	水表		計(jì)量流經(jīng)給水管道用水的體積總量，適用于單向水流，采用電子直讀技術(shù)，通過(guò)RS485總線直接輸出表盤數(shù)據(jù)。

5.結(jié)論

智能樓宇能源管理是對(duì)樓宇能耗進(jìn)行數(shù)字化和集成化,通過(guò)采集設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、能耗信息、報(bào)警及歷史數(shù)據(jù)等信息,結(jié)合實(shí)際運(yùn)行負(fù)荷需求和電價(jià)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(duì)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(duì)智能樓宇各個(gè)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(gè)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(shí)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)管理的國(guó)際經(jīng)驗(yàn)及對(duì)我國(guó)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(dòng)中國(guó)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(guó)節(jié)能管理工作特點(diǎn)及對(duì)我國(guó)的啟示中國(guó)能源,2003,25(7):8-141.

[5]高秀英.淺論電能質(zhì)量的問(wèn)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)國(guó)家節(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(cè).2022.05版.

[11]靳曉剛, 葉 舟, 張慎明. 智能樓宇能源管理研究.

作者介紹：

聞什益，女，本科，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向?yàn)榻ㄖ芎南到y(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用，手機(jī)：13564425781（微信同號(hào)）

審核編輯 黃宇